我的廉价吉他放大器在使用了大约三年后，完全坏掉了。因此，我决定自己制作放大器，并添加音调控制，简单的失真和音量指示。
每个人对声音处理都有自己的观点：嵌入式数字系统，DIY功率放大器等。我决定根据基本的音频放大原理构建自己的设备，从而能够满足我的特殊要求。
步骤1：功率放大器构思框架
音频输入 -1/4“插孔输入，此处我们用来插入了乐器音频信号
前置放大器-音频滤波器和信号放大，可以在输入信号到达功率放大级之前对其进行放大。
失真电路-基于简单二极管钳位的电路，由于我们在前置放大器级具有增益选项，因此我们可以调整削波信号的增益。
音调控制电路-简单的带通滤波器，用于更改输出频率的特性。
控制开关-用于选择将进入功率放大器电路的音频输入路径。之一：直通乐器的输入信号或经过前置放大器处理的信号。
5W功率放大器-音频功率放大器电路，设计为桥式负载模式。我们有两个2.5W LM380 IC，采用桥式可以将功率扩大一倍。
音量指示器-基于比较电路，由基本峰值检测器，4个比较器和4个输出设计，连接到前面板LED。
音频输出 -1/4“插孔差分输出，请注意输出上没有接地网。在这里，我们连接4-8欧姆扬声器，但不要超过5W
步骤2：零件和仪器
所需的所有内容的完整列表：零件
A.共同部分：
- 直径1.5mm的电线
- 塑料盒-我使用了100x150mm的塑料外壳。确保易于钻孔。
- 0.3mm电线-用于电气连接。
- 1 x原型板-最好是单面的，如果出现焊接错误，很容易拆焊。
- 16 x收缩管-保护未屏蔽的电线。
- 3个滑块电位器旋钮。
- 4 x金属螺钉-盒子外壳
- 14-18V DC电源，0.9A或更高。
B.前面板部件：
- 1 x SPDT开关
- 2 x SPST开关。
- 2 x 1/4“电话插孔-吉他输入\扬声器输出。
- 3个绿色LED。
- 2个红色LED。
- 1 x电源插孔-15V电源输入。
- 8 x标签贴纸-在设备上添加说明。
C.电气零件：
1.电阻：
- •2 x 1M
- •12 x 10K
- •5 x 1K
- •1 x 220K
- •1 x 100K
- •2 x 470K
- •1 x 10R-功率电阻
- •1 x 2K2
2.电容器：2.1非极化：
- •1 x 1n
- •1 x 10n
- •1 x 50n
- •1 x 50p
- •1 x 22n
- •1 x 470n
- •1 x 100p
- •1 x 100n
2.2极化的：
- •2 x 10u
- •3 x 330u
3. IC及其他零件：
- •1 x LM7812-12V线性稳压器。
- •2 x LM380-音频2.5W功率放大器。
- •2 x LM324-低功耗四路运算放大器。
- •1 x LM741-通用运算放大器。
- •1 x 1N4007-通用二极管。
- •2 x 1N5817-信号二极管
- •3 x 100K滑块电位器-可以旋转-没什么区别。
仪器
•烙铁\工作站•锡罐，烙铁头清洁剂。•小钳子• 小刀•电动螺丝刀-可用于切割\钻孔•热胶枪•磨刀•直尺\卡尺-进行测量•锉刀/锉刀-切割和磨削塑料外壳•飞利浦螺丝刀•万用表•工业酒精
测试设备（可选）
- 示波器
- 外部实验室电源
- 函数发生器
- 两根1/4“ PL到鳄鱼夹电缆。
步骤3：原理图-设备的工作原理
乍一看，5W Guitar Amplifier +原理图可能看起来很复杂，实际非常简单。
为了使电路更容易理解，原理图被分成了子电路，因此整个项目变得非常清晰。重要说明：原理图页面中定义的网络名称还定义了设备单独子电路之间的连接。
1.电源
10-18V适配器可以直接为放大器电路供电，但是我使用了+ 12V LM7812稳压器，以提高电源网络的稳定性（VCC和GND）。
电路非常简单，它具有+ 12V线性稳压器，IC输入和输出处的一些旁路电容器以及电源指示器。由于它是线性稳压器，因此，出于IC压降的考虑，我们应连接比输出电压（+ 12V）大至少1.25〜3V的外部电源，
- S1-开/关开关。这是一个简单的固定位置SPST开关，当处于启用位置时，它会“闭合”电路。
- C1，C2，C3-旁路电容器。
- R1，D2-电源指示灯。它允许电流流过LED。
2.前置放大器电路
该电路可能由于其大量的元件而比前一个电路更复杂。但事实并非如此。让我们看一下描述：
2.1。输入级联
将所需的乐器信号插入1/4“单声道输入插孔。GUITAR_IN网络连接到选择开关，以便将输入信号直接传导到功率放大器（我们将在后面讨论）。R16，C9-形成音频输入滤波器，很难用技术的方式来解释它对声音的影响（没有时间研究电压-频率特性），但是它会使输入信号的声音有所不同。
- 由于我们的电源具有+ 12V单电源，因此我们必须做一个偏置电路-输入信号以AC形式传送，并具有正负部分。
- C8的任务-防止直流电压传到输入线上。因此，信号“越过”电容器并“跨越” 6V偏置电压。
- R15和R17-提供附加的运算放大器输入电阻，因为LM741基于双极结型晶体管，因此其输入电阻不是无限大的。因此，运算放大器将从输入级联吸收较少的电流。
2.2放大
在准备好信号并对其进行偏置之后，放大器将显示为下一个阶段。由于LM741运算放大器是作为同相放大器连接的，因此我们可以定义增益：
[A] = Vout / Vin =（1 + Z2 / Z1），其中：Z2 =（ZC4 || R9），Z1 =（R10 + ZC5）。
ZC4-C4的阻抗。ZC5-C5的阻抗。
设计单电源放大器时，常见的问题是“我们实际上要放大什么？”。简而言之，如果运算放大器的输入是依靠+ 6V DC电压偏置，则根据基本运算放大器拓扑，总信号将被[A]放大：
Vout =（6V + Vin）* [A]。
为了仅放大交流信号，将C4放置为电位保护器。它的任务是在初始状态下充电至+ 6V，并且不允许DC通过，增益定义的阻抗（Z2和Z1）。前置放大器的所需输出信号必须是交流电，并且不得偏置。因此，C6 Cap的任务是消除运算放大器输出电压中包含的DC偏移。
2.3失真电路
电路基于削波二极管的非常基本的特性。当我第一次看到运算放大器中的限幅二极管时，我几乎无法想象它是如何工作的。但是，这个想法非常简单：由于仅交流信号被放大，因此[Vout-V（-）]上的电压降会增加。因此，当运算放大器的输出信号幅度大于V（-）时，会削波大于VD（二极管压降）的信号
Vout> V（-）+ VD：剪切区域。
我使用了具有〜0.7V压降特性的经典1N4007二极管。可以替代任何其他失真声音类型。另外：信号以AC形式传送，因此我们需要放置两个二极管，分别用于正波和负波部分。
2.4音调控制
音调控制2-电路是完全无源的。
3.音量指示器
如前所述，音量指示器基于输入信号的幅度比较，将固定电压“点”分为几组，因此当超过每个“点”峰值电压时，将启用适当的LED。让我们看看设备如何测量音频信号的幅度：
3.1峰值检测器
音量指示器电路的第一部分。峰值检测器的主要目标是提供适合于输入信号幅度的近似恒定电压。
AMP_IN网络连接到功率放大器的输入，因此我们可以测量来自任何输入的输入信号幅度-“ BYPASS”或“ PRE-AMP”模式。LM324连接为同相放大器。像LM741一样，LM324也由单电源（+ 12V）供电，但是我们这里不需要偏置电路；因此，无需使用偏置电路。输入信号波的负侧被忽略，信号幅度从该波的正侧得出。当信号放大时，在U4D的输出上，我们仅得到正电压部分。输入信号幅度可能非常小，尤其是在设备处于旁路模式时，因此需要进行一些放大。在这种情况下，U4D连接为同相放大器，其增益[Ax]定义如下：
[Ax] =（1 + R23 / R21）=（1 + 100K / 10K）= 11
U4C接收放大的半波输入信号，并充当纯峰值检测器：由于二极管D8上存在电压降（在本例中为〜0.7），因此运算放大器会努力使V（-）等于V （+）。因此，V（+）等于V（-），U4C的输出引脚达到以下状态：
V（U4C输出）+ V（二极管压降）= V（U4C反相[-]）= V（U4C同相引脚[+]）。
电容器由U4C输出电流充电。由于输入引脚上几乎没有“大电流”（有关输入级上的电流泄漏，请参见LM324数据表），电容器放电的唯一途径-通过R19：当U4C输出幅度减小时，电容器电压下降至新的较低值，通过R19电流驱动放电。C10和R19的值是根据经验选择的-我只是进行了一个实验，在该实验中PK_OUT线的值将向我们显示相对“稳定”的电压。我们在PK_OUT上需要几乎DC的电压，因此截止频率应低。计算：
f（-3dB）= 1 /（2 * pi * R19 * C10）〜0.048 [Hz]〜直流区域。
如前所述，非理想运算放大器具有无限的输入电阻，我们确实想减少流入指示器电路的电流，因此R20为LM324运算放大器的IN（+）增加了电阻。
3.2电压比较电路我的库存中有大量LM324，因此在比较电路中也使用了它。PK_OUT线上准备好的输入信号与用作比较器的一组运算放大器绑定在一起。每个比较器都有固定的电压“点”参考，因此将PK_OUT值与所有比较器参考点进行比较。我们可以看到，有一个简单的分压器网络，它为每个比较器定义了特定的电压：Vr（0）..（3）。我建议在分压器网络上使用10K或更大的电压，以减少从比较器参考电压输出中流失的电流...计算：
Vr（3）（U2D）= VREF Vr（2）（U2C）= VREF *（R7 + R8 + R13）/（R7 + R3 + R8 + R13）= 0.75 * VREF Vr（1）（U2B）= VREF * （R8 + R13）/（R7 + R3 + R8 + R13）= 0.5 * VREF Vr（0）（U2A）= VREF * R13 /（R7 + R3 + R8 + R13）= 0.25 * VREF
3.3 LED输出音量指示器输出共有4个LED。每个电阻都有一个与LED串联的电阻，因此其电流被限制在所需的水平。由于当一个比较器切换到“ ON”状态时，输出电压切换到12V。我希望每个LED都以相同的亮度工作，因此流过每个LED的电流是相同的。计算：
I（D）= [V（OUT）-V（LED）] / Rx〜（12V-2V）/ 1000 = 0.012 = 12 [mA]
4.控制开关控制开关允许我们选择要在输出级放大的信号。开关的上引脚与吉他输入插孔直接绑在一起-开关称为“ BYPASS”。第二个引脚连接到前置放大器的输出，因此我们可以选择是否对信号施加任何影响（失真，音调变化等）。开关的掷引脚与功率放大器的输入级相连。
5.基于LM380的桥式功率放大器：
选择这种特殊的IC放大器的想法实际上是无处可寻的。我只是想尽可能快地构建我的吉他放大器，这是当时我唯一的IC。
原理图非常简单：
开关“投掷”引脚连接到电位计，其相反引脚连接到地面，抽头引脚连接到LM380 IC输入。注意，100K电位器将用作音量控制器。LM380 IC以桥接式负载模式连接。
两个IC都放大了幅度很小的声音信号，但是第二个LM380用作反相放大器-因此，在两个IC的输出处，我们得到的放大信号要大一些，但极性相反。通过将负载连接到这些输出，负载的差分电压会加倍，因此负载上的最大功率将增加一倍。证明：
P（差分）= 2 * V * I = 2 * P（单）= 2 * 2.5 = 5W
差分输出（原理图上的J3符号）是放大器的音频输出。我使用了1/4“唱机插孔，因此我只需将输出扬声器直接连接到放大器即可。
步骤4：焊接
焊接是制作中最有趣的部分，尤其是音频电路。
首先，至关重要的是仔细考虑焊接过程，并确定组件的位置。对我来说，将整个电路分成几组并按零件焊接起来要容易得多：
功率放大器>前置放大器>音量控制>电源>接线端子>切割电路板。
让我们描述一下步骤：
1. LM380功率放大器电路：这是原理图中的最后但并非最不重要的，但我是最先焊接的部分。
重要：为输出滤波电阻器保留一些空间。它的几何体积比电路中的其他电阻器大得多。
2.前置放大器电路：项目中元件数量最多的电路。
3.音量控制电路：由于我们只有四路运算放大器的单个IC，因此很容易想象在该步骤中每个组件应放置在何处。前面板有LED，因此需要焊接每个LED的接线板吞吐量（下一节将介绍如何将前面板与电路板连接）。电压偏置电源（4.5V，参见原理图U4A部分）连接至U2（电压比较器），因此请不要忘记在两个IC之间进行连接。
4.电源：板上将出现的最后一个电路。我最初没有焊接它-我只是将两根导线焊接到电源引脚（VCC和GND），并从外部电源供电，以检查放大器的初始工作情况。旁路电容器应放置在靠近LM7812 IC的位置。
5.接线端子：前后面板与新焊接板之间的接口。TB应焊接在所需的电路板区域附近。焊接完所有连接线后，建议绘制TB连接图。
第5步：制作盒子
对我来说，准备箱体外壳是一个艰难的过程。在进行任何切割作业之前，请确保您的电路能够根据机柜的体积进行安装，用于电缆和互连线-很多。首先，标记将要切割的区域，我强烈建议在每个孔区域上绘制一个“十字”，这将成为每次切割的钻孔参考。钻取列表：1. 2 x圆形1/4“音频I / O孔2. 2 x圆形SPST开关孔3. 4 x圆形LED音量指示孔4. 1 x圆形LED电源指示孔5. 1 x圆形SPDT开关孔6. 3 x矩形滑块电位器切口区域7. 1 x矩形电源插座输入孔
步骤6：组装
这是我们项目的最后一步，所有艰苦的工作都已经完成。
前面板：包含3个滑块电位器和4个LED，用于音量指示器和“失真开/关”开关。
- 电位器-必须放置在固定位置，放置完成后，应将电位计用热胶粘起来。
- 失真On / Off开关-我使用的是自己的侧面塑料夹，因此无需将其热粘。插入应该足够。
- LED-在继续将它们放置在前面板上之前，我们必须准备：焊接有色线和掩膜。将黑色导线焊接到每个LED的负极，将红色导线焊接到每个LED的正极。焊接后，将收缩管放在所有焊点上，用吹风机或打火机加热。
后面板：包含电源连接器，1/4英寸母音频I / O接口，电源指示灯和电源开/关开关。
- 电源连接器-强烈建议使用圆形连接器-无需削尖插槽。准备好后面板后面的插槽后，用热胶将连接器粘上。
- 1/4“音频I / O接口-适当直径的孔加工完后，插入连接器。
- 开机指示灯 -LED应该通过与前面板LED相同的步骤。
- 电源开/关开关-与前面板上的开关类型相同。
电线：在所有部件都弄完后，需要将电线焊接到前面板上/后面板上
标签贴纸：为了让它看起来更酷，我在两个面板上的每个元素上都添加了标签
旋钮：设计包含滑块旋钮
扬声器组：因为输出信号来自1/4英寸母插孔连接器，所以我将1/4英寸公插孔焊接到扬声器导线上
步骤7：测试
输入：音频输入连接到函数发生器，音频范围为20Hz-20KHz。正弦波形幅度范围为20mV至700mV。
电源：如果您不想使用直流适配器，则在测试步骤中，带有直流电流指示的外部电源可能非常有用。
输出：音频输出连接到8 Ohm扬声器，额定功率最少有5W。