基于QS7785PF环绕解码器功率放大器的设计.doc

1、 西南科技大学本科生毕业论文 摘要 本文主要介绍基于大规模集成电路QS7785PF2的功率放大器的设计，它是虚拟 5.1声道解码器的产品之一。QS7785PF可以将双声道的普通立体声信号或杜比定向逻辑、DVD（AC-3编码）输出的立体声音乐信号转换成为前左FL、前右FR、中置C、环绕左SL、环绕右SR、超重低音SW等5.1声道输出，并能够完成多种模式间的切换、不同音源之间切换的。本设计是在QS7785PF的基础上完善功率放大器其他外围电路的设计，包括内外部5.1声道的转换功能。消音功能、指示电路及保护电路等，各个电路均采用了性价比较高的电路方案。 关键词 QS7785PF解码器；QSurrou

2、nd 3D处理技术；虚拟环绕声；双稳态触发器；AV放大器1Based on QS7785PF encirclement decoder power amplifier designAbstract This text mainly is according to the design of the power enlarger of the large scale integration QS7785PF.The Audio frequency technique laboratory QSurround patent tracks technique-5.1 decode the comme

3、rcial product the of the machine.QS7785PF can double the common and high fidelity signal of the track or ratio definite direction logic,the DVD(the AC-3 code) outputs high fidelity music signal the conversion become ago left FL,ex- right FR,won to place C,surrounded left SL,surrounded right SR,the e

4、xcess bass SW etc.5.1 tracks output, and can complete various modes cut over,different sound source of cut over.This power enlargers foundation in the QS7785PF still designed is 5.1 conversion function of the tracks inside the exterior.Convert process and switch on to eliminate the sound electric ci

5、rcuit and conversion contain the indicator electric circuit, converting process to adopt to imitate the electronics switch, reducing the machine switch to the noice that the stereo set bring, and the loudspeaker protect electric circuit to constitute and so on. Each circuit put to use a lower produc

6、tion cost scheme with high performance. Key words The QS7785PF decoding machine，QSurround 3D Processing technology，Virtual Surround，Bistable flip-flop，Audio Video amplifier 西南科技大学本科生毕业论文 目 录第1章 绪论11.1 课题的背景及生产需求状况11.2 课题的目的及意义21.3 论文的主要内容及设计要求21.3.1 主要内容21.3.2 设计要求2第2章 QS7785PF 环绕声解码器介绍32.1 QS7785PF

7、介绍32.1.1 引脚介绍42.1.2 内部原理52.1.3 主要技术指标52.2 QS7785PF环绕声立体声介绍72.3 解码电路8第3章 控制电路103.1 系统原理框架设计103.2 音源控制选择103.2.1 方案1：CD4013双D触发器产生控制信号113.2.2 方案2：组合逻辑电路产生控制信号123.2.3 方案比较123.3 内外部选择电路123.3.1 方案1：用由双稳态触发器产生的脉冲产生控制信号133.3.2 方案2：用基本RS触发器的记忆功能设计控制信号143.3.3 方案比较153.4 多模式音效处理153.5 环绕与中置控制163.6 开关静噪电路173.6.1

8、方案1：利用三极管静特性静噪173.6.2 方案2：简易与非门静噪电路18 西南科技大学本科生毕业论文 3.6.3 方案比较183.7 重低音产生电路183.7.1 方案1：解码前左右声道信号合成193.7.2 方案2：解码后前置左、右及中置声道信号合成203.7.3 方案比较213.8 音调控制电路22第4章 功放与电源电路244.1 功率放大器概述244.2 功放部分方案设计与论证244.2.1 方案1：电子管功放244.2.2 方案2：晶体管功放264.2.3 方案3：集成电路功放284.2.4 方案4：场效应管功放294.2.5 方案比较314.3 各声道功放具体电路324.4 电源电

9、路33第5章 PCB设计与调试355.1 PCB设计355.2 电路仿真与调试355.2.1 电路仿真355.2.2 电路调试36总结38致谢40参考文献41附录42附录1 解码及模拟开关电路42附录2 功放总电路43附录3 最终定稿单面印制板44附录4 前期双面印制板45附录5 不同厚度、不同宽度的铜铂的载流表46 西南科技大学本科生毕业论文 47西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 课题的背景及生产需求状况音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管。1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后，使音

10、响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如”威廉逊”放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低，至19世纪50年代电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。19世纪60年代晶体管在电子技术领域的广泛应用，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。 在60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员集成电路，到了19世纪70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放

11、大集成电路被广泛用于音响电路。19世纪70年代的中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色，以及动态范围达90dB、总谐波失真THD=100,选2SC1815，其中输入端串连电容主要是隔断直流信号（大电容在过滤低频电流上表现相当不错，但遇到高频电流，大电容的滤波功能就较小容量的电容差很多。小电容一般指0.1或小于0.1的贴片电容，主要是过滤高频杂讯的。这种电容的频率响应范围比较大，也可以过滤掉一些中频杂讯。大电容指的是1000以上的电解电容（俗称直立电容），它的频响范围主要在低频区，所以一般用它来过滤低频杂讯。）。3.3.2 方案2：用基本RS触发器的记

12、忆功能设计控制信号电路如图3-7, 采用一单刀双掷开关完成对内外部信号的选择，利用基本RS触图3-7 内外部选择电路发器的记忆作用消除了开关切换时所产生的抖动现象，设单刀双掷开关开始与3连通，这时触发器的输入S=1，R=0，Q=0。当开关由3拨向1时的过渡阶段，触发器的R、S均为1，Q保持0态不变。当动点与1接触时，1点的电位产生抖动，由于3点已经为高电平，1点一旦出现低电平，触发器即翻转为1，即使1点再出现高电平与低电平变化，也不会再改变触发器的状态。3.3.3 方案比较方案1的双稳态触发器，它是由两个三极管组成的电路，成本极低。它的特点是：（1）在没有外界信号作用下，其有两个状态。（2）在

13、一定的外界信号作用下，电路可以很快的由另一种稳定状态过度到另一种稳定状态。利用触发器的这些特点，可以把他作为控制元件、记忆元件和计数元件。方案2的基本RS触发器，它是各种触发器中最简单的一种，也是构成其他各种触发器的基本单元，基本RS触发器可以用与非门组成，也可以用或非门组成，这里我设计的电路中采用与非门组成。该电路中的基本RS触发器要用两个与非门来搭建，则要用54AC11000J，然而该IC里有四个与非门，造成资源的浪费。两种方案所需要的成本都很低，用单个元件的方案1也就2元左右，方案2的集成IC一般为34元不等，所以相对来说方案2稍高点。权衡所有利弊本设计采用方案1来实现内外部的选择。3.

14、4 多模式音效处理一些中高档的VCD、DVD唱机具有多种声场效果处理模式选择，如电影院、音乐厅、摇滚乐、流行音乐等模式声场效果处理，能针对不同节目源的特点进行相应的处理，使各种节目源的长处得到淋漓尽致的发挥。QS7785PF同样可以完成多模式音效选择的功能。通过改变QS7785PF的9、10、12、13脚的电平高或低来实现的。在本设计中采用机械开关控制，电路如图3-8 图3-8 机械开关音效模式控制电路用K1K4这四只开关的状态去控制QS7785PF的9、10、12、13脚电平来实现的，开关拨置断开（OFF）时，对应管脚为高电平H；开关接通（ON）时，对应管脚为低电平L。K1K4开关的状态与解

15、码器功能对应关系如表3-4所示。表3-4 功能开关与输出信号的逻辑关系S1-4选择控制脚输出信号12脚BYP10脚MONO13脚SUR9脚SPD前左输出/前右输出环绕左输出/环绕右输出（续）LLLL立体声增强无LLLH立体声高度增强无LLHL立体声增强有LLHH立体声高度增强有LHLL单声道转成立体声增强无LHLH单声道转成立体声高度增强无LHHL单声道转成立体声增强有（由单声道转成）LHHH单声道转成立体声高度增强有（由单声道转成）HLL任意立体声直通无HLH任意立体声直通立体声直通HHL任意无立体声直通HHH任意立体声直通有可根据输入解码器的音乐源是立体声还是单声道信号，以及要求解码器输出

16、的信号状态（立体声增强程度、要不要环绕声、是否要原汁原味直通），查表来确定K1K4这 4只开关应分别置于ON还是OFF。3.5 环绕与中置控制QS7785PF（11）AC脚为中置信号控制，高电平时有中置输出；低电平时无中置输出。（8）脚的高低决定（13）SUR脚的不同状态，接高电平时，（13）脚处于并行输入模式；接低电平时，（13）脚处于串行输入模式。（13）脚用于控制环绕声的输出，接高电平时有环绕声输出，接低电平时无环绕声输出。通过对（11）、（13）脚的控制可以满足不同人的要求。采用双刀双掷开关，设计电路如图3-9。S6（带自锁）实现对环绕和中置的控制，在接入+5V时，有中置与环绕声产生；

17、接通另一端时两端接地，无环绕输出。对环绕与中置的控制只是高低电平输出控制，没有音频信号经过本电路。当中置与环绕独立图3-9 双刀双掷开关控制环绕中置电路控制就有四种模式，若用双刀双掷，就只有两种模式。如果资源充足，可以用更多独立开关分别控制QS7785PF的9、10、12、13脚的高低电平，可以充分体现本功放的优越性能。但考虑到资源的问题所以本设计采用双刀双掷开关控制中置与环绕。3.6 开关静噪电路音频信号的处理，在音频信号中不允许有过多噪声的出现。在设计中虽然应用到模拟电子开关来尽可能的减少噪声的污染，但对环绕声、中置输出、内外5.1声到选择以及音源选择需要根据实际情况来控制，必须用到机械开

18、关。所以本设计中设计了两种开关静噪方案。3.6.1 方案1：利用三极管静特性静噪 电路如图3-10。根据晶体管的导通、截止特性，在静噪设计中选择比较简单、价格实惠的单晶体管静音电路。图3-10 选择开关静噪电路D1、D2、D3组成或门进行静音工作当S1开关按下时，D1导通进入Q1Q6组成的电路。Q1Q6基极处于高点平，三极管不导通。声音信号无法进入音量控制电路，从而达到静音目的。 S2、S3分别是内外部5.1声道选择开关和多音源选择开关，当有开关按下时，通过D2、D3进入静噪电路完成静音工作。图3-8中开关S4是电源开关 ，Q9与Q10组成保护电路。当S4接通+12V时C66开始充电，Q9导通

19、，Q1Q6基极为高电平，不导通，达到开机静音作用；充电一定时间QS10导通，Q9基极转换为低电平，Q9截止，Q1Q6导通输出5.1声道音频信号进入后续电路。3.6.2 方案2：简易与非门静噪电路根据所学数电学习的知识，利用与非门可以设计一种简易的静噪电路如图3-11。图3-11 简易与非门静噪电路工作原理：当有开关按下后，C1开始充电，与非门输出高电平，三极管导通，各声道输入声音信号经过三极管接地达到静音效果；当C1充电完成后，与非门输出高低电平，此时三极管截止，各声道音信号就可以进入后续电路了。3.6.3 方案比较 对比两个方案静噪电路，都达到了电路的静音功能，元件使用都比较少，因此电路很简单且成本低廉，可以说它们的性价比都比较高。但方案2中使用的与非门得用一片SN7400N，只用了其中一个门，相对来说比较浪费。经过多方面了解，发现方案1在实际电路中使用较多，电路经典比较成熟。所以在权衡利弊后最终选用方案1作为本设计的开关静噪电路。3.7 重低音产生电路一般人耳的听觉频率范围是20HZ20KHz，这是一个非常宽的频率范围，人们习惯将其分为低音、中音、高音。将200Hz以下的声音纳入低音范畴。在低音段人们又将80Hz以下的声音称为重低音，因其频率范围过窄，经常不把重低音不当作完整的声道，而以“.1”声道命名。声音频率范围的下限虽说是20Hz，其实人们只能听到80