关键词: 耳放
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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