分体式OTL电子管耳机放大器.doc

分体式O T L 电子管耳机放大器任保华大约在一个多世纪以前，科学家们已经发现电子能在真空中运动而形成电流，他们还知道热电极比冷电极更容易发射出电子。利用这些原理1904年世界上第一只电子管(Valve)生产出来了。这种被称为真空二极管的“灯泡”，除了灯丝之外在管内仅增加了一个电极（称屏极或板极），只能用来整流。直到具有放大作用的真空三极管（管内屏极与阴极之间又增加了一个电极，称栅极）的出现，在电子技术领域才真正引发出了一场革命。在以后的半个多世纪里电子管的发展进入了鼎盛时期，全世界每年生产的形形色色的电子管数以亿计。但是好景不长，晶体管的出现彻底打破了电子管一统天下的格局，到了20世纪八、九十年代电子管已是“昨日黄花、风光不在”了。尽管如此，由于电子管和晶体管传输电流的方法不同（电子管的电流是电子在真空中的电极间渡越所形成的，而晶体管等固态元件的电流则是荷电载流子在固体中的原子间运动形成的），使得它们产生了完全不同的特点。在声频放大器的应用中，一般来讲晶体管犹如宝石美丽而冷艳，电子管则犹如美玉华贵而润暖。这个差异使得电子管放大器(俗称“胆机”)至今仍以“胆味迷人”而著称。“胆机”也亦然是音乐爱好者和音响发烧友追逐的对象。这里要给大家介绍的就是一款分体式O T L 电子管耳机放大器, 它是一个很有特色的、声音好听的纯胆耳放，它具有很宽的频响、很高的瞬态和信噪比指标, 能够很好的驱动32欧姆600欧姆的高保真耳机。图1是它的电原理图。主机部分由双管并联SRPP(ShuntRegu11atedPushPull)前级和典型的阴极输出功率放大级组成。SRPP电路常被人们称其为“单端推挽放大”或“分流调整推挽放大电路。典型的SRPP输入级电路如图2所示。对于V1来讲,信号从栅极输入，从屏极输出，是共阴极放大器。对于V2来讲信号从栅极输入，从阴极输出，是共屏极放大器（阴极输出器）。实质上它是一个共阴共屏组合电路的变形。SRPP线路是一款精彩的设计, 在一些国内外成品机和爱好者们自制的放大器中常被广泛使用。这种电路除了通频带宽、具有自动控制信号失真外, 由于电路中两只管子在直流状态下虽是串联连接, 而在交流状态下却是并联连接。 所以管内阻降底一半, 跨导增大一倍, 这十分有利于对阴极输出功率放大器的推动。本电路使用了两只6922（6N11）双三极管组成的SRPP电路, 这就相当于在交流状态下有四支单三极管并联工作，更使其优点发挥到了极致。 我们不妨称它为双管并联SRPP输入级。不要小看这个改动，它会给您带来比常规单管SRPP前级更加优良的性能呢！电路中C9、C10是退耦电容，C4、C5是旁路电容。旁路电容使音频信号电流不流经V1的阴极电阻R1，于是没有输入信号电流的负反馈，这使输入级灵敏度得到提升、频率响应更加平坦。但是直流负反馈亦然存在，如果由于电源电压波动和其它等原因引起管子屏流发生变化时，R1上的直流压降就会产生变化，也就是说V1的栅偏压就会随之变化，反过来去抑制屏流的变化，使工作更加稳定。前級的输入端有兩组RCA端子，一组是將信号经电位器后，直接加在管子的栅极，而另一组则是通并联的电容C1、C2后经电位器加在管子的栅极上。这对音色有些微弱影响，并能阻断有些音源可能帶来的直流成分，可根据情況选择使用。耳放的功率输出级是典型的阴极输出器（cathode follower）。阴极输出器过去曾经有过一段为声频爱好者狂热追求的历史，在那个时期国内外各种杂志一片赞赏美誉之辞，声称如果把这种电路应用于声频放大器输出级，那么放大器就不会有非线性失真，频率特性会变得异常平坦，扬声器的阻尼问题也可得到很好的解决等等，一时间阴极输出器似乎成了高保真设备的规范模式了。日月荏苒，白驹过隙，随着时光的流逝这种电路却不知不觉的被人们淡忘了,在主流的胆机功放中已经很难找到它的身影。那么阴极输出功率放大器是不是已经失去了昔日的风采了呢？当然不是。我们知道，阴极输出器的基本特征是：1) 高的动态输入阻抗；2) 低的输出阻抗；3) 小于1的通带电压放大率数值。阴极输出器具有这些性能是因为它是一个电压负反馈放大器，所有电压负反馈放大器的优点，如杂声的抑低、频率响应性能的改善，非线性失真的抑低等等，它都具备。阴极输出功率放大器的致命弱点是它的功率灵敏度太低，要求输入的驱动电压幅度太大。对于前级来说，向后级供给很大的输入电压就可引起很大的非线性失真。从总体上来讲会得不偿失，另一方面它的输出功率太小，效率很低；高阻抗的优质扬声器的匮乏也是影响阴极输出功率放大器发展的瓶颈。但是在耳机放声系统中由于所需的驱动功率很小，优质耳机的阻抗一般都在32欧姆到600欧姆之间，这些条件使阴极输出功率放大器的优点可以发挥到极致，而它的不足却可以得到有效的抑制，可謂扬長避短。因此在耳机放声系统中它却得到了广泛的应用。本机采用功放名管EL84（6P14）组成阴极输出功率放大级。EL84(6P14)是大屏极、高跨导（9mA/V）的五极管,接成阴极输出器使用时输出阻抗很低, 我们可以运用Zo=1/gm这个近似式计算出它的数值。式中Zo是输出阻抗，gm是电子管跨导。EL84(6P14)的Zo=1/9mA/V=1/0.009=111欧姆。这比功放管6P1要低近一倍（6P1为204欧姆）。当EL84在三极管状态使用时阴极电阻R4可取270欧姆，这样当屏压在265V时可取得8.2V左右的栅偏压，使之工作在线性区域。输出电容C7使用2200微法，再加大已没有明显的效果，为了更好的播放中高频段，在输出电容C7上并联了C6和C8两只CBB电容。 图3是本机的电源部分电原理图。这是一个双胆管整流电源, 整流管使用6X4(6Z4)。6X4(6Z4)的输出直流最大为75mA,单只管子滿足不了本机需要，所以采用兩只管子。为了方便印板布线，先將一个双二极管的两个屏极并在一起，成为一只单二极管, 然后再用兩只相同的管子组成全波整流方式，可使输出电流加倍。当然采用一只5Z2P也行, 但是5Z2P体积较大、灯丝耗电也多, 它又是直热式整流管, 这和6922(6N11)、EL84（6P14）这类旁热式管子在灯丝加热时间上相差较大, 不利于延长管子寿命, 所以还是使用6X4（6Z4）为好。滤波电路采用双节CR方式, 由于滤波电解电容用的较大没有采用扼流圈。R9为限流电阻,可限制开机时过大的充电电流, 利于提高整流管的寿命。6922（6N11）和EL84（6P14）的灯丝绕组具有中心抽头,通过R13、R12分压获得的70V电压悬浮其上,并通过C9接地。即可防止V2管阴极和灯丝绝缘的击穿又可减小交流声。由于电源和主机为分体结构,主线路板布线又十分合理, 6.3V灯丝电源虽未经整流,但整机背景极为宁静,使用灵敏度极高的低阻耳机，即便将音量开到最大，也听不到丝毫交流哼声。R12为电容放电电阻，关机后电容储存的电量可由此缓慢的泄漏掉。这个电子管耳放，采用自制的双面印刷电路板，元器件分别焊在电路板的两个面上。图4是耳放主机的印刷电路板的正面图和背面图。制作这个电路板要非常细心, A面和B面要一一对应不能有任何偏差。可以先按比例复印一张背面图贴在敷铜板上，在钻孔的地方先用1mm的钻头打孔，然后再在正面和背面“对孔绘图”，就不会有问题了。为了防止铜箔氧化，可将腐蚀完的电路板清洗打磨干净，随后刷上酒精松香溶液，放在锡锅里锓镀一下就行了。现在有一种热转印法的制电路板技术非常简单方便, 最适合实验制作电路板时使用, 成本非常低廉。用于制作电路板的热转印纸，使用“冷敷膜”的黄色后背纸效果出奇的好, 这种冷敷膜后背纸，广告装潢公司在敷膜后都丢弃掉了, 平时不妨收集一些备用。热转印法制板具体可分为五步进行： 用激光打印机将黑白的电路板图打印在热转印纸上； 将热转印纸有图的一面对正在处理干净的敷铜板上, 然后用电熨斗(调整在180230摄氏度)平整熨压热转印纸二到三分钟, 待冷却后, 轻轻揭掉热转印纸, 碳粉油墨图形便转印到敷铜板上了。揭开热转印纸时可慢慢先揭一个角, 如果图形没有转印好可再用熨斗熨压, 直到图形完整无缺的转印好了为止, 然后用油性记号笔修补有个别损伤的图形； 配好三氯化铁溶液将转印好的敷铜板放入溶器中腐蚀； 电路板腐蚀完成后用清水冲洗干净, 并用汽油或二甲苯擦洗掉碳粉油墨； 用小台钻或手电钻打孔，为防止铜铂氧化,可用自喷漆轻轻喷一下,电路板就算完成了。由于自喷漆附着力不强,也不耐高温,焊接时直接用电烙铁头来回搓一下焊锡就会溶化在焊盘上了, 不必要事先将焊盘上的油漆刮掉。双面板的制作难度稍大一点, 要一面腐蚀完了,再转印腐蚀另一面, 暂时不腐蚀的那面可用不干胶带贴上, 一面完成后可先打几个孔作为定位孔, 然后再对准转印另一面。图5就是笔者采用热转印法制板的一个实例。 下面我们再说说元器件的选择。在这个机子里最重要的元件就是电子管了， 6922 JAN为菲力浦在美国设厂生产的，在结构上与同厂的6DJ8基本没有什么差别、EL84选用俄罗斯SOVTEK生产的，以上两种进口管也可分别使用北京牌6N11和6P14军级管子直接代换。6X4选用美国TUNG-SOL(天索)或雷灯生产的都可以,也可用北京牌6Z4军级管子直接代换。所有管子要求严格配对。6922和EL84实物见图6。 电阻选用国产早期生产的大红袍精密电阻；电解电容可用红宝石或国产大厂的正品；其它电容全用CBB MKP音频电容； 电阻、电容也需要严格配对使用。电位器使用ALPS -27型塑壳品种。我们在这里没有一味追求使用发烧补品元件，等你有了一定装机经验之后，对补品元器件的性能，有了较多了解之后再用也不迟。切不可人云亦云盲目堆砌，这样可能事与愿违。电源变压器购买100VA EI铁芯的品种,如果自制可按电路图中数据绕制。下面我们就开始具体的焊接装配。图7是元件在印刷电路板上正面和背面的安装布置图。由于采用双面电路板，所以应当格外注意两面电路的可靠焊接。元件脚需要正面和背面都焊接的，不要焊好了一面而忽视了另一面。电路板两面电路的连接，在业余制作条件下不具备电路板“金属化孔”的工艺条件，因此采用“搭接针”的方法，也就是用一段铜线穿过印板正、背靣需要连接的部分，然后焊接起来，效果也不错。另外，过去生产的电子管管座是专为搭棚焊接设计的，管脚尺寸较大，脚与脚之间距离太近，在印刷板上很不好安排，所以必需改造一下，只要按图8(只画出一个管脚)用锋利的斜嘴钳剪掉一部分就行了，也很好用。当然，如能找到印板上专用的管座那就再好不过了。图9、图10分別是电源部分的印板和元件布置图 电源部分采用单面印板，除变压器、开关、指示灯和输入、输出的插座直接安裝在壳体中外，其余元件均焊接在印刷板上。安裝好的胆耳放和电源如图11、图12、图13所示（图中是制作时的实物照片,成文时印板作了修改）。 实验和调整分四步进行：第一步、 首先检查电源部分；插上整流管6X6,在电源的高压输出端接一个3.5K 20W的电阻，然后接通电源。此时高压输出端的电压应为265V；5V灯丝电压应为5.5V；6.3V灯丝电压ab端应为6.8V，ca、cb端电压应相同都为3.4V（由于是空载,灯丝电压会适当高一些）。这里需要提醒大家的是如果电源有故障需要检修时，必需切断电源，等电容放完电后再进行处理；第二步、 检查调整EL84管工作状态；电源部分正常后，拆掉假负载电阻,連接电源和主机，再插上两只EL84管，通电检测第3脚阴极的电压应为8.2V左右（此时屏流为31mA左右），此时手触改锥杆碰第2脚栅极，耳机内应有明显的交流声。两管的电压应尽量相同，否则只能换管配对了；第三步、 插上两只6922管，用两只11K电阻插在两个V2管座中的第1孔和第3孔内（在管子上面反时针数,这样才能和第1和第3管脚相对应），通电检测两个V1管的第3、8脚阴极电压应为1.5V左右（此时屏流为3.2mA左右）。第1、6脚屏极电压应为40V左右，此时触摸输入端插座应有很大的交流声。两管的阴、屏极电压应尽量相同，否则也要换管配对;第四步、 拔掉两只11K电阻，插上两