三极管耳机兼线路放大器

2007-05-17 11:31:51来源: 与非网 关键字:阻抗  差动  推挽  变压
高保真立体声耳机的电声性能越来越好。它的声音不受房间声学条件的影响,也不会影响旁人的工作或休息,更有利于聆听者全神贯注地领略音乐的旋律、节奏和感人的气氛。再加上耳机听音系统的成本低、音质好,日益受到发烧友的青睐。不过,利用一般功放的耳机插口聆听音乐的效果还不够理想,比较好的办法是为耳机专门定制一台耳机放大器,现在已成为用耳机欣赏音乐的共识。

本文介绍用3只电子管组装的低阻抗线路放大器兼32Ω耳机放大器,它采用差动推挽放大和变压器输出,电路简单容易制作,又可一机二用,值得有兴趣的耳机爱好者仿制。

  一.电路和原理

图1为本机电原理图(只画出左声道,电源则为左右声道共用)。整机放大部分只用3只MT电子管。一只12AT7/ECC81双三极管作左、右声道的输入级,一只12Au7/ECC82双三极管作一个声道的差动推挽输出级。由于这个电路本身具有倒相作用,因而可省去一级倒相电路,简化了电路结构。

输入端设有两组输入端子A、B,可用开关切换。为了改善整机特性,输入级加有来自输出级的负反馈。反馈量取lOdB比较适中。该管也可选用12AU7,不过增益略低,本电路选用12AT7,以保证增益和必要的负反馈量。

输出级采用12AU7作推挽放大,如前所述它兼有倒相作用,故它无需输入反相信号而只有一个信号输入端。这个电路初看起来不太容易理解,其实它就是我们熟悉的差分放大器。在晶体管电路中,差分放大器是司空见惯的,在电子管电路中差分放大器的使用相对比较少见。下面稍微说明一下。

        图2就是电子管差分放大器的基本结构。

这个电路结构与晶体管差分放大器完全相同。它有两个信号输入端子,两个信号输出端子,阴极共用一个电阻。屏极采用电阻作负载。差放的运用相当灵活。它可以在两个输入端子上都加信号,也可以只在一个输入端子上加信号。而输出信号可从两个输出端子上得到,也可从一个输出端子上获得。

下面为常见的3种工作方式。

  (1)当两个输入端加上同相位、同幅度的信号时。在两个输出端子上得到同相位、同幅度的输出信号。如作推挽输出时,则两者信号相互抵消,这对抑止输入噪声的输出十分有利。

  (2)当两个输入端加上反相的同幅度信号时,输出端则得到两个幅度相同的反相输出信号。

  (3)当仅在一个输入端加上信号时,两个输出端上将获得幅度相同、相位相反的输出信号。

本机输出级采用单端输入信号(另一输入端接地)、双端输出信号的工作方式(屏极用一输出变压器代替两个负载电阻)。它既有(3)点的倒相作用,又有(1)点的抑噪作用,电路又简单。

为了提高差分放大电路的对称性及其特性,图1输出级两只三极管阴极采用了恒流源电路,为此使用了一块LM317稳压IC.作为耳机放大器,额定输出功率有100mW已经足够,本机采用12AU7作差分推挽放大,屏极电压取180V,屏极电流约7.5mA,栅偏压约一6V,采用输出变压器的初级阻抗为。10kΩ时的A类最大输出功率约150roW.此时屏极功耗为180V×7.5mA=1.35W,不到12Au7最大屏极损耗的一半,是相当安全的。

最后要说明,本机作耳机放大器使用时,供阻抗为32Ω的耳机配合16Ω端子使用,此时输出级的实际负载阻抗为20kQ.当作线路放大器使用时,同样使用16 Q端子。不过为了避免因配接的后级功放输入阻抗不同而造成本机输出级的负载阻抗大幅度变动,16 Ω端子应并联一只33 n(2W)电阻到地。另外,本机的增益约3.2倍,作为线路放大器且与CD机直驳使用时,本机显得增益过大,此时最好在输出端接入图3所示的衰减网络。选择适当的衰减量;使系统正常聆听时本机的音量电位器的转角行程为一半左右,这样可使本机工作在最佳状态下。至于作为耳机放大器,线路放大器以及配接衰减网络之间如何实现相应的转换(用适当的转换开关等),请制作者根据自己的实际需要自行设计,这里不再赘述。

  二.元件和制作

本机大部分元件都很一般,图1中已注明了要求,未注明要求的电阻均选用1/2 w的。稳流源所用的电阻(50 Q、82 Q)和灯丝稳压IC所用的电阻(240t2、100t2、2k Ω)宜用1%误差的电阻。高频相位补偿网络(200pF‘、30kΩ)中的电容可选用一般的云母电容器。

输出变压器采用日本平田电机制作所的FE—10一lO,其外形尺寸和接线端子如图4所示。主要特性如下:
  
  (1)输出功率:10W(50Hz)

  (2)频率响应:20Hz~50kHz(一ldB,输入4v,2rn=ZP)

  (3)一次侧电感:l 0 0 H(1mW),最大50H(50Hz)

  (4)一次侧容许DC电流:双管90mA(不平衡电流4mA)?

  (5)功率损耗:0.41dB(16 Ω)

  (6)一次侧DC电阻:410Ω输出级阴极恒流源采用可调三端稳压IC接成恒流电路,采用LM31 7T可安装在小型散热片上,并注意与底盘之间的绝缘要可靠。为使稳压Ic作为恒流器件使用,只需在L=M317T输出端接一电阻即可达到规定的恒流值。该电阻可用1.25(v)/I(A)来求得。本机输出级每管电流为7.5mA,两管为15mA即O.015A,故R=1.25V/O.015A=83 Q,图l中选用82 Ω。LM317T正常工作时要求其输入至输出端之间的压降大于3V.本机输出级阴极对地电压约6v,其输出端子对地电压为1.2 5V,输入端子电压则可在4.25V以上,能满足正常工作要求。在LM 3l 7T输入端子和12AU7阴极之间的50Ω电阻是用来检测阴极电流所设。灯丝供电采用LM3 50T稳压(也可采用LM317T),安装时应加小型散热片。安装时无论LM 3l 7还是LM350其3个端子切勿搞错。

图5为本机面板、底盘上下主要元件布置示意图。电源和输出变压器均安装于底盘上面,其中输出变压器卧式安装。所有大电解电容器均卧式安装在底盘下面。电子管及上述电解电容附近都设置了支架,以便直接搭接相关元件。

信号输入端引线采用双芯屏蔽线。图6为双芯屏蔽线的使用图示。双芯屏蔽线中的两根芯线分别为信号线的“热端”和“冷端”,屏蔽层则接地。也就是说在屏蔽层中没有流过信号,因而信号不易受到其他杂散电流的干扰。

  三.调蔓和性能

配线完成且检查无误之后可通电试验。首先断开电源二次侧高压接线,然后在不插入电子管的情况下接通电源,检查各管灯丝电压是否正常。该电压约为12.3V.如偏差过大,可微调LM350调整端对地的电阻值(100Ω)。

灯丝电压正常后,可断开电源并恢复电源高压接线。然后插好各电子管再次接通电源,听和看整机有无异常声响或其他情况。如无异常情况,可用万用表测试各管阴极电压。通常,只要阴极电压正常,管子的工作状态就多半没有什么问题。 输出级的有效屏极电压约180V,阴极电压约一5.6V.屏极电流可测量阴极50Ω电阻上的压降得知。实测为1 5.6mA,每管电流为7.8mA.三端稳压IC上有3V压降就能进行正常的稳流工作。

现在来看一下本机的各项实测性能。

  四、输入/输出特性

本机增益为3.2倍,削波前的输出电压为2.6V,因此在33Ω耳机上输出功率可达205mw,是设计值的1.3倍以上。这对耳放来说功率已十分充裕。图7为本机输入/输出特性,随着输入信号增加,在削波之前出现“圆顶”失真,能看到真正削波时的输出功率实际上达到270mW。

  (2)频响特性

图8为本机频响特性。作为耳机放大器,测试时功率取30mW.由图可见lOHz时为一0.3dB,100kHz时为一1.3dB,无疑是一款宽频带耳放。图中还给出了10mV时的特性,这是推挽输出变压器在小输出下工作时初级电感有所降低所引起的。不过低频的下降也仅0.8dB,仍是相当优秀。

  (3)失真特性图9为本机的失真特性。10mw输出时100Hz的失真为O.15%,1kHz失真为0.1%,10kHz为O.12%,应该说还算不错。

其他特性方面,也都不错。阻尼系数在33 n负载下,20Hz~20kHz全频段范围内达到8.3.这对获得良好的低音重放是很重要的。左右声道的分离度lkHz时达到一70dB.高频20kHz一般不超过一60dB,完全没有什么问题。用耳机欣赏音乐时,残留噪声也是一项重要指标。本机低达0.03~0.0 41"12V,这对于灵敏度为lOOdB/mW的耳机,即使音量置于最大位置,也完全听不到任何噪声。本机方波响应也很好,接上0.1 u F纯电容负载也不必担心电路会产生振荡

关键字:阻抗  差动  推挽  变压

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