靓声易制的耳机放大器

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眼下的发烧圈中,有一股耳机发烧的热潮。耳机的振膜质量很轻,频率响应能够覆盖全音域,不存在因为分频器造成的各种不良影响。高品质的耳机除音场和超低频的震撼程度外,在高低音的延伸、瞬态响应、解析力等各方面都非常优秀,完全媲美甚至超过高档的Hi-Fi音箱,所以用高级耳机听音乐不失为是一个既省钱又高烧的途径,而且经常用高档监听耳机来听音乐,还可以锻炼自己的听力,在头脑中建立起一个相对“标准”的声音,为我们评判各种音响器材作参考。

高品质的耳机需要高品质的耳机放大器,而一般CD唱机和功放等器材附带提供的耳机插口是不能满足高品质耳机的。成品耳机放大器品种很少,并且价格不菲,除大款级烧友外,一般人不容易轻松拥有,所以自制耳机放大器就是比较好的办法。

在自制耳机放大器线路电路中,如采用运放的耳机放大器,制作容易,尤其是信噪比可以做得比较好,造价也不高,但是受运放本身素质的限制也比较大。一般的运放,声音表现平平,用来做耳机放大意义不大,而常见的靓声运放如LT1057、OPA2604、AD847等,用在制作前级或其他小信号的地方性能是非常不错的,但是它们的输出阻抗比较高,输出电流也不大,小信号时还算可以,但在大动态时往往捉襟见肘,所以并不适合做耳机放大器。

采用电子管来制作,声音确有独到之处,但缺点也是显而易见的。首先,电子管耳机放大如果不采用输出变压器而直接输出的话,输出阻抗不容易做低。以常见的低内阻双三极电子管6N6为例,在用它的一半作阴极输出时,输出阻抗有80Ω左右,把两个三极管并联作输出,阻抗也在40Ω以上。这对于300Ω以上高阻抗耳机还算过得去,但对大多数32Ω的耳机来说,输出阻抗还是高了些。如果采用变压器输出的话,阻抗问题是解决了,但是一个高素质的输出变压器也不是谁都能做得好的。另一个问题就是噪声。耳机的灵敏度一般在100dB/mW左右,如果放大器有一点点噪声就能听得真真切切。电子管的输入阻抗很高,对各种干扰非常敏感,所以降低它的噪音是个令人很头疼的问题。结构布局,布线方式,接地点选择都有很高的要求,非一般初学者所能应付自如的。

这里向大家介绍一款简单易制的耳机放大器,此线路原来是英国人设计的10W甲类功率放大器,线路简洁明了,音质表现也令人刮目相看。因为它线路简单,调试容易,并且制作成本低廉,所以用它来做耳机放大器非常适合。

电路原理

整机线路见附图。输入级VT1采用PNP型晶体管,完成电压/电流的转换。由R2、R3、R4为VT1提供直流偏置,R2、C3组成RC滤波电路,防止电源电压变化对VT1工作点产生影响。R6、R7、C4是整机的负反馈网络,确定整个电路的增益。VT2在进行电压放大的同时,还兼有倒相的作用。它的发射极接有高阻值的R10,具有很深的电流负反馈,这样在大信号时也能保持很低的失真。C5、R8、R9组成自举电路,用来提高功率输出级的正向输出电压。VT3、VT4为甲类推挽输出电路。众所周知,甲类推挽放大器不存在交越失真和开关失真,晶体管本身的Ic-Ib特性造成的非线性失真也在很大程度上得以改善,并且它的偶次谐波大于奇次谐波,听感上比较舒服。更重要的是它的开环输出阻抗很低,在作功放的输出级时可以将扬声器的反电动势吸收绝大部分,避免其通过负反馈网络进入输入级。R1、C2组成低通滤波电路,限制输入信号的频带,避免高频信号对电路造成干扰。R11的作用是为输出电容提供直流通路,防止开机时C6充电电流对耳机的冲击。电源采用不带负反馈的简单串联稳压电路,没有特别之处,在此就不作介绍了。

图1
图1 🔍原图 (850×347)

电路计算与元器件选择

1.电源电压

为了使放大器在300Ω的高阻抗耳机作负载时能有100mW的输出功率,需要输出信号电压有效值为:

U\(_{0}\)=P\(_{0}\)P\(_{L}\)≈5.5V

信号的峰值电压:

U\(_{MAX}\)≈1.4U\(_{0}\)≈7.8V。

考虑到电压放大级的电源电压利用率以及VT3、VT4管的饱和压降,电源电压取18V。变压器次级交流电压取18V,这样即便市电有-10%的波动,电源调整管上也能保持3V左右的压降。

2.输出管的静态电流

纯甲类推挽输出电路的输出功率在静态电流一定时,最大输出功率与负载阻抗有关,阻抗高时受最大输出信号电压限制,阻抗低时受末级静态电流限制,都不会提高输出功率。所以,电源电压的选取要考虑最高负载阻抗,而末级静态电流要考虑最低负载阻抗。为了使放大器在32Ω的耳机上也能有100mW的输出,则输出信号电流I0应不小于56mA。相应信号电流峰值约为80mA。因为甲类推挽电路的输出电流是输出管VT3、VT4两管电流的组合,所以末级静态电流取50mA就可以满足要求。

3.元器件的选用

由上可知,左右声道共需要电流100mA左右,由此计算出电源总功率约为2W,变压器的功率有10W就足够了。上面己经讲过了,耳机放大器的信噪比必须要高,为了避免电源变压器的干扰,应优先选用环形、R形、C形等低漏磁的品种,并且初次级间要有屏蔽层。

整流管VD1~VD4可选用普通的1N4001,要用晶体管图示仪或万用表挑选4只导通电压一致的。整流管上并联的电容C10~C13不可忽略,它的作用是降低二极管的开关噪声,选用普通涤纶电容CL11就可以了。C7、C8、C9这三只电解电容的品质很关键,要选用高质量的,像三洋的OS(铝固体电解质电解电容)、ELNA的FOR AUDIO之类。国货中也有很不错的产品,比如无锡出的和平牌CD117、CD118等高频低内阻的电容。稳压管VD5最好用晶体管图示仪挑一下,要选其击穿曲线转折干净利落的。稳压调整管VT6可用日立的2SD669A,也可用其它的管子代用,只要功率大于2W,电流大于1A,β大于80就行,饱和压降要越小越好。VT5用2SC2240,也可用S9014。

放大管VT3、VT4的要求与VT6相同,只是要对其放大倍数进行配对,误差在5%之内就行。VT2也用2SC2240,β值最好与VT3、VT4相近。VT1选用低噪声、高放大倍数的2SA970,用其它管子代替时一定要注意选低噪声的品种。C3、C4、C5、C6的要求与C7、C8、C9一样。C1是输入耦合电容,应选用高品质无极性薄膜电容。不同材质和牌子的电容音色会略有不同,可根据自己的喜好来确定,这里用的是国产的无感聚丙烯电容。输入音量电位器很关键,如果两路阻值不均衡的话,送给两个声道的信号会有偏差,会造成一边声音大、一边声音小的现象,影响左右声道的平衡。再有,用一段时间后因为磨损会造成调整音量时发出嘎啦嘎啦的噪声,所以推荐用ALPS的。所有电阻用1/4W金属膜,若用1/2W的,噪声还要低一些。

电路调试

电路的调试很简单。确定焊接无误后,即可通电调试。先测量一下稳压电源的输出是不是18V,然后再测量输出中点(VT3发射极)的电位,应该在9V左右。如果偏差太多,可调整R3的阻值,使其为9V。输出管的静态电流不容易测量,可在VT3的集电极上串联一个10Ω的电阻,然后测其直流电压,调整R9的阻值,使电压值为0.5V即可。其实如果元件没问题,焊接也正确,基本上不用调试。

放大器的机壳可以充分发挥你的想象力和创造力,做出自己的特色来。只是要注意内部走线和布局,尽可能地降低干扰。

(刘亚鹏)