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高保真耳机放大器设计与实现

导读: 本文设计了一款基于阴极跟随器和SRPP电路的耳机放大器,从理论上分析为控制电路参数提供了明确依据,并用实践测量验证了理论的正确性。用微变等效分析方法对于电子管耳机放大器的设计具有良好的指导作用。

  1 引言

  在高保真音响电路中,电子管放大器由于其独特的韵味和音乐听感,一直备受广大音响爱好者的喜爱和关注。近年来,高保真耳机由于其使用的便捷性和相对较低的价格,受到越来越多的音乐爱好者和音响发烧友的青睐。在高保真耳机家族中,耳机阻抗从低阻、中阻到高阻均有分布:如爱科技的271S额定阻抗为48Ω,拜亚动力的Dt48额定阻抗为200Ω,森海尔的HD580,HD600,HD650额定阻抗为300Ω等。对于阻抗较高的耳机,通常需要专门的配套电路,才能展现其优异的性能。同用于音箱的扬声器单元相比,耳机对于它的驱动电路性能指标的要求更加严格。与晶体管相比,电子管静态工作点电压高、内阻大,更适合输出摆幅大、电流小的驱动信号。这个特点使得电子管适用于驱动对品质要求高,但功率要求低的高保真耳机。

  在音频前置放大器中,并联调整推挽(ShuntRegulatedPush-Pull,SRPP)电路具有高增益、低失真、低输出阻抗等特点,能够获得优异的音质表现,因而在音响电路中广泛应用。本文设计了一款以共阴极放大器为输入级,SRPP放大电路为输出级的耳机放大器电路。对该电路建立了微变等效模型,选择合理的器件,通过理论计算控制相应的参数,使放大器能够较好地驱动耳机工作。

  2 输入级

  输入级采用一只电子管三极管构成的共阴极放大电路,其电路原理图如图1所示。图中电阻RL1,Rk1和Rg1分别同电子管的阳极、阴极和栅极相连接,使电子管建立稳定的工作点,同时具有合适的增益和适当的局部负反馈。V1可选择常用的电子三极管,如单三极管ECC92,或者是双三极管ECC82,12AU7,5814等型号中的一只电子管三极管工作原理与晶体管中的双极性三极管不同,但和场效应管类似,属于电压型放大器件,其主要参数为跨导gm,内阻rp和放大系数μ,且三者之间满足:

  高保真耳机放大器设计方案

  该电路的微变等效电路如图2所示,这里将电子管看成是受控电压源。图中,输入电压可表示为:

  高保真耳机放大器设计方案

  式(2)中Ug1k1为电子管栅极和阴极两端的电压,Uk1为阴极电阻Rk1两端的电压:

  高保真耳机放大器设计方案

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