英国ZETEX 150W×2数字功放板

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英国ZETEX 150W×2数字功放板

一、工作原理

该数字功放为单电源供电,开关方式采用脉冲宽度调制(PWM)方式。

图1为PWM信号处理器ZXCD1000的内部方框图。该处理器系英国ZETEX公司目前最新设计、制造的集成电路,用于产生音频功放的脉冲宽度调制波。由图可知,该集成电路由晶体振荡器、三角波发生器、比较器、激励器、输出驱动器及各部分电路组成。晶体振荡器及周边电路产生标准三角波(这里不是锯齿波,因此本PWM功放是前后脉冲沿同时调制),比较器则将此标准三角波与输入的音频模拟信号进行比较,产生随音频信号振幅变化而变化的PWM波,驱动大功率开关器件动作。

图2为该数字功放其中一个声道的原理图。音频输入信号经耦合电容C101及R101、C103组成的低通滤波电路后分为两路,一路送至U101A的同相端,另一路则送到U101B的反相端。U101是双运放集成电路,其中U101A组成电压跟随放大器,U101B组成反相比例放大器。音频信号通过此隔离电路后,产生同相反相两种音频信号,分别送至U102的①脚和⑧脚,与集成块内部产生的标准三角波一起接到内部的比较器进行比较。U102为PWM信号处理器ZXCD1000。若没有音频信号输入,则隔离电路两放大器的同相输入端同时接入12V直流电压,两比较器的音频输入端输入电压等于标准三角波的一半,两比较器的输出各为50%,开关器件的通和断时间相等,扬声器两端输出的音频电压为零。为重现音频信号,标准三角波的频率(约为200kHz,比一般PWM比较器采用100kHz的锯齿波频率高出一倍,这乃是该数字功放音质好的原因之一)远高于音频输入信号的频率,故每当三角波与音频信号比较时,比较器便输出一调宽脉冲信号,取样周期取决于标准三角波的频率,通过U102⑤脚外接电容C114可调节、校正三角波的频率。PWM波通过激励级、驱动输出级的放大后,由U102的紒紡矠脚、⑩脚输出。再经D104、C127、D107、C128及D108、C129、D111、C130组成的倍压电路,获得比紒紡矠、⑩脚高一倍的输出电压,控制由Q108~Q111四只MOS管组成的桥式开关电路各MOS管的通断。MOS管工作于饱和(通)和截止(断)两种开关工作状态而非线性状态,因此MOS管的线性好坏对输出信号没有影响。开关电路实现对直流电源电压的高速开关动作,控制扬声器与电源电压接通的时间长短。Q108、Q109的导通时间比Q110、Q111的导通时间长时,扬声器接口CN4的②端为正电位,反之则为负电位。由于MOS管工作于开关状态(且各管配对),故各管的功率损耗极小,发热量很小,可省去散热片。PWM波经L101、C133、C134和L102、C136、C137组成的音频输出低通滤波器(LPF)即PWM波解调器,通过其积分,把PWM波中非音乐成分的波形滤除,输出强力的原始音频模拟信号,推动扬声器发声。开关器件的导通时间越长,经解调器积分后输出的电压就越高;截止时间越长,解调器的输出就越小。由于采用桥式开关电路推动,扬声器以BTL连接,任何一端都不能接地,以便去除单电源供电时输出信号的直流成分,保证扬声器能获取最大的输出功率。偏置与泄放网络控制MOS-FET的栅极,减少MOS管受突变或过高电流的影响,达到增加开关速度、减少PWM波失真的目的。Q101~Q103周边元器件组成三角波输入保护电路,Q104则组成三角波跟随器,增强带载能力。

二、印刷线路板

该数字功放输出有频率为200kHz的PWM波,此脉冲会产生高次谐波。为防止这种干扰,ZETEX公司根据独特的英国线路,开发出一种较优的印刷线路板,采用双面PCB板,并且将印刷线路设计成分布线最短化,将分立的片状器件焊在上面,严格选取最佳接地点,输出解调器及桥式开关电路的接点科学地选取以及插入屏蔽电感器等措施,使功放电路对周围的干扰降到最低程度,并且巧妙地利用印刷电路板地线的铜箔散热,使电路体积小又能输出较大的功率,因此这是线路最合理的一款产品。

三、元器件

该数字功放全部元器件都由ZETEX公司工程师特别挑选。开关器件MOS-FET采用ZETEX公司自己生产的高耐压、大电流、小饱和压降且高转换速率的器件。为减少干扰,缩短引线,最大限度减少信号损耗,电路中所有电阻均采用美国及日本制造的贴片电阻,贴片电容则采用与手机使用同级的韩国三星牌贴片电容。该机所用电解电容全部是“红宝石”、“黑金刚”,耐温为-40℃至+105℃不等;对于无极电解电容,则根据实际所需,用于适当的位置;主通道全部使用CBB聚丙烯电容。对于解调器,选用日本松下CBB电容。解调器中另一关键元件电感器,选用特别设计的直插式密封电感器。

四、主要技术指标

1.输入灵敏度:800mV;2.效率:90%以上;3.信噪比:120dB;4.频率响应:20Hz~22kHz;5.谐波失真:≤0.1%(8Ω负载,1kHz?1W);6.输出功率:150W×2(4Ω阻抗);7.带载能力:(2~8Ω)。

五、试听效果

接上直流电源和扬声器,以CD机作为信号源,通过音量电位器将信号接入电路板的输入端,便可进行试听。

一开机,顿觉不同凡响,由于取样频率比普通开关功放频率高很多,且是双脉冲边沿深度调制,很多音乐里以前听不到的细节,全部都一丝不苟地真实反映出来。本板开关器件速度极快,声音特别通透,透明度极高,高中音是独有的英国声,高音清醇软滑,层次分明;中音真实自然传神;低音厚实富有弹性,且带有美国功放低音的强大力度。经测试,该低音的量比一般传统功放的多。由于该机采用无反馈BTL电路,所以电源开/关时扬声器不会出现开/关机噪声,且具有较高的信噪比,即使音量电位器全开启,耳朵贴近扬声器也几乎听不到交流声和噪声等杂音,就像未开机一样。当放送《天下第一鼓》时,鼓声节奏明亮、清晰、富有力度,低音深沉而令人震撼,弹性十足,大鼓声槌槌到肉,质感极佳,空气感极好,声压很大,一种使人身临其境的感觉,仿佛看到鼓皮在震动,鼓槌打到鼓皮上的那种粘性,甚感过瘾。放送小提琴《梁祝》时,琴声悠扬,韵味浓郁,十分耐听,低音回荡,柔和丰满,温暖宜人,美不可言。人声方面,邓丽君的娇媚,蔡琴的幽怨都表现得淋漓尽致,使人情不自禁地闭目细品,随乐而动。总体感觉,声音清晰,声像定位准确无误,音场的再现尽展英国功放独有的魅力。

工作一段时间后用手触摸开关器件,几乎感受不到有任何温度升高,由此可知本机功放的效率之高。可以说,该数字功放具有目前市面大部分数字功放难以做到的独有个性,是数字功放界的Hi-Hand版本。与目前中国市场的同类数字功放比较,在音质方面说难有对手,是数字功放的佼佼者。

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