高保真电子管耳机放大器的设计_李永星
- -高保真电子管耳机放大器的设计
河南职业技术学院电气工程系 李永星 孙雷明
【摘要】高档耳机的输入阻抗较高，所需的推动功率也比较大。大多数音源无法完美推动，所以在音源和耳机之间加入耳机放大机就成为必要。利用电子管6N11，采用一级阴极放大电路作为前级；利用VMOS管IRF610，采用CCS单端放大电路作为后级，制作出一款简单的耳机放大器，取得了较好的听音效果 。
【关键词】耳机放大器；电子管；CCS
耳放，是耳机放大器的简称。在耳机系统中，音源与耳机之间加入一个耳机功率放大器的环节，可以改善音质、调整系统的音色走向，特别是千元以上较为高档的耳机，使用耳机放大器后音质改善是明显可闻的。目前的很多音源，尤其以电池为电源的，大多有耳机输出插孔，但是为了降低成本、增加播放时间，这个插孔的电路和用料普遍十分平庸，不能满足高保真听音的需求输出功率都比较小，因此，如果耳机灵敏度不是很高，音源输出功率不是很大，加耳放，对于音质是会有明显提升的。耳机放大器的设计制作类似于前级放大器，很多耳机放大器可当作前级来使用，对信噪比、失真等指标要求很高。由于耳机的灵敏度很高，电路设计稍有不慎，用耳机很容易听出噪音或失真。在这次设计中，前级放大电路原理如图1
所示。图1 前级放大原理图前级放大电路设计中，采用电子管6N11做前级放大。6N11属于旁热式阴极高频低噪声高频电压放大双三极管。虽然该管在过去争议颇多，但是目前很多电子管厂及多个品牌的国产音响放大器都使用该管，由此可见它的声音自然有不凡之处。
用电子管制作的功放，被发烧友称作
胆机。电子管自1904年英国工程师菲利明
（Fleming）发明，迄今已逾百年。到了信息
时代的今天，电子管在电子世界的大部分领域
已销声匿迹，被晶体管取而代之。但在一些特
殊领域中，电子管还拥有无法代替的地位，特
别是在音响发烧器材的庞大队伍中，电子管还
有着晶体管无法体现的引人入胜的独特魅力，
用电子管制作的高保真音频功率放大器以其独有的特色、醇厚优美的音质，有别于晶体管功放。所以在音响领域，电子管仍保有重要位置而且长盛不衰。电子管在音响应用方面，最简单又最实用的莫过于作前级放大，因为前级不需要昂贵又复杂的输出变压器，同时也由于它需要的工作
电源电压高，这使得讯号的放大倍数较大、动
态裕量高，即使是放大到几十伏电压也不会因
为供电压的限制而造成削波失真。
在电子管耳机放大器设计中，由于电子
管本身的内阻数值较高，为保证耳机放大器能
够和负载实现阻抗匹配，控制耳机放大器的
输出阻抗是一个重要环节。在常用的几种电
子管耳机放大器输出级电路中，包括Cathode
Follower（射极跟随器）、SRPP（Shunt
Regulated Push-Pull分流调整式推挽放大器）
和SEPP（Single-Ended Push-Pull 单端推挽）
电路。
在这次设计中，除耦合电容改用较佳的
Wima电容外，电阻也采用低噪无磁的国产军工
大红袍，整流管用IN5407。
在这次设计中，没有加入负回馈，如果
感兴趣的可以自己尝试，但此时要注意反馈电
阻要接往的是栅极而不是阴极，这与两极共阴
极放大输出端的波形是反相的，如入阴极，会
使阴极极电位下降，相对栅极电位提高而形成
正反馈。除了加设负回馈，当然也可尝试换用
不同品牌的电容作校声试验，也可通过改变输
出电容数值或改变负载电阻数值等作进一步尝
试。在制作过程中曾试用了Wima电容以及国产
新德克等，结果是Wima音质通透，速度适中，
但音乐味有些偏淡；新德克韵味不错，但通透
性、分析力稍感欠缺。总之这个一级共阴极放
大前级的特点是音质通透、音乐的背景宁静，
分析力较高，全频表现相当均衡。
后级采用场效应管IRF610进行放大，采用
这种设计形式，既保留了电子管功放音色耐
听、数码味小的特点，又避免了电子管功放笨
重的输入输出变压器，整机电路设计简洁，外
观大方，具有很强的实用价值。
图2 后级放大原理图
后级放大电路原理如图2所示。从电路上
看，这是一个非常适合自做的放大器，电路采
用了简单的单端A类电路，图3（a）所示的是
普通的电阻负载单端A类放大电路，效率最高
为12.5%。（b）图所示的A类放大器采用了CCS
（Constant Current Source，恒流源）取代了无源的电阻偏置，CCS的特点是能够提高效率，最高能够达到25%。考虑各种因素之后，
最终采用了CCS放大电路形式。图3 单端A类放大电路图2所示的电路有两点需要注意：一是基于场效应管的源极跟随器的电流驱动能力比较强，但是电压增益小于1，因此这个电路只适用于无需电压增益的应用，其次，所示的单端电路对电源纹波的抑制能力非常弱，很容易受到电源噪声的干扰，因此最好采用稳压电源供电，质量比较好的电源适配器，以满足需要。图中所用VMOS的型号为IRF610，实际上很多类似的型号都可以采用，如IRF630、IRF510、IRF530等等。恒流源采用常见的LM317构成的电路，设计恒流电流为250mA。恒流电流值可以根据公式Iout=1.25/R5,电流单位为安培，电阻单位为欧姆。最终设计的电路原理图如图4所示，印刷
版PCB图如图5所示。
图4 电路原理图（另一声道相同）图5 印制板PCB图虽然这个耳机放大器的电路只是简单的单端A类放大电路，但是它的声音确实令我非常满意，推动我的森海塞尔HD600耳机显得轻松自如，声音效果也不错。更主要的是完全由自己设计制作完成，听着美妙的音乐，心情上更为舒畅。