MAX5486+TA2024——制作一款小巧的桌面功放
时间:2012-09-07 10:01 来源:《无线电》杂志 作者:任 杰 点击:次
从中学开始到现在，笔者做过不少的音频功放，但大都是简单地照猫画虎，做出来的东西通上电，接个扬声器能发声就算完成了。顶多再凭感觉，听听噪声大不大、失真是否明显。入了大学，在过去的将近3年里积累了一定的理论，对功率放大器的工作原理、性能评估也略懂一二，于是开始琢磨着制作这么一款桌面功放：性能优秀，体积小巧，成本低廉。正好笔者最近逛电子市场时淘到了一对小无源箱，是一套组合音箱的环绕箱，最大功率60W，从箱体的重量和材质看，这对箱子还不错，至少比市场上那些百来块的有源音箱要好得多。有了音箱，制作功放的愿望也就马上转为了实际行动
在集成电路制作的音频功放里边，性能优秀的基本都成了经典，已经有无数的爱好者做过了。但是，这些跟我们没多大关系，因为只有亲自动手去做，才能有所体会。并且，即使是经典成熟的东西，要将它做好也是要下一番功夫的。
电路选型
TA2024有4个引脚是有关状态的输入或输出端，它们分别是：6脚（OVERLOAD）、12脚（MUTE）、18脚（SLEEP）和19脚（FAULT），这里用到了后面三种状态。如图1所示，SLEEP端接一开关，作为开关机控制，FAULT端与MUTE端接在一起，当出现输出电流过大、电源电压过高、芯片结温过高时，FAULT端输出低电平，使放大器进入静音状态。要注意的是，当输出电流过大导致放大器进入静音状态时，芯片不能自动复位，此时必须重新关闭电源重新开机。 看到图1所示的原理图，读者是不是感觉到这音频功放还缺点什么东西？对了！那就是音量电位器。淘宝网上不少卖家用TA2024做成的功放都用的是机械式电位器，这就导致做出来的东西体积很难友小巧的外观，并且没法实现遥控音量控制。因此，笔者在这里尝试选用了数字电位器取代传统的机械式电位器。这种电位器由于没有机械触点，所以可靠性非常好，寿命也较长。笔者在这里用到的芯片是MAXIM公司的一款数字电位器芯片MAX5486。
MAX5486是一款具有防抖动按钮接口的双通道对数型数字电位器，每通道具有32个抽头，能实现音量加减、声道平衡和静音控制，典型的应用电路如图2所示。图中4个按钮分别为模式选择（音量或平衡控制）、静音、音量加（平衡左声道移动）和音量减（平衡右声道移动）。音量和平衡均为32级控制，每按键一次，音量增大或减小（平衡向左或向右移动）一级，当按键时间超过250ms时，按每秒4级变化，超过500ms时，按每秒8级变化。
最后是电源部分。笔者在这里简单地使用了一个LM7805将12V电压稳成5V后给MAX5486供电。由于压差较大，稳压器的功耗也较大，这里不推荐使用LM1117。还有就是电源的退耦问题，适当地使用磁珠和小电容会取得很好的效果。
元器件选择
首先是输入耦合电容。爱好者们一致认为，这一环节对音色的影响是很大的，所以大多数爱好者都会选用名厂的CBB电容，而TA2024的设计指南上推荐使用的是电解电容，更有甚者就是德州仪器公司的Ｄ类功放，仅仅使用普通的陶瓷电容作为输入耦合电容。笔者个人看来，钽电解电容除了耐压不太高之外，其他方面还是令人满意的，并且在这种小功率的功放中，贴片的钽电解很容易做到体积小巧、布局整齐。所以，我最终舍弃了使用CBB电容的想法，输入耦合电容全部选用贴片钽电解。
接着是输出端的滤波电容。多数厂家的Ｄ类功放都推荐使用CBB电容，笔者在考虑，是不是CBB电容在恢复波形时效果要比陶瓷好？最终没能得出答案，于是依葫芦画瓢，选用了较便宜的汤姆逊CBB。
最后，也是最重要的器件，就是滤波电感。它的性能不仅影响音质，而且关系到整个电路板的EMC问题。我们知道，Ｄ类功放中流过电感的电流为200kHz以上的脉冲，瞬间值很大，所以电感的饱和电流必须大于脉冲的峰值电流，这就对电感的铜线线径和磁芯面积提出了一定要求。另外,高频脉冲的谐波分量是非常丰富的，可能对周围电路及周边的电器造成干扰，因此要选用合适的电感和滤波电容，尽可能地减小干扰。
在大电流的应用里，一般使用磁环制作电感，TA2024的输出功率较小，在这里没有太大必要。笔者使用的是普通的工字型电感，尽管这种电感磁力线不封闭，但可以拆开观察线径的粗细，用起来也比较放心。 电容和滤波电感的参数决定了滤波器的截止频率。TA2024数据手册中提供的参数截止频率在70kHz左右，这比
德州仪器公司的推荐参数（27kHz）高得多。这样可能对高频分量的衰减要小一些，但同时效率也会变低。
PCB的设计
在布局上，为了便于以后方便装入外壳，并且比较美观，笔者将输入、输出和电源接口全部放置到电路板的一端，这不仅需要选用体积小巧的接插件，而且要尽可能地使输入输出端隔开。要特别注意的是退耦元件的布局，MAX5486和TA2024都有两个以上的电源端，尽管在原理图中看起来是将各电源引脚接到一起，然后并联多个小电容，但实际在布局时，必须在每个引脚附近单独放置一个或多个小电容，并且越靠近引脚效果越好。确定了器件布局后，布线也是要下一番功夫的。对于输入信号线，要尽量避开大信号的走线，以免引入干扰。而对于输出信号线和电源线，则要尽量做到粗短。所以在TA2024引脚只有0.3mm宽的情况下，需要将输出端的走线以平滑过渡的方式加粗，必要时去掉阻焊镀上锡层，这样一方面可以减小损耗，另一方面有利于降低辐射（特别在D类功放中）。而在两个芯片共用一组电源时，必须将两者的电源端分别接到主滤波电容上。
最后是接地的问题。笔者参照了多款D类功放的评估板，发现与AB类功放中星形的单点接地有所不同，D类功放大多简单地采用大面积敷铜的方法接地。后来仔细一想，这样做不仅因为D类功放芯片体积小巧，而且其中实际上也暗含了单点接地的道理。例如我们看看TA2024的引脚排列，不难发现，它输出端和电源引脚在一侧，输入端和其他小信号引脚在另一侧，当采用大面积敷铜时，由于芯片底下的散热片是接地的，电流会按电阻最小的路径流动，也就形成了以芯片底下散热铜箔为中心的单点接地。
焊接
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