LM1875T：功率音频放大器核心解析

LM1875T，作为国家半导体（National Semiconductor，现已被德州仪器TI收购）推出的一款高性能音频功率放大集成电路，自问世以来便以其出色的音质表现、稳定的工作特性以及相对简洁的应用电路设计，在业余音响爱好者和专业音频工程师群体中赢得了广泛的赞誉。它常常被用作中小型功率音响系统的核心放大元件，广泛应用于桌面音响、家庭影院副声道、有源音箱以及各种DIY音频项目中。LM1875T的成功并非偶然，其内部精密的电路设计和对音频信号的忠实放大能力，使其在众多同类产品中脱颖而出。

LM1875T 的基本概念与历史背景

LM1875T是一款单片集成的音频功率放大器，其封装形式为TO-220，这是一种常见的功率半导体封装，具有良好的散热性能。这里的“T”代表了TO-220封装。这款芯片的设计目标是提供高质量的音频放大功能，同时保持较低的失真和噪声水平。在音频放大领域，一个放大器的核心任务是尽可能忠实地将输入的微弱音频信号放大到足以驱动扬声器的功率水平，而在这个过程中，不应引入额外的噪声和失真，以确保声音的还原度。LM1875T正是基于这样的设计理念而诞生的，它旨在为用户提供一种简洁而高效的音频放大解决方案。

追溯LM1875T的历史，它诞生于国家半导体公司的黄金时期，那个时代涌现了许多经典的模拟集成电路。国家半导体在模拟IC领域积累了深厚的技术底蕴，其产品以高可靠性、优异的性能和合理的价格而著称。LM1875T的推出，正是其在音频放大器市场布局的重要一环。尽管技术不断发展，新的放大器IC层出不穷，但LM1875T凭借其独特的“模拟味道”和优秀的性价比，至今仍活跃在音频放大器市场中，并拥有一大批忠实的拥趸。这种持久的生命力，很大程度上得益于其稳定的工作表现和易于上手的特性，使得无论是初学者还是经验丰富的工程师都能从中获得满意的效果。

LM1875T 的核心特性与优势

LM1875T之所以能够在音频放大器市场占据一席之地，得益于其一系列显著的特性和优势。这些特点共同构成了其卓越性能的基础，使其成为许多音频放大器设计的首选。

• 高保真度音频输出： LM1875T在设计时就将音质放在了首位。它采用差分输入级和互补对称输出级，这种结构能够有效地抑制共模噪声，并提供极低的谐波失真（THD）。在典型的应用中，其谐波失真可以达到0.015%以下，这对于大多数非专业监听级别的音频应用来说，已经是非常优秀的表现了。低失真意味着声音信号在放大过程中不会产生明显的畸变，从而保证了音源的原始风貌。此外，芯片内部还集成了多重保护电路，进一步确保了在各种工作条件下的稳定性和可靠性，例如在负载短路、过载或者电源电压波动时，芯片能够自我保护，避免损坏。

• 宽电源电压范围与功率输出： LM1875T的工作电压范围非常宽，通常可以在正负15V到正负30V之间稳定工作。这种宽电压范围为其应用提供了很大的灵活性，用户可以根据实际需求选择合适的电源。在±25V电源电压下，LM1875T能够向8欧姆负载提供约20W的连续平均功率输出。对于大多数家庭影院或桌面音响系统来说，20W的功率已经足够满足日常听音需求。更高的功率输出，通常需要更大的电源和更高效的散热系统。而LM1875T在保证音质的前提下，提供了适中的功率输出，使其在尺寸和成本之间取得了良好的平衡。

• 内置完善的保护功能： 作为一款面向实际应用的功率放大器，LM1875T内部集成了多种保护电路，大大提升了其可靠性和耐用性。这些保护功能包括：

• 热关断（Thermal Shutdown）： 当芯片内部温度达到预设阈值（通常在165°C左右）时，芯片会自动停止工作，以防止过热损坏。这是非常关键的保护措施，尤其是在长时间大功率输出或散热不良的情况下。

• 短路保护（Short Circuit Protection）： 当输出端意外短路到地或电源时，芯片能够立即限制输出电流，避免过流损坏。这种保护对于扬声器和芯片本身都至关重要。

• 瞬态热限制（SOA Protection）： 瞬态热限制（Safe Operating Area Protection）是一种更高级的保护机制，它根据输出电流和输出电压实时调整芯片的工作点，确保输出晶体管始终工作在安全工作区内，防止在瞬态大电流或高电压下对晶体管造成永久性损伤。

• 过压保护（Over-voltage Protection）： 虽然手册中没有明确列出，但通常功率IC都会具备一定的过压承受能力，以应对电源电压的瞬时波动。这些内置的保护功能使得LM1875T在实际应用中具有极高的鲁棒性，大大降低了设计和使用的风险。

• 低噪声与低失真： LM1875T的等效输入噪声电压非常低，通常在2µV以下。低噪声意味着在没有信号输入时，放大器产生的背景嘶嘶声（hiss）非常小，这对于享受高保真音频至关重要。同时，前述的低失真特性确保了放大器不会引入非线性的畸变，使得音乐的细节和动态范围得以完整保留。在音频领域，噪声和失真是衡量一个放大器性能的两个关键指标，LM1875T在这两方面都表现出色。

• 简单的外围电路： LM1875T的典型应用电路非常简洁，通常只需要少数几个外部元件，如电阻、电容和反馈网络，就能构成一个完整的音频放大器。这种简洁性降低了设计的复杂性和成本，同时也减少了潜在的故障点。对于DIY爱好者来说，这意味着更容易上手和调试；对于制造商而言，则可以缩短开发周期并降低生产成本。这种“即插即用”的特性，使得LM1875T在各种应用中都显得非常实用。

LM1875T 的引脚功能与典型应用电路

理解LM1875T的引脚功能是正确使用它的前提，而其典型应用电路则展示了如何将其集成到实际系统中。

LM1875T 的引脚定义（TO-220封装）：

LM1875T采用TO-220封装，通常有5个引脚，部分版本可能有6个引脚，但5引脚版本更为常见。以下是标准的5引脚定义：

1. 非反相输入端（Non-Inverting Input）： 这是放大器的正输入端，通常连接到音频信号源的输入端，或者通过一个电阻连接到反馈网络。

2. 反相输入端（Inverting Input）： 这是放大器的负输入端，通常通过一个反馈电阻连接到输出端，形成负反馈回路，以稳定增益和改善性能。

3. 地（Ground）： 这是整个电路的公共地，通常连接到电源的中心抽头或系统地。在双电源供电中，它是正负电源的共同参考点。

4. 输出端（Output）： 这是放大器的功率输出端，直接连接到扬声器，或者通过一个电感/电阻网络连接到扬声器，以防止高频振荡。

5. 负电源输入端（Negative Power Supply）： 连接到负电源电压（例如-25V）。

6. 正电源输入端（Positive Power Supply）： 连接到正电源电压（例如+25V）。

需要注意的是，有些LM1875T的TO-220封装的散热片（金属背板）是与负电源端（Pin 5）连接的。在安装时，如果需要将多个LM1875T安装在同一个散热器上，或者散热器是金属机壳的一部分，则需要对芯片进行绝缘处理，以避免短路或接地回路问题。通常会使用云母片、硅胶片和绝缘垫圈进行物理隔离。

典型应用电路分析：

LM1875T的典型应用电路通常是一个带有负反馈的非反相放大器配置。这种配置在音频放大器中非常常见，因为它能够提供稳定的增益，并且具有较高的输入阻抗。

一个基本的LM1875T放大电路通常包括：

• 输入耦合电容（C_in）： 位于信号输入端，用于隔直流，防止直流分量进入放大器，同时允许交流音频信号通过。它的容量大小会影响低频响应，容量越大，低频响应越好。

• 输入电阻（R_in）： 与输入耦合电容串联，通常用于限制输入电流，并与反馈电阻共同决定输入阻抗。

• 反馈电阻（R_f）： 连接在输出端和反相输入端之间，用于设置放大器的闭环增益。

• 反馈电阻（R_g）： 连接在反相输入端和地之间，与R_f共同决定增益。

• 增益设置： 闭环电压增益A_v = 1 + (R_f / R_g)。通过调整R_f和R_g的比例，可以灵活地设置放大器的增益。例如，如果R_f = 20kΩ，R_g = 1kΩ，则增益为21倍。

• Zobel网络（R_zobel, C_zobel）： 通常由一个几欧姆的电阻和一个0.1μF左右的电容串联组成，并联在输出端和地之间。它的作用是改善放大器在高频时的稳定性，防止在高频时负载呈容性时引起自激振荡。

• 输出耦合电容： 在某些单电源供电的应用中可能会用到，用于隔直流，防止直流分量流过扬声器。但在双电源供电的LM1875T应用中，由于输出为零电位，通常不需要输出耦合电容。

• 电源旁路电容（C_bypass+，C_bypass-）： 连接在正负电源引脚与地之间，用于滤除电源中的高频噪声，提供瞬时大电流，并增强放大器的稳定性。通常会使用一个较大的电解电容（如2200μF或更大）和一个较小的无极性电容（如0.1μF或0.01μF）并联，以覆盖不同频率范围的噪声。

注意事项：

• 电源质量： LM1875T对电源质量有较高要求。稳定的、低纹波的直流电源是获得良好音质的关键。建议使用独立的变压器、整流桥和滤波电容组成的线性电源，并尽可能增加滤波电容的容量。

• 接地： 采取一点接地或星形接地方式，避免形成地环路，以减少噪声和交流声。功率地和信号地应分开，最后汇合到一点。

• 散热： LM1875T在工作时会产生热量，尤其是在大功率输出时。必须配备足够大的散热器，以确保芯片工作在安全温度范围内。散热器的选择应根据芯片的最大功耗和环境温度来确定。

• 布局布线： 合理的PCB布局和布线对音质和稳定性至关重要。电源线应粗短，信号线应远离电源线和功率线，以减少干扰。反馈回路的走线应尽量短且直。

• 元器件选择： 使用高质量的音频专用电容和低噪声电阻，可以进一步提升音质。

LM1875T 的主要参数解析

了解LM1875T的主要参数有助于我们更深入地理解其性能极限和适用范围。这些参数通常可以在其数据手册（Datasheet）中找到。

• 输出功率（Output Power）： 前文提到，在±25V电源，8欧姆负载下，LM1875T可以提供约20W的RMS（均方根）连续功率。这个参数是衡量放大器驱动能力的关键指标。RMS功率是衡量放大器持续输出功率的标准，比峰值功率更能反映实际性能。

• 总谐波失真加噪声（THD+N）： 这是衡量放大器保真度的关键指标。LM1875T在额定功率输出时，THD+N通常可以达到0.015%以下。越低的THD+N值表示放大器引入的非线性失真和噪声越少，音质越纯净。

• 信噪比（SNR - Signal-to-Noise Ratio）： 指信号电平与噪声电平之比，通常以分贝（dB）表示。LM1875T的信噪比通常在100dB以上，这意味着在信号输入时，输出的信号远大于背景噪声，听感上会非常干净。

• 输入阻抗（Input Impedance）： LM1875T的输入阻抗较高，通常在几十千欧姆到几百千欧姆之间，这使得它能够很好地与各种音频源（如CD播放器、DAC等）匹配，而不会对其造成过大的负载效应。

• 电源抑制比（PSRR - Power Supply Rejection Ratio）： 衡量放大器抑制电源纹波和噪声的能力。LM1875T具有较高的PSRR，这意味着即使电源存在一定的纹波，放大器也能有效地抑制其对输出信号的影响，从而保持音质的纯净。

• 压摆率（Slew Rate）： 衡量放大器输出电压随时间变化的速率，通常以V/µs表示。较高的压摆率意味着放大器能够更好地处理快速变化的信号，对于再现音乐中的瞬态响应（如打击乐器）至关重要。LM1875T的压摆率通常在10V/µs以上，对于音频应用来说已经足够。

• 静态电流（Quiescent Current）： 当没有输入信号时，放大器消耗的电流。LM1875T的静态电流相对较低，这有助于降低功耗和发热。

• 工作温度范围： LM1875T的工作温度范围通常为-40°C至+85°C（工业级）或0°C至+70°C（商业级），这使得它可以在各种环境条件下稳定工作。

LM1875T 的应用场景与设计考量

LM1875T由于其独特的性能和易用性，被广泛应用于各种音频放大器设计中。

主要应用场景：

• 桌面Hi-Fi音响系统： LM1875T是构建高品质桌面立体声放大器的理想选择。它能够提供足够的功率来驱动大多数书架音箱，并且其出色的音质表现能够满足发烧友对声音细节和还原度的要求。

• 有源音箱： 许多有源（Self-powered）音箱内部会集成LM1875T作为功率放大模块。这种集成方式简化了用户连接，并且使得音箱更加紧凑。

• 家庭影院系统中的环绕声道放大器： 对于不需要极高功率输出的环绕声道或中置声道，LM1875T是经济高效且性能优异的选择。

• DIY音频项目： 对于电子爱好者和DIY发烧友来说，LM1875T是一个非常友好的芯片。其简单的外围电路和成熟的应用方案使得它成为许多DIY功放项目的首选，可以用于制作耳放、小功率功放等。

• 乐器放大器（练习用）： 由于其适中的功率和良好的音质，LM1875T也可以用于一些小型乐器练习放大器中。

设计考量与优化：

尽管LM1875T使用简单，但要发挥其最佳性能，还需要在设计和制作过程中注意一些关键点。

• 电源设计：

• 充足的功率储备： 变压器功率应留有足够的余量，通常建议变压器功率至少是理论最大输出功率的两倍。例如，如果设计一个双声道共40W输出的功放，变压器建议选择80W或以上。

• 大容量滤波电容： 滤波电容的容量越大，电源纹波越小，瞬态供电能力越强，对低频表现和动态响应有积极影响。通常每个声道正负电源建议使用2200μF或更大容量的电解电容。

• 低ESR电容： 选择低等效串联电阻（ESR）的电解电容，可以进一步降低电源内阻，提升供电质量。

• 桥式整流器选择： 选择额定电流足够大的整流桥，并注意其散热。

• 独立的双电源供电： LM1875T通常采用双电源供电（正负电压供电），这种方式可以使输出中点电位为0V，避免了输出耦合电容，从而改善了低频响应和瞬态特性。

• 散热设计：

• 散热器尺寸： 根据最大功耗和环境温度计算所需散热器的热阻，选择足够大的散热器。通常，每瓦功耗需要大约30-50平方厘米的散热面积，这只是一个粗略的估计，实际需要根据热阻公式精确计算。

• 接触面处理： 芯片与散热器之间应涂抹导热硅脂，以最大程度地降低热阻，提高导热效率。

• 绝缘处理： 如果多个LM1875T或芯片散热片与机箱连接，必须进行绝缘处理，通常使用云母片或硅胶片。

• 接地与布线：

• 一点接地： 这是音频电路中常用的接地方式，所有地的连接都汇聚到一点，可以有效避免地环路噪声。电源地、信号输入地、输出扬声器地等应分开走线，最终汇聚到滤波电容的地。

• 粗短的功率走线： 电源线和输出线应尽可能粗短，以减少电阻和电感，降低损耗，提高瞬态响应。

• 信号走线： 敏感的信号走线（如输入信号线、反馈线）应远离强电磁干扰源，并尽量短，可以考虑使用屏蔽线。

• 合理的PCB布局： 电源滤波电容应尽可能靠近LM1875T的电源引脚，以提供更好的瞬态电流。反馈网络应靠近芯片，以减少寄生电感和电容。

• 输入与输出保护：

• 输入保护： 在输入端可以串联一个小电阻（如10Ω）和并联一个齐纳二极管或TVP（瞬态电压抑制器），以保护输入级免受过压冲击。

• 输出RLC网络（Zobel网络）： 前文已述，用于防止高频自激。

• 输出保护： 可以在输出端串联一个自恢复保险丝或熔断保险丝，以保护扬声器在芯片故障时免受直流冲击。

• 增益设置：

• 根据扬声器灵敏度和前端音源的输出电平来合理设置放大器的增益。过高的增益会引入不必要的噪声，过低的增益则可能无法充分驱动扬声器。对于LM1875T，通常设置增益在20-30倍左右比较常见。

• 反馈电路设计：

• 反馈电阻的精度和类型对音质有一定影响，建议使用金属膜电阻，其噪声和温度漂移较小。

• 在反馈回路中可以并联一个小容量的电容（如几十pF到几百pF），用于抑制高频振荡，但这可能会稍微影响高频响应。

LM1875T 与其他功率放大器芯片的对比

LM1875T并非唯一的音频功率放大器芯片，市面上还有许多其他优秀的芯片，例如TDA2030、TDA2050、LM3886等。了解它们之间的差异有助于在特定应用中做出最佳选择。

• 与TDA2030/TDA2050的对比：

• TDA2030和TDA2050是意法半导体（STMicroelectronics）生产的经典音频放大器芯片，它们在很多方面与LM1875T类似，都是集成度高、外围电路简单的功率放大器。

• TDA2030： 功率输出通常在12-15W左右，比LM1875T略小。音质方面，TDA2030被认为声音偏暖，低频量感较好，但高频细节可能不如LM1875T。价格通常更便宜。

• TDA2050： 功率输出在25-30W左右，高于LM1875T。音质表现上，TDA2050在解析力方面比TDA2030有所提升，接近LM1875T。价格介于TDA2030和LM1875T之间。

• 总结： LM1875T在音质方面通常被认为优于TDA2030，与TDA2050相当或略优。在功率上，TDA2050更高，TDA2030最低。在DIY领域，LM1875T因其“音乐味”和稳定性而更受欢迎。

• 与LM3886的对比：

• LM3886是国家半导体更高级别的集成音频功率放大器，其功率输出远高于LM1875T，通常在50W到68W之间，失真度更低，信噪比更高。

• 性能： LM3886在各项指标上都优于LM1875T，例如更高的输出功率、更低的失真、更高的信噪比。它还具有更高级的保护功能，如静音功能和输出DC偏移保护。

• 价格与复杂度： LM3886的价格通常是LM1875T的数倍，其外围电路也相对复杂一些，对电源要求更高。

• 应用： LM3886更适用于需要更高功率输出、更极致音质表现的Hi-Fi系统，例如驱动大型落地箱。而LM1875T则更适合中小型功率、成本敏感但对音质有一定要求的应用。

• 总结： LM3886是LM1875T的“大哥”，性能更强，但成本更高，设计也更复杂。对于大多数桌面音响或小功率应用，LM1875T的性能已经足够优秀。

LM1875T 的音质特点与主观评价

关于LM1875T的音质，这是一个相对主观的话题，但业界和发烧友普遍对其有着积极的评价，甚至流传着“模拟味浓郁”、“声音温暖”等赞誉。

• “模拟味”： 许多发烧友认为LM1875T的声音具有一种独特的“模拟味”，这种味道通常被描述为温暖、自然、不干涩。这可能与芯片内部的电路设计、反馈方式以及对偶次谐波的良好控制有关。在数字音频日益普及的今天，这种模拟的听感反而成为LM1875T吸引人之处。

• 低频表现： LM1875T的低频表现通常被认为是饱满而富有弹性，不会过于肥大或拖沓。这得益于其充足的电流输出能力和相对良好的阻尼系数。

• 中频表现： LM1875T的中频表现被认为是其最大的亮点之一，人声和乐器听起来非常自然，富有感染力。这使得它非常适合播放人声、弦乐和爵士乐等类型音乐。

• 高频表现： LM1875T的高频通常被认为是清晰而不刺耳，具有良好的延伸性。虽然可能不像一些高端芯片那样极致的纤细和透明，但其高频质感是自然耐听的。

• 解析力与细节： 尽管不是顶级芯片，但LM1875T的解析力足以还原音乐中的大部分细节，能够展现出乐器的质感和空间感。

• 耐听度： 许多用户认为LM1875T的音色非常耐听，即使长时间聆听也不会感到疲劳。这对于家庭日常使用来说非常重要。

需要强调的是，音质受多种因素影响，包括电源质量、外围元件的选择、PCB布局、箱体和扬声器匹配等。一个精心设计和制作的LM1875T功放，其音质表现往往会超出人们的预期。因此，要充分发挥LM1875T的潜力，除了芯片本身，还需要注重整个系统的优化。

LM1875T 故障排除与常见问题

在使用或DIY LM1875T放大器时，可能会遇到一些常见问题。了解这些问题的原因和解决方法，有助于快速排除故障。

• 无声音输出：

• 检查电源： 确认正负电源电压是否正常，并且都已连接到芯片。

• 检查输入信号： 确认音频信号源是否正常工作，信号线是否连接正确。

• 检查扬声器： 确认扬声器是否完好，连接是否牢固，阻抗是否匹配。

• 检查反馈回路： 确认反馈电阻是否连接正确，是否有断路或短路。

• 芯片损坏： 如果以上都正常，可能是芯片本身损坏。可以测量芯片引脚的直流电压，与正常值对比。

• 输出有噪音或交流声：

• 接地问题： 最常见的原因是接地不良或地环路。检查接地方式是否为一点接地，电源地和信号地是否分开。

• 电源纹波： 电源滤波电容容量不足或质量不佳会导致电源纹波过大，产生交流声。增加滤波电容容量或更换高质量电容。

• 输入端干扰： 输入信号线没有屏蔽或走线不合理，容易引入外部干扰。使用屏蔽线或优化布线。

• 自激振荡： 高频自激会导致输出有刺耳的噪音。检查Zobel网络是否连接正确，反馈回路是否稳定，或者尝试在电源引脚增加小容量高频旁路电容。

• 输入悬空： 如果输入端没有连接信号源或者输入线悬空，可能会拾取空间中的电磁干扰。在输入端并联一个对地电阻（如10kΩ-47kΩ）可以解决此问题。

• 输出直流（DC）偏移过大：

• LM1875T正常工作时，输出中点直流电压应接近0V。如果偏离较大，可能是芯片损坏，或者输入端存在直流分量。检查输入耦合电容是否失效，或者信号源是否有直流输出。

• 芯片过热：

• 散热器不足： 散热器尺寸太小，无法有效散发热量。更换更大尺寸的散热器。

• 散热接触不良： 芯片与散热器之间没有涂抹导热硅脂，或安装不牢固。重新涂抹硅脂并拧紧螺丝。

• 电源电压过高： 超过芯片额定工作电压范围，导致功耗过大。

• 负载阻抗过低： 驱动低阻抗扬声器（如4欧姆）会增加功耗，需要更大的散热器。

• 振荡： 芯片发生高频自激振荡，也会导致发热量急剧增加。

• 失真：

• 输入信号过大： 导致放大器削波。降低输入信号电平。

• 电源电压不足： 在大功率输出时，电源电压下降严重，导致输出失真。提升电源容量，或检查电源线路。

• 负载阻抗不匹配： 负载阻抗过低会使芯片进入非线性工作区。

• 芯片损坏： 芯片内部电路损坏也可能导致失真。

LM1875T 的未来与展望

尽管LM1875T是一款诞生已久的经典芯片，但在数字音频技术飞速发展的今天，它依然保持着其独特的魅力和市场地位。这很大程度上归因于其“模拟味”的音质表现和相对简单的应用。

• 持续的市场需求： 市场上对高性能、易于实现的音频放大器仍有旺盛的需求，尤其是在DIY和小型高保真音响领域。LM1875T凭借其成熟的方案和良好的口碑，将继续占据一席之地。

• 发烧友的青睐： 对于追求纯粹模拟听感的发烧友来说，LM1875T是一个永恒的选择。许多人认为数字放大器虽然效率高、体积小，但在音质上仍然无法完全取代传统模拟放大器的韵味。

• 与数字技术的结合： 未来，LM1875T可能会更多地与数字前端（如DAC、数字信号处理器DSP）结合使用，形成“数字源+模拟放”的混合系统，既能利用数字技术的高精度和灵活性，又能保留模拟放大器的独特音质。

• 新兴应用： 随着物联网和智能家居的发展，小体积、高性能的音频放大器在各类智能设备中也有潜在的应用空间，LM1875T或其衍生产品有可能在这些领域找到新的用武之地。

• 教育与实践： 对于电子工程专业的学生和初学者来说，LM1875T由于其简单的电路和明确的工作原理，仍然是学习音频放大器设计和实践的优秀平台。

LM1875T是一款经典的、高性能的音频功率放大集成电路。它以其出色的音质、稳定的工作特性和简洁的应用电路，在音频领域拥有广泛的应用。尽管其功率输出并非最高，但在中小型功率应用中，其表现足以满足大多数用户的需求。理解其基础知识、主要参数、应用电路和设计注意事项，是充分发挥其潜力的关键。无论是在追求高保真音质的DIY项目中，还是在商业化的桌面音响产品中，LM1875T都将继续作为一款值得信赖和选择的核心组件，为我们带来纯净而动听的音乐体验。