跟我自制耳机放大器（二）晶体管耳机放大器--电子技术资料

跟我自制耳机放大器（二）晶体管耳机放大器

  晶体管(Transistor)的出现揭开了电子技术发展的崭新的一幕。它体积小巧、消耗功率少、性能出众、品种繁多、用途极为广泛；也正是由于晶体管的问世才使现代音频功率放大器的设计和制造成为可能。没有那一种功放象晶体管功放这样繁花似锦、线路多样、丰富多彩的了。

采用晶体管等分立元件来制作耳机放大器与集成电路相比具有更大的灵活性、趣味性和诱惑力。分立元件好似“积木”，可根据你的设计搭建成各种不同类型的电路，许许多多电子爱好者为之乐此不疲。“晶体管声”也是一种有“魅力”的声音，你一定见过那晶莹剔透的水晶吧，或许还为许多闪烁着五颜六色神密光芒的宝石而感叹过！
那么是否想听一下这犹如水晶、宝石般的清丽通透的声音呢? 如果想，那就跟我一起来做一台晶体管耳放吧!
这台晶体管耳放共用24只HiFi三极管、4只场效应管、8只三端稳压集成块、2只双运算放大器和4只整流二极管。图1是它的电原理图，图2是结构方框图。

初看起来线路似乎显得有点复杂，一下子摸不到头绪。不要着急，对照图2的方框图反复比较一下就会清楚多了。它主要由差动输入放大级、串叠激励放大级、互补推挽功率放大级、超级直流伺服电路和稳压电源五部分组成，左、右两个声道完全相同。虽然使用一个变压器，但是次级绕组却是单独的两个，因此它们还是完全独立的。

   从电路结构上讲它是一个全对称的OCL放大器。全对称是指从差动输入级、到激励级、功率放大级等各部分都是互补对称的形式。这是一种比较完善的优良放大器，它发挥了NPN型和PNP型晶体管互补工作的特点，使电路的工作更加稳定、保真度更高。并且开关机时不会对耳机形成电流冲击，显的格外宁静。输出级晶体管工作于甲类(classA)状态，彻底消除了交越失真和开关失真，实际听音有点“甜润”的感觉。

现在我们来看看实际线路。原理图中T1、T2构成PNP差动输入放大，场效应管T5是它的恒流源。T3、T4构成NPN差动输入放大，场效应管T6是它的恒流源。差动放大可以有效的抑制零点漂移，在高质量的放大器中常被使用，使用结型场效应管组成的恒流源，线路简洁性能又好。信号从T1、T3的基极输入，负反馈和超级直流伺服(Super DC Servo)伺服电压加在T2、T4的基极。差动推挽放大后的信号从T1、T3的集电极分别输送到由T7、T8、T9、T10组成的“串叠”单端推挽放大器作激励电压放大。“串叠”放大是一种俗称，它的名字实际上是“cascode”，就是共射―共基放大电路。图3就是基本的共射―共基电路。T1是共射极放大，因为共射极放大不够稳定而且易受Vce的变化引起非线性失真，所以在T1的上面“串叠”一个工作稳定的T2共基放大，并在T1射极与T2基极之间加入一恒定的电压V，因此T1的Vce就被固定在某一特定的电压值上，这样即消除了失真、也使工作更加稳定了。整个电路等效于一个性能优良的共射极放大器。该电路主要应用于放大25MHz和更高的高频信号，属于低噪声、宽带放大器，用在这里更是“胜任愉快”。

串叠放大后的激励信号通过T8、T9的集电极直接送到T13、T14的基极，经过互补推挽功率放大后输出驱动耳机发声。

T11、T12组成恒压偏置电路，供给T13、T14稳定的偏置电压。调节R21使输出管静态工作电流达到25mA---
30mA，使之处于甲类工作状态。

C3、C5、C4、C6、C11、C12为退耦电容，它们可避免大信号引起的瞬态失真和寄生耦合。
R1为负反馈电阻，它的阻值大小直接影响耳放的增益。本例中R1的阻值为27K，阻值越大负反馈量越小增益越大，反之亦然。为了更换方便把它套上绝缘管直接焊在印板敷铜面上。在电阻R1上没有并连反馈电容，这样可减小放大器的瞬态失真。

   OP为集成双运放，每一块运放组成一个超级直流伺服电路，用来进一步稳定和降底中心点电位。实验表明当中心点电压在3V时它也能将其拉低到5mV。但是一定要注意应尽量通过管子配对的方法来降底这个电压，否则会影响放大器的瞬态特性。

C13、R35是RC负载阻抗补偿网路。由于耳机属于电感性负载，在频率高时感抗会增大，此时C13的容抗却会降底从而使负载总体阻抗在频率变化时趋于一致，有利于放大器的稳定工作。

在扬声器放声系统中，喇叭的阻抗一般在4欧姆到8欧姆，振盆的质量相对耳机振膜也大得多。所以要求功放的内阻要小，以得到较大的阻尼系数(阻尼系数DF定义为音频功率放大器的额定负载阻抗RL与功放内阻R0之比，即：DF=RL/R0 )，这样才有利于消除振盆的自由振动(当停止信号驱动时由于惯性引起的振动)，使声音不至于因此而含混不清。晶体管功放的阻尼系数一般在40以上，专业功放更是高达几百。

耳机放声系统与之相比有很大不同，耳机的阻抗范围很宽，一般在32欧姆到600欧姆之间。它的振膜更是很轻，自由振动形成的感生反电势不大，不需要放大器有很小的内阻加强阻尼。而且内阻过小当负载阻抗变化较大时会引起放大器性能的变化，也使输出的功率差异太大。所以在输出端加了51欧姆电阻R0试图均衡这种情况。这样你在插拔耳机时也不用担心输出端短路了。

本机的电源部分如图4所示。

   这是一个全部使用三端稳压集成电路的电源。从变压器次级开始分成完全独立的两个部分，这样基本消除了左、右声道间的串扰，增加了隔离度。每一部分都有两组电源，一组为正负24V供给放大部分使用，另一组为正负15V供给运算放大器，15V稳压的输入电压直接取自24V电压，简化了变压器制作。

调节电阻器R36可对正负24V电压的平衡进行微调以纠正由于互补对管参数的不一致引起的中心点偏移。由于采用半波整流滤波电容用的也较大。

这台耳放的制作虽然稍复杂一点。但是只要注意关健的三点你就一定能成功。

第一点是印刷电路板的制作要好。
图5是印刷电路板图。这是一块210×150mm的线路板，除了几个插座、指示灯、开关、旋钮外几乎所有的元器件都要焊接和安装在这块板上。因此最好选择2mm厚的优质敷铜板来做。制作时钻孔要精细、绘图要准确，腐蚀完后板的四周要砂光。具体制作方法请参阅〈跟我DIY耳放一〉《集成电路耳机放大器》，在此不再赘述。

   第二点是元件的选择搭配要一致。
本机因为是全对称结构，因此所有对称的元件也尽量选择一致。电阻选用北京718友晟公司1%精度的金属膜电阻，除图中注明功率的外其余全部使用1/4W的；CBB电容选用汤姆逊公司耐压63V的产品；电解电容选用佛山利明牌的；半可调电阻选择全密封的品种；电位器就买一只阿尔卑斯(ALPS)的吧! 三端稳压集成块的参数也存在差异，要挑选参数一致的。变压器选用的功率较大，每声道有7VA的动力，如果自己做可按图上的数据绕制。

最为关键的就是晶体管的选配了，选配好了会使你一路顺风，选配的不好在调试时就会让你大伤脑筋，所以一定要引起重视。晶体管要选用HiFi音频专用管本机使用的A1145、C2705，A1220、C2690就是很不错的管子，A1013、C2383截止频率要低一些，但作恒压偏置也足够了。购买这些管子是一定要测试的，一般经销商都备有简单的晶体管测试仪，可按放大倍数进行配对，数值差别要控制在3%以内。测试时要选取与实际工作电流相近的条件为准，但是还要更换条件观看放大倍数的变化，也就是说在各种测试条件下以放大倍数变化小的为上品。A1220、C2690是NEC的产品，电流1.2A，功率达20W，用在本机决不算大材小用。本机的增益很高，如果你还想增大出力适当减小负反馈、提高电源电压它就派上用场了。如果你在制作中机子出现自激，静态工作电流突然增大，它也能泰然处之。
场效应管可先用万用表R×1K档把漏极(D)和栅极(G)、源极(S)和栅极(G)两个PN结象检测普通二极管一样检测一下好坏，然后检测D、S两极的正反向电阻，一般在数KΩ，再按图6检测漏极电流(ID )，选择数值一致的就行了。

   第三点是试验调整要精心。
再好的线路，再好的工艺，如果最后调整的不好亦然发挥不了应有的水准，试验调整应有一定的步骤和方法，这才能达到事半功倍的效果。

一切都准备好了，现在就开始进入实战吧! 我们以左声道为例，右声道也如法炮制。

按照图7的元件布置图将元器件和逐个焊接安装在电路板上，晶体管、运放先不装。电位器VR通过图8的铝支架固定在电路板上，因为它安装在后面所以还要做一个延长杆。四只LM317、LM337都装上散热片，最后再仔细的检查一遍就可以开始电源部分的调整了。

   调整R36使正负24V电压相等，如果正负电源不是24V那就要更换R37、R38两只电阻了。电压偏高时减小阻值，反之增大阻值，先用一只5K的可调电阻试验，等调好后再装上同阻值的固定精密电阻。正负15V电源只需检查无误就行了。

   接下来焊接T1到T6六只管子，为了减小零点飘移，T1和T2、T3和T4需要热耦合，焊接时先尽量让它们贴紧，等调试完再用大小合适的热缩管套上加热紧固。

接通电源，检测R3、R7、R4、R8电阻两端的电压，正常值为0.05V，这时每只管子的静态电流是0.5mA
(0.05V/100Ω=0.5mA)，相互误差<10%就可正常工作，如果相差太大就需更换管子从新配对了。检测R12、R14电阻的电压，正常值为4.7V，如果两者相差太大还要考虑调换T5和T6。还要注意的一点就是T1、T2、T3、T4是受T5、T6牵制的，也可以先将T5、T6短接先检测T1、T2、T3、T4的电流(此时它们的电流约在2mA)，如果都一致了再恢复T5、T6。当然也可以调整电阻来取得电流的一致，但是不如更换管子效果好。

接下来焊上其余所有管子和其它外围元件，T11和T13、T12和T14也需要热耦合，可按图片9A的方法处理。

   制作过程中如果出现自激需细心找出产生的原因和具体的部位，一般在在晶体管的集电极和基极之间加一个十几到几十微微法的小电容就可解决了，只要能消除自激这个电容的容量越小越好，最大不要超过100P。这个电容的作用类似于运放集成电路的补倘电容。

最后统调只有末级静态电流调整和中心点零电位调整两项。先检测电阻R24、R25两端的电压，正常值应为1V左右， T7、T8和T9、T10的电流为4.167mA(1V/240Ω=4.17mA)，调整R21直到R31两端的电压为0.083V---0.1V，此时末级管电流就是我们需要的25mA---30mA(0.083V/3.3Ω=25mA---1V/3.3Ω=30mA)。一切正常后最后微调一下R36使中心点电压尽量接近零就可以了。最后插上运放中心点电压一定会在1mV以下。安装调试完的耳放主板见图片9B。

   现在你就可以插上音源和耳机开机试声了，还是先用个廉价耳机，一切觉得正常了再换上你的好耳机。就这样用它个几天，等“煲”熟了再装机箱。

这次我们也动手用拉丝不锈钢板(俗称砂面不锈钢板)自己打造个机箱吧，加工尺寸和形状见图10、图11、图12。

　　到不锈钢板装饰加工的地方先剪裁两块435×217mm、360×240mm厚1mm的板子，将图中左边的板子先打好直径为4mm的4个孔，锯掉多余部分，然后请他们用弯板机械按照尺寸压制成图中示意的样子，其它安装孔根据实际情况自已加工好了，最后再给机箱安装四只支脚。由于耳放发热不大，上盖也不必打散孔了。

面板提供两种款式，一种是木质面板，可采用木纹漂亮、木质细密的材料按图11加工，然后经过打腻、砂光、着色、罩漆就行了。另一种还是采用1mm的拉丝不锈钢板按图11右下方的图样尺寸下两块料，中间粘贴上一块四周刷了漆的五合板加厚尺寸，这样显得厚重一些。面板上再贴个标志点缀一下会显得更加专业。把主板、开关、插座……逐个安装就位，我们的晶体管耳放就全部完成了(见题图)。

这台晶体管耳放为您“搭建”的十分经典规范，可圈可点之处甚多，实际表现相当不俗。高端清丽不噪、中频通透柔顺、低音厚而不肥，动态十足、推力强劲、适应性广，很值得“DIY”上一台把玩把玩!

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