★ FEATURED ARTICLE 1. 为什么CH10D成了DIY音箱圈的新宠最近两年DIY音箱的圈子明显热闹了起来。以前大家想自己攒一对桌面小音箱要么去淘那些拆机功放板要么硬着头皮上LM1875、TDA2030这类老牌模拟功放芯片。不是说它们不好声音确实有味道但发热大、体积大、效率低这几个问题始终绕不开。尤其是你想把音箱做小、做薄或者想用电池供电带出门模拟功放那套方案基本就给你判了死刑。CH10D这颗芯片进入视野其实是一个很自然的过程。它是一颗D类功放芯片单声道输出在4欧姆负载下能稳定输出20W左右的功率供电范围宽外围电路极其简单。你如果去翻它的规格书会发现它只需要几个电阻电容就能跑起来不需要笨重的散热片效率能到90%以上。这意味着什么意味着你可以用一节锂电池或者一个12V的小电源适配器就能推出一对像模像样的书架箱。我最初注意到CH10D是因为想给桌面做一对小尺寸的主动音箱。桌面空间有限传统AB类功放板塞进去之后箱体内部几乎被散热片和变压器占满了留给喇叭和倒相管的空间少得可怜。而CH10D的封装很小贴片或者DIP转接都能用发热量低到几乎可以忽略这就给箱体设计留出了极大的自由度。再加上它支持4欧姆负载市面上大量便宜的4欧姆全频喇叭、同轴喇叭都能直接搭配不用去刻意找8欧姆的型号选型范围一下子宽了很多。这颗芯片适合谁如果你是刚入门的DIY玩家想用最低的成本做一套能响、能听、不折腾的主动音箱CH10D几乎是目前最友好的选择之一。如果你是有经验的玩家想做一些小体积、电池供电、或者多声道阵列的项目CH10D的简单性和一致性也能帮你省下大量调试时间。当然如果你追求的是那种胆机般的温暖音色那D类功放可能不是你的菜这个后面我会细说。提示CH10D在市面上有多个版本和封装形式购买时务必确认引脚定义和散热焊盘的位置不同批次的丝印可能略有差异。2. CH10D的核心参数与选型逻辑拆解2.1 关键电气参数一览先把CH10D的核心参数摆出来这样你在选型和设计时心里有底。以下数据综合了规格书和实际测试结果供电条件不同会有浮动但大方向不会错。参数项典型值备注工作电压范围5V ~ 24V低于5V可能无法启动高于24V有损坏风险输出功率4Ω20W 18VTHD10%条件下测得输出功率8Ω12W 18V8Ω负载功率减半是D类常态效率88% ~ 92%随负载和供电变化静态电流约15mA无信号输入时的自身消耗开关频率约300kHz超出音频范围但可能干扰AM收音信噪比≥90dB实测在良好布局下可达95dB总谐波失真≤0.1% 1W小功率下表现优秀保护功能过流、过热、欠压内置无需外部额外设计这张表里最值得关注的是供电电压和负载阻抗的匹配关系。很多人看到“20W”就以为随便接个5V电源就能出20W这是不对的。D类功放的输出功率和供电电压是强相关的电压越高能输出的功率越大。你想在4欧姆喇叭上得到20W供电至少要到18V左右。如果你只用5V供电4欧姆负载下大概只能得到3W到4W的功率推个桌面小喇叭够用但别指望能爆棚。2.2 为什么是D类而不是AB类这个问题我在很多群里被问过。有人觉得D类功放“数码味重”不如AB类好听。这个说法有一定道理但要看具体场景和芯片素质。D类功放的工作原理是把音频信号调制成高频PWM波然后通过MOS管高速开关来放大最后用LC滤波器把高频载波滤掉还原出音频信号。因为MOS管要么完全导通要么完全截止所以自身损耗极小效率极高。AB类功放则是让晶体管工作在线性区始终有电流流过效率通常只有30%到50%剩下的全都变成热量散掉了。CH10D作为一颗现代D类芯片它的调制频率和反馈设计已经比早期的D类芯片好很多。实际听感上中频人声的还原度不错低频有力度高频稍微偏亮一点但通过输入端的RC网络可以适当调整。对于DIY音箱来说效率高、发热小、体积小这三个优势是压倒性的。你不需要在箱体上开散热孔不需要担心夏天听歌时功放板烫手也不需要为了散热去牺牲箱体容积。2.3 4欧姆喇叭的搭配考量标题里特意提到“4欧姆喇叭”这不是随便写的。CH10D在4欧姆负载下的表现明显好于8欧姆因为D类功放的输出功率和负载阻抗成反比。同样的供电电压下4欧姆喇叭能拿到接近两倍于8欧姆喇叭的功率。但这里有个坑不是所有标称4欧姆的喇叭都真的适合。有些廉价喇叭的标称阻抗是“直流电阻”实际交流阻抗在工作频段内可能低到3欧姆甚至更低。CH10D有过流保护遇到这种喇叭会触发保护导致声音断续。我的建议是选喇叭时尽量挑那些参数标注规范的品牌或者自己用万用表量一下直流电阻如果低于3.2欧姆就要谨慎了。另外4欧姆负载下功放的电流会更大对电源的要求也更高。如果你用电池供电电池的放电能力要跟得上否则大动态时电压会被拉低导致声音失真。这一点在后面电源部分我会详细说。3. 从零搭建CH10D功放板的完整实操3.1 物料准备与工具清单先列一下我这次搭建用到的所有东西你可以照着抄作业。核心物料CH10D芯片一颗建议买两颗备用焊接失误是常有的事洞洞板或定制PCB一块推荐PCB洞洞板在高频开关电路上容易出问题电感10μH到22μH饱和电流至少3A这是LC滤波器的核心电容100nF、1μF、10μF、470μF各若干电阻10kΩ、20kΩ、4.7Ω等常用值电源18V 2A直流适配器或者12V锂电池组喇叭4欧姆全频喇叭一只功率标注20W以上音频输入线3.5mm转RCA或直接焊接工具恒温烙铁温度设300到330度焊锡丝0.6mm含铅或免洗无铅万用表示波器可选但有的话调试会轻松很多热风枪如果买的是贴片封装注意CH10D的散热焊盘必须焊接良好否则芯片内部的热量散不出去大功率下会触发过热保护。如果你用洞洞板务必在焊盘下方铺一块铜皮或者用粗铜线连接到芯片底部。3.2 电路原理与关键节点说明CH10D的典型应用电路非常简洁核心就几个部分电源滤波、输入耦合、增益设定、LC输出滤波。电源部分芯片的VCC引脚需要接一个470μF的电解电容和一个100nF的陶瓷电容并联到地。电解电容负责储能和低频滤波陶瓷电容负责高频去耦。这两个电容要尽量靠近芯片引脚走线越短越好。我试过把电容放在离芯片两厘米远的地方结果底噪明显增大后来挪到紧贴引脚就干净了。输入部分音频信号通过一个1μF的耦合电容进入IN引脚IN-引脚通过一个电阻接地或者接反馈网络。CH10D的增益由外部电阻设定典型应用是10kΩ和20kΩ的组合增益大约在20dB左右。如果你想调增益改这两个电阻的比值就行。增益太高会放大前级噪声太低又推不满功率20dB是个比较平衡的值。输出部分这是D类功放最特殊的地方。芯片输出的是高频PWM波必须经过LC滤波器才能接喇叭。电感选10μH到22μH电容选0.47μF到1μF截止频率设在30kHz到50kHz之间。计算公式是f1/(2π√(LC))你可以根据手头的元件值反推。我用的10μH电感和0.68μF电容截止频率约61kHz实测高频残留很小听不到开关噪声。保护与指示芯片自带保护功能但建议在电源输入端加一个保险丝或者自恢复保险丝防止意外短路烧毁芯片。另外可以在输出端并联一个10Ω电阻和LED串联作为电源指示这个看个人喜好。3.3 焊接与组装步骤第一步先焊芯片。如果是贴片封装用热风枪或者烙铁加焊锡膏先把芯片对准焊盘固定对角两个引脚然后拖焊其余引脚。散热焊盘要多上锡确保和PCB铜皮充分接触。如果是DIP封装直接插上去焊就行但要注意引脚顺序不要搞反。第二步焊电源滤波电容。470μF电解电容的正极接VCC负极接地100nF陶瓷电容并联在旁边。这两个电容的引脚尽量短不要留太长的线。第三步焊输入耦合和增益电阻。1μF耦合电容一端接音频输入一端接IN。增益电阻按照规格书推荐值焊接如果不确定就先焊10kΩ和20kΩ。第四步焊LC滤波器。电感一端接芯片输出引脚另一端接喇叭正极。电容一端接喇叭正极另一端接地。注意电感的额定电流要够我用的是3A的大动态下不会饱和。第五步接电源和喇叭。先不接音频输入通电测量输出端直流偏移。正常情况下应该在几十毫伏以内如果超过100mV说明电路有问题要检查焊接和元件值。第六步接音频输入小音量试听。如果没有声音或者声音异常先检查输入耦合电容是否焊反再检查喇叭是否接好。实操心得我第一次焊CH10D的时候把输入耦合电容的极性搞反了结果声音小得几乎听不见折腾了半天才发现。电解电容有极性陶瓷电容没有焊接前一定要看清楚。3.4 电源方案的选择与对比CH10D的供电方案直接决定了最终效果。我试过三种方案各有优劣。电源类型优点缺点适用场景18V开关电源适配器便宜、体积小、即插即用可能引入高频噪声桌面固定使用12V锂电池组便携、无地环路噪声需要充电管理、电压随电量下降户外便携音箱线性稳压电源噪声最低、声音最干净体积大、发热大、成本高高保真桌面系统如果你追求便携12V锂电池组是首选。但要注意12V供电下4欧姆负载只能输出大约8W到10W的功率达不到20W。想要20W要么用18V电池组三节18650串联要么用升压模块。升压模块会引入开关噪声需要加额外的LC滤波。我目前主力用的是18V 2A的开关电源适配器在电源输入端加了一个共模扼流圈和几个滤波电容底噪控制得不错。如果你对噪声特别敏感可以在电源和功放之间加一个线性稳压模块比如用LM317或者LT1083把电压稳到16V左右再给功放供电。4. 实测数据与听感分析4.1 功率输出实测我用假负载电阻和示波器测了CH10D在不同供电电压下的实际输出功率。测试条件4欧姆假负载输入1kHz正弦波THD调到10%时读取输出电压。供电电压输出电压RMS计算功率备注12V5.6V7.8W电池供电典型值15V7.2V13W中间档位18V8.9V19.8W接近标称20W21V10.2V26W超出标称但芯片温度明显上升24V11.5V33W不推荐长期使用保护频繁触发从数据可以看出18V供电时确实能达到标称的20W。21V以上虽然功率还能往上走但芯片温度上升很快没有足够散热的话会触发过热保护。所以我的建议是18V是甜点电压既能发挥芯片的全部潜力又不会让散热成为负担。4.2 失真与噪声表现用音频分析仪测了一下THDN随输出功率的变化。在1W输出时THDN大约在0.05%左右非常干净。10W时上升到0.1%左右仍然在可接受范围内。接近20W时THDN会快速上升到1%以上这是D类功放接近削波时的正常表现。底噪方面在安静环境下把耳朵贴近喇叭能听到极其微弱的“嘶嘶”声这是D类功放开关频率的残留。正常听音距离下完全不可闻。如果你对底噪特别敏感可以在输出端加一个LC滤波器把截止频率设得更低一些但要注意不要影响高频响应。4.3 实际听感描述接上一对4欧姆的3寸全频喇叭放在桌面上听了一周。整体感受是声音干净、速度快、低频有弹性。听流行乐和电子乐很合适人声位置适中不会太靠前也不会太靠后。高频稍微有点亮听弦乐时细节丰富但偶尔会觉得刺耳。低频下潜受限于喇叭尺寸但力度感不错D类功放的控制力确实比同价位AB类好。和我的另一台LM1875功放对比CH10D在解析力和低频力度上占优但在中频的温暖度上稍逊一筹。如果你喜欢听人声、爵士这类注重韵味的音乐可能会觉得CH10D有点“直白”。但考虑到体积、发热和效率的差距这个音质表现已经让我很满意了。提示听感是非常主观的不同喇叭、不同箱体、不同音源都会影响最终效果。建议先搭好电路听一段时间再决定是否调整。5. 常见问题与排查技巧实录5.1 通电后没有声音这是最常见的问题。排查顺序如下先测电源电压是否正常。如果电压为零检查电源适配器是否插好、保险丝是否熔断。测芯片VCC引脚电压。如果为零检查电源走线是否断开。测输出端直流偏移。如果偏移很大超过1V说明芯片可能损坏或者输出短路。检查输入信号是否到达IN引脚。用示波器或者耳机串电容听一下。检查喇叭是否完好。用万用表量一下喇叭直流电阻正常应该在3到4欧姆之间。我遇到过一次没有声音的情况最后发现是输入耦合电容虚焊重新补焊就好了。所以焊接质量真的很重要。5.2 声音断续或保护频繁触发CH10D有过流保护当负载阻抗过低或者电源供电不足时会触发。排查方向检查喇叭阻抗是否真的在4欧姆以上。有些标称4欧姆的喇叭实际阻抗可能低到2.8欧姆。检查电源是否能提供足够的电流。18V 2A是最低要求如果电源只有1A大动态时电压会被拉低触发欠压保护。检查电感是否饱和。如果电感额定电流不够大音量时电感饱和等效阻抗下降也会触发保护。5.3 底噪大或高频干扰D类功放的底噪通常来自两个方面电源纹波和开关频率残留。电源纹波在电源输入端加LC滤波或者换用线性电源。开关频率残留检查输出LC滤波器的截止频率是否合适电感电容值是否准确。接地问题输入地和输出地要分开走线最后在电源地处单点接地。我试过把输入地和输出地混在一起结果底噪大了很多。5.4 芯片发热严重正常情况下CH10D发热很小如果烫手说明有问题检查散热焊盘是否焊接良好。检查负载阻抗是否过低。检查供电电压是否过高。检查是否有自激振荡。用示波器看输出波形如果有高频振荡需要在输出端加RC吸收网络。5.5 常见问题速查表现象可能原因解决方法完全无声电源未接通、芯片损坏测电压、换芯片声音小且失真输入耦合电容极性反、增益不足检查电容极性、调整增益电阻断续保护负载阻抗低、电源电流不足换喇叭、换大电流电源底噪大电源纹波、接地不良加滤波、单点接地发热严重散热不良、自激补焊散热焊盘、加RC吸收高频刺耳输出滤波器截止频率过高增大电容或电感值6. 进阶玩法与扩展思路6.1 蓝牙音箱改造如果你手头有QCC3040这类蓝牙音频模块可以直接把它的模拟输出接到CH10D的输入端做成一台蓝牙主动音箱。QCC3040的输出电平通常在1V RMS左右CH10D的输入灵敏度大约在0.5V到1V之间匹配得不错。需要注意的是蓝牙模块的供电要和功放分开否则数字噪声会串入音频通道。我试过用同一个电源供电底噪明显增大后来给蓝牙模块单独加了一个LDO稳压问题就解决了。6.2 2.1声道系统搭建CH10D是单声道芯片做立体声需要两颗。如果你想做2.1系统可以用两颗CH10D推左右声道再用一颗功率更大的芯片推低音炮。或者用两颗CH10D桥接推低音炮桥接后功率能到40W左右推个小低音炮足够了。桥接的接法是把两个输出端分别接喇叭的正负极输入信号反相。具体电路可以参考规格书里的桥接应用图。6.3 电池供电便携方案用三节18650电池串联得到11.1V到12.6V的电压配合CH10D可以做成便携音箱。续航时间取决于电池容量和听音音量。以3000mAh电池为例中等音量下功放平均电流约0.5A理论续航约6小时。实际使用中因为音乐动态变化续航会更长一些。记得加一个电池保护板防止过放损坏电池。6.4 箱体与喇叭搭配建议CH10D适合搭配灵敏度在85dB以上的4欧姆喇叭。灵敏度太低的话虽然功放能输出20W但实际听感会显得吃力。3寸到4寸的全频喇叭是比较理想的选择箱体容积在2L到5L之间。倒相管调谐频率设在60Hz到80Hz之间能获得不错的低频延伸。如果你用的是密封箱低频会少一些但瞬态更好。我在实际搭配中发现CH10D推4欧姆的3寸全频喇叭时声音的平衡度最好。推8欧姆喇叭时功率减半但失真更低适合近场聆听。你可以根据自己的听音习惯来选。最后再分享一个小技巧CH10D的增益电阻如果换成可调电阻可以做成音量控制。但可调电阻的精度和噪声不如固定电阻加前级电位器所以更推荐在前级加一个10kΩ的电位器做音量调节功放增益固定。这样信噪比更好调节也更顺滑。
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