XDA05耳机甲类放大器

    采用本文介绍的甲类放大器,可以获得比较好的高保真效果。

在日常的生活中,当其他家庭成员正在看电视,或者别人正在睡觉不能打扰时,你就无法去欣赏那优美的音乐。在这种情况下就需要考虑本文介绍的放大器,虽然电路很简单,但其高保真效果却超过了商店里的标准功率放大器,利用调谐器和录音机机芯,就可以安装出一个高质量的音响系统,而价格却比较低。

设计思路:在详细介绍电路之前,先谈谈设计思路,并解释一下怎样才能达到甲类性能,而大多数的立体声功率放大器都采用 乙类。
   
    我们知道,一般放大器的输出级由二支路组成:一支路处理负极性(负半周)输出信号,另一支路由处理正极性(正半周)输出信号。这样可以使静态电流降至最小,但要驱动扬声器又必须使电压和电流具有较大的振幅。
   
    遗憾的是,这些放大器都有一定的失真,叫做交叉失真。它出现在输出信号的零交叉点或者在该点附近。如果电路的这两个支路不完全匹配,则往往会出现交叉失真,这种失真使得利用耳机听节目的效果非常差。
   
    将耳机的插座接在主放大器输出端的话,还产生另一个问题是:需要在耳机和输出级之间串联一些电阻,用来减小信号电平。这样一来将改变原负反馈特性,由此通常使得低音响应产生一个高峰,并伴有低于该峰值频率的快速滚洚。
   
    总之,要想生产出一种能成功驱动耳机并获得最好音质的放大器,需要解决以上两个问题。

   要成功设计任何一种音频设备,首先第一步要弄清所设计的是什么设备,并由此决定其电路。十年前,大多数耳机的阻抗都是8Ω,而现在绝大部分都使用了聚酯膜振动膜,阻抗通常为32Ω。

    如果你去几个高保真用品商店转转,就会发现大多数商品(包括阻抗为8Ω的那一类)的灵敏度为87dB-96dB/mW,最大输入功率近于100mW通过对10副耳机加装这种放大器后进行的测试发现:大部分耳机都可以在输入功率为10MW的情况下输出足够音量。
   
    甲类功放:对输出功率而言,放大器同样需要低失真,低噪音,频带宽,以适应高保真设备的要求。避免交叉失真,输出级必须为甲类放大器。

    现在来谈谈普通的小信号A类晶体管放大级。为保证信号的最大动态范围,集电极电压应为有效电源电压值的一半,该级的电流消耗决定于集电极所联负载电阻值的大小。在功率放大器中,负载通常是一个8Ω扬声器。

    现在再返回来看看耳机。为一副32Ω的耳机提供10MW功率需要560MWR.M.S电压动态范围和25MA的电流消耗,所以,只要在输出级采用小信号晶体管就可以实现。但实际上放大器的最大输出功率正好超过了100MW,在放大器输出最高电平之前,耳机就已经开始出现失真。

    为了使输出级能够正常工作,笔者试用了几款电路,最后选择了运算放大器作为驱动器(其输出级为甲类)。通过对这款耳机甲类放大器进行总谐波失真(THD)及带宽测试,结果如下:

    THD<0.005%(1KHZ)
    频率响应:2.5HZ-100KHZ(-3dB)
    信噪比:-90dB
    最大输出:120mW/32Ω

  电路原理:
    电路图见图一,耳机右路元件的标号是在左路元件标号的基础上加100,例如右路的R1写成R101,C2写成C102等。


    这里的放大器实质上是一个提升放大器,它的运算放大器和输出级都是甲类的,为实现直接耦合,电路采用了双电源。

    首先,输入信号先通过隔直电容C1耦合到音量控制电位器VR1上,VR1的阻值较大,使声音在低音区(即2HZ)的-3DB点上。

    对大多数信号源而言,如果它的信号不在电容上产生任何附加直流电压,那么该电容可以不要。当然,为了安全最好保留该电容,否则输入端的直流偏移将导致的输出端上产生较大的偏移。

    如果出现了直流偏移,数值较小时,会在输出级上增加电流消耗,产生失真;数值较大时,耳机将会被损坏。

    音量控制VR1决定了放大器的输入阻抗为47KΩ,因为IC1的输入级是一个结型场效应管(J.F.E.T),其输入阻护大约为10-12MΩ。

    目前市场上有大量的运算放大器,可广泛用于音频电路,但经过大量实验只有TL072性能最好,价格合理,噪音低,响应速率为13V/mS,并具有很高的电流吸收能力。

    尽管这些元件具有上述诸多特点,实际上这些元件却很少运行在最佳条件下。例如,运算放大器的输出级工作电流为2MA,只工作的甲 乙类,负载小于10KΩ。其解决办法是在输出端和电源负极之间连接一个适当阻值的电阻,这样就强迫将其调至甲类。

    图中的运算放大器IC1于同相输入放大器,将输入信号从可变电位器VR1的滑动触头连至其同名端(+)。电阻R3和R4有两个功能:第一功能前面已经说过,就是强制运算放大器工作在甲类状态;第二个功能是为TR1和TR2所组成的输出级提供偏压。

    互补晶体管TR1和TR2采取发射极跟随器工作方式,这样,从基极看其输入阻抗较高,而输出极的输出阻抗则较低。

    在电路设计中,电阻R5和R6是非常重要的,因为R5和R6与TR1和TR2的发射极串联,产生局部负反馈,使输出级工作在线性状态。

    R5.R6和R3上的电压降也很重要,它使得输出级进入甲类工作状态,负反馈从电阻R5/R6的连接点通过电阻R2反馈到IC1的反相输入端(引脚2)。放大器的电压增益决定于电阻R2和R1的比值(10倍),电容C2用来隔直流,使其交流负反馈系数为R5/R6,而直流负反馈则是百分之百。放大器的输出端直接与耳机相连,电源指示由一个发光二极管D1组成,与D1相连的电阻R7用来限制发光二极管的电流值。

    在介绍了放大器的电路之后,注意力应转移到电源上来。变压器有两个6V次级线圈,它们可为桥式整流器提供交流电。通过整流后,用电解电容C3和C4滤波。


     
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