一款用顶级功率型运放制作的耳放
发布时间：2011-9-2 09:29
发布者：我爱电子
关键词：
耳放
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小小的耳放，引无数高手竟折腰，耳坛上胆机、石机，胆＋石机...林林总总，铭器辈出。可是一说起价钱，诚如许多前辈所言：一分银两，一分音质...斯言固矣！然众少米者，岂不是要作壁上观？ 作为焊了多年土炮的在下，却总想一破这个“平价无好货”的定律！于是乎，在自己可怜的“发烧秘笈”箱中遍寻利器： 甲：电子管机型：如果要赶时髦，当然是上胆机；可是电子管天生就是高电压小电流的娇小姐脾性，不用输出变压器吧，阻抗难以匹配，再说OTL由于输出耦合电容的存在，靓丽的音色总难登机入耳；用输出变压器吧，这输出牛的“牛脾气”却不是那么好降服：为了低频段的响应，电感要足够大，这样一来圈数增加，又带来分布电容，使得高音频段下降；为了能在少圈数下获得大电感以及线性好的磁滞曲线，铁芯材料可价值不菲，什么超薄冷轧、铍镆合金乃至非晶材料，为了减少漏感省掉层间绝缘纸你得使用进口的TIW三重绝缘线（难怪进口胆机有天价啊）...在下曾有花费一个多月绕制一个初次级共分72段嵌绕的输出“牛”的经历。。。功夫你可以下，可是好的铁芯材料以及线材呢？既不可遇也不可求啊，再加上原来价值仅为数米的胆管现在已经“升值”为数十、数百大米...可见胆机破不了定律！ 乙：晶体管机型（含FET）： 绝大多数发烧铭器都是采用纯分立电路，在下也曾在其间蹉跎过许多时日，最后比较完善的是Desig了一款商品机：输出级采用了SANKEN（三垦）专门为HI-FI开发的一种内含热补偿电路的功率对管(SAP16P/N)；此管刚一出来曾经被建伍卖断了两年，专用于W米级的功放，两年后SONY才得以在其HI-END级功放中采用。可是其整机电路复杂，不便初学者DIY；此外，从成本来看也不太能破定律。 丙：通用运放机型：现在的通用运放指标已经今非昔比，可达到了数百兆的单位增益带宽。可是同样只能用于小电流放大，为了扩流还得加上晶体管或FET，这又带来了工作点调试，热稳定等分立机的固有问题，早年在发烧友制作的OCL中曾见其踪影，可是纵观各国的发烧铭器，几乎没有厂家将此结构用于成品机（请注意：在下说的是铭器哦），个中奥妙不言自明。 丁：（废话半天，主角终于登场了！！！）功率运放机型：九十年代末，美国国家半导体（NSC）公司就推出了功率型的运放LM12CL，主要性能指标如下： 1.工作电压: ＋/－ 30V 2.输出电流: ＋/－ 10A 3.功率频响： DC_60KHZ (80w) 4.失真度： 0.01% 5.交*互调失真: 0.015％ (60 Hz/7 kHz, 4:1) 6.上升速率： 9V/us 怎么样？用来推耳机没问题了吧？该运放还具备了输入保护，热保护，动态范围保护，过压过流保护等完善的保护功能。 刚出来由于价格过高，只能用在要求较高的伺服控制领域。其间也有人用其来DIY 功放。曾散见于坊间的邮购杂志，在下也买过，可是其外壳很薄，商标一擦就掉，音质平平... 直到在下从美国NSC代理商处拿到了样品，才真正领略了它的风韵：首先，管壳厚重得多（这才是NSC的风范嘛），音质？样机将会邀请感兴趣的朋友用耳朵验证。在下乃一焊匠，从不善写主观评论，这留待在方面有功力的DX去发挥吧。总之，用了全套信号源、失真仪、示波器来测量（在下的工作环境不缺这些东东），证明NSC的指标所言非虚也！ 现在的价格如何？这是诸位最关心的吧？也不低哦，USD16.9,但是由于其外围特别简单，在下认为可以将整机成本控制在0.5公里？？？（K米）。 先贴上一个基本电路：完整的应用电路包括一个音量控制电路、电源供电及耳机保护电路（容后奉上）。 昨天苦干了半天，今天折腾了一天，终于把新的样机调试好了，在用信号发生器和示波器做完频率响应测试后，迫不及待地接上信号源（ARCAM DELTA 270 ）试听。碟子是平时喜欢的《雾的情怀》：清丽脱俗的三盲鼠爵士乐；《The raven》吕贝卡（大眼妹）的人声天碟；《马勒第四交响乐》还有一张打口的《Dance party》,是高爆的大动态跳舞音乐。至于耳机嘛，说出来有点汗哦...在下眼前只有一个随身听级的PX100! 尽管如此，反正咱这款耳放也是“耳族贫民”级的，不正好门当户对么？？？在下以为：像在下这等耳族初哥们领略器材的真谛就是要自得其乐！呵呵...(后来用HD650试听,自然是更上一层楼啦). 耳放通上电后，测量到的输出噪声最大为6mV,插接耳机插头时，听不到“咔哒”声；不接CD时音量开到头，也听不到噪声。接上CD将音量开到接近最大时，才听到很微弱（勉强可分辨）的CD机的本底白噪声。 这台样机未经任何褒机，音色难免生涩，但是已能听出足够的音乐细节，并且在爆棚的电子音乐（舞曲)下有足够的力水，在没有用任何“补品”元件的情况下达到了相当不错的可听性。 从纯技术角度而言，它还是达到了美国国家半导体公司给出的所有指标：我们不妨把它和它的同门弟兄，大家比较熟悉的LM3886作一比较： LM12CL LM3886 失真度： 0.01% 0.1% 频率响应： DC-60KHZ（80W） 20HZ-20KHZ(68W) 电路结构： PNP-NPN 全互补 NPN-NPN 准互补 网上报价： 16.9 US$ 2.0-2.1 US$ 由此可见，LM12的各项指标都远胜于3886！大家也许会有这样的看法：指标说明不了什么，如果拿胆机的指标和石机相比。。。。在下完全同意。可是拿同一种类型的东西（这里还是同门）相比，性能指标就有绝对的可比性。不信你看看HD595 和HD650的指标... 但凡玩过OCL的人都深知道，准互补是在晶体管前期大功率PNP管不成熟的情况下，用一小功率的P管来和大功率的N管来构成复合管，来实现对称驱动的一种权宜之计。在分立元件技术突飞猛进的今天，谁也不会再去作准互补了。可是在一个单一硅片上要作出对称的NPN--PNP大功率对管来，时至今日仍然是成本高昂的奢侈工艺！所以大功率的音频功放IC多如牛毛，可是都清一色是准互补！！！这就是LM12被我称为“顶级”的原因了，所以才会有这样的价格差啊。 值得指出的是，由于LM12的价格差，个别港台半导体厂就鱼目混珠地克隆出以准互补替代全互补的冒牌LM12,笔者曾在汕头邮购过几只，开始也不明其诈，装完以后觉得音质不过如此...后来拿到真品才恍然大悟。 也有人指出，LM12多用来作电机驱动，作音频放大又能好到哪里...在下认为，这应该是NSC的市场定位错误所导致的结果！稍有电机常识的人都知道，电机驱动需要的只是大电流，高可靠，0.01%的失真度对任何电机都是毫无意义的，莫非还有所谓“发烧电机”？？？不过如果NSC芯片设计师要知道咱把他的+/- 10A ,不失真输出功率高达80W的LM12拿来驱动毫瓦级的耳机，一定会气得吐血！ 好了，胡侃半天，就此打住。在下再把原理图整理一下，贴给各位参考，就算完成这个小实验了。 (三) 下面是电原理图，由图见整个电路就是一级放大，没有前置放大。在后级放大倍数足够的情况下，再加任何“补品”前放都是没有必要的，只能带来附加的失真！(后来的实践证明:本机的输入阻抗太低,加一级缓冲放大作阻抗匹配还是有必要的,牛哥也提出了同样的意见,在下拟在下一版加以改进).   按图上的元件，放大倍数为4倍。我们知道CD机的输出可以达到2V,所以放大后的输出为8V,由P=UXU/R 可以算得，在32欧姆耳机上可以有2W 的最大输出（大音量危险）！在600欧姆的高阻耳机上就只得0.1W了，由此可见，用来推高阻耳机还需要适当增加一些放大倍数。而只是在32欧姆的低阻耳机上使用，最好将放大倍数调低一些，以免过载！改变放大倍数的方法很简单：把图上的负反馈电阻（3.3K）适当增减就可以了。以下数据可供参考： 耳机阻抗 负反馈电阻 负反馈电容 32欧姆 3.3K 1500P 120欧姆 6.8K 820P 300欧姆 8.2K 750P 600欧姆 10K 470P 值得注意的是:在更改负反馈电阻的同时,并联在它上面的电容也要适当调整,以避免高频损失. 这个功率运放工作于甲乙类放大状态，由于工作电流设定的比较高，在选择散热器时不能选得太小。作耳放这种小信号时用途时基本上工作于甲类区域，对减小失真是有利的。判断一个电路是不是工作在甲类十分简单：把电流表串连于芯片和电源之间，如果你在听大音量时电流变化都不大，就说明电路基本上仍工作在甲类状态。 下面部分是耳机保护电路，当电路输出不正常，有直流分量输出的时候，uPC1237HA通过第2脚检测到，然后通过第6脚控制继电器断开耳机和放大器的连接，从而实现保护。此外当电路加电的时候，它还能延时一定的时间，以免除上电冲击。 由于电路简单，只要接线不错，不需要任何调试，尤其适合DIY初学者安装。 本机的功率储备量很大，只要将电源变压器的功率加大，你完全可以用它来推动音箱。 PMS_04耳放调试 PCB板元器件安装 把PCB板上的电阻电容，IC，二极管等插入相应的位置，请注意在板上标注为“2.2/4uH”的两个元件要自制：用长约30CM的直径0.51mm的漆包线在2.2欧姆3W的电阻上绕制而成，绕制前要用小刀子刮去漆包线两端的绝缘漆，并镀上焊锡，漆包线已为大家配好在元件中，这段线刚好把2.2欧姆电阻的凹槽绕满。 插元件通常以先电阻后电容（先小后大）的顺序进行，这样就避免了在大元件的缝隙里面插接小元件的尴尬。本机元件不多，请一定仔细对照PCB板上的规格，尤其是整流桥、二极管和电解电容的极性千万不能错！否则将会导致严重损毁！核对无误之后就可以焊接了，焊接完毕请再次检查元器件有没有插错，有无联焊，虚焊等。花在检查上的功夫多一分，“霹雳作响，冒青烟”的惊险场面就少一分。 电源调试（在做此步骤时，功率运放LM12先不要接上！） "兵马未动，粮草先行" －－这耳放的“粮草”，就是电源部分。把电源变压器的次级的中心抽头，插入整流桥中间标有“GND”的孔中焊接好，次级另外两根～15V的线头在调试中最好串接两个2－5欧姆的电阻（请同学们自备）后再焊接到整流桥边上两个标有～15V孔里焊好，串联这两个电阻的目的，是为了限制由于接错元件而产生的大电流。如果有短路或者接错，这两个电阻会发热冒烟，甚至烧毁，从而保护了别的元器件。这两个电阻可选用1－3W功率的炭膜电阻，而不用功率更大的线绕电阻（后者起不到保险作用）。这两个电阻要伴随调试的始终，全部完成后方可去掉。 好了，枯燥的注意事项先打住，让我们把万用表（如果你没有，请向别的同学借用！）的直流电压档拨到大于50V的档位，接好在整流桥的正负（即边上）两端。在此强烈建议在这两端临时焊上两根测试线，然后和万用表妥善接好，这样一来你就可以腾出手来插拔电源了（如果你把电源先插上，再用表笔去测量，万一出了什么状况你就来不及反应了！）把变压器初级（～220V）和带插头的电源线接好，并包好绝缘胶带，即可边观察万用表，边把电源插上。如果显示值为40－45V 左右，观察几分钟没有发热，异响，恭喜你：电源调试OK!－－否则你就要动用你的武林内功去检查错误啦... 测试耳机保护功能 电源测试无误后，就可以测试耳保功能了，方法是用万用表的直流电压档（大于15V）测量继电器线圈两端（也就是靠近继电器的那个4148二极管两端），正常的电压值约为12V左右；不接耳机，用一节1.5V小电池接到耳机输出端（左右声道分别试），观察万用表的电压变化，十多秒钟后电压下降为0.7V左右，此时继电器断开，表示有直流分量时进入耳机保护状态。拿开电池后电压会逐渐恢复，直到继电器重新闭合。在这种保护电路中，当失调电压越高，保护的动作就越快（由RC充电到达特定域值决定）。 安装运放 由于这批散热器是小批量的手工加工，有一定偏差，LM12安装前请仔细检查，如果孔位不对，请用园形小什锦锉耐心修正，直到六个孔位都完全对上为止。接下来就可以在LM12的四条腿上焊线了（见上图），先在四腿上套入长约8mm的细热缩管，并用电烙铁加热使其收缩。接线长约8cm，最好用不同的颜色加以区分。焊好四根线后再套上稍粗的热缩管，把焊接处绝缘起来（热缩管已为大家备好）。接下来就可以把LM12安装到散热器上了，注意：运放最好用与功放管对应形状的软绝缘片隔离安装（螺钉也要用专用的塑料绝缘子绝缘），通常这些绝缘片都只有两个孔（按晶体管规格开的），我们要按LM12的孔位用尖利的剪刀剪出四个孔。原来的孔不会影响绝缘。用这种绝缘片无需再加散热硅脂。 [应急办法]: 如果你实在买不到这种绝缘片和塑料绝缘子，也可以把LM12涂上一点硅脂直接安装在散热器上，但是此时整个散热器是带负20多伏电压的！！！整机装配时一定不要和机壳等别的导体相碰！！！ 把LM12固定在散热器上检查没有短路后，就可以把接线焊接到PCB相应的孔位上了，插入相应的孔位后如果线太长，可以适当剪短。负电源线是和运放金属壳相连的，用一个带园孔的焊片与固定管子的螺丝拧紧，接线焊到这个焊片上。 LM12共有5根引线： 0.负电源（0_V-） 1.正输入（1_+IN） 2.正电源（2_V+） 3.输出 （3_OUT） 4.负输入（4_-IN） 大家可以在PCB板上散热器附近找到相应的安装孔。特别提示：为了排版简洁，两个运放的正电源和负电源的引线，分别要接到对面的相应位置上：即如果该运放的0_V-在自己边上，那么它的2_V+就要接到对面相应的孔上；反之如果2_V+在自己边上，它的0_V-就接到对面孔上。 为了充分利用机箱空间，散热器要固定在白色线框的位置，这样运放的引脚正好位于两只大电解之间。散热器可以用固PC硬盘那种大平头英制螺钉拧紧在其沟槽上。 测试失调电压 当运放安装完毕检查接线无误以后，就可以上电测试了！这可是很关键的一掌哦！！！万用表还是按第二掌的接法，即焊接到整流桥的正负两端。我要再次强调“焊接”就是要保证一旦有异常你可以及时反应，切断电源！！！ 打开电源，如果万用表指示在40－50V之间，那就表明运放加电成功！观察数分钟后，若无异常，就可以把万用表改接到耳机输出端，分别测量两个声道的失调电压，如果在30mV以下，那就OK啦！ 此时用一个废旧的耳机，接上音源来试听，观察一、二十分钟，如果散热器温度为温暖（约40－50度，与室温有关）状态，声音正常，就可以去掉串连在变压器次级上那两个电阻，把引出线直接焊到整流桥上。最后，接上你的发烧耳机尽情享受吧！！！ |
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