袖珍耳机放大器的设计与制作

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袖珍耳机放大器的设计与制作

    笔者发现现在越来越多的音响爱好者都认识到了Hi-Fi耳机的优越性,而加入了耳机爱好者的行列。目前市场上的Hi-Fi大耳机主要有森海塞尔、拜亚动力、AKG、铁三角等一些产品,它们的阻抗都比较高,一般在100~300Ω之间(有些耳机甚至高达600Ω),往往越高级的耳机,阻抗也越高。
    最近随着Hi-Fi耳塞引进中国,也有不少人购买了Etymotic、Shure、Bang&Olaph等一些高级产品,而它们的阻抗也比一般的耳塞高。所有这些高档次的产品在满足相同音量的条件下,都需要比32Ω普通耳机更高的推动电压。
    根据公式P=U2/R,对32Ω耳机来说,产生1mw的功率仅需要0.179V电压来驱动,但对于阻抗250Ω的耳机来说,产生同样的功率却需要0.5V的电压来驱动。这样,如果用普通的CD、MD随身听来直接驱动大耳机或高阻耳塞的话,即便把音量旋钮调到最大,耳机里的声音也有气无力,高低音尽失,失真明显。要想发挥出这些耳机的真正实力,必须要给它们配备一款耳机放大器。然而市售的产品耳放却存在两点不足,第一,这些耳放都是采用220V交流电源供电的,必须要固定使用,把欣赏者拴在一个固定的位置上,不能像听随身听那样,边干手里的工作边欣赏音乐;第二,产品耳放的价格很昂贵,由于Hi-Fi耳机惊人的解析力,任何器材的瑕疵都会展露无疑,所以价格低于千元的耳放效果都不会太令人满意。为了解决这样的问题,使Hi-Fi耳机也能应用在随身听上,美国的一家公司已经推出采用电池供电的袖珍耳放,其价格接近200美元。

一.线路简介
    笔者设计的这款耳机放大器是专为CD随身听而打造的,本着节约、简单易制、高成功率和高质量的原则,笔者选用了一款近年来由飞利浦公司推出的新型集成电路TDA1308。这是一块新型的低电压、低失真、高速率、强输出的运算放大器集成电路。它的输出级采用了MOS管,可以直接推动32Ω的耳机,性能的出色在目前还没有其他的电路可以比拟。这块电路并不难买到,爱好者们可以邮购,价格仅几元钱。
    在TDA1308电路的应用说明书中,给出一个增益为1的单端供电、负端输入放大电路,但笔者试改变其外围,把它接成双端供电的正输入放大电路,增益为10倍。这样改进的优点是,取消了输出电容,拓展了低频下限,并得到了所需的增益倍数。这个电路大家都很熟悉,如图1所示,与当年著名的。NE5532N构成的10倍线路放大器非常接近,除了增加由R3、C4和R7、C13构成的两个RC消振网络以外其余基本相同。该放大器的关键就在于选材与制作工艺。
 

二.元件选择
    对元器件的要求不能降低,应该尽可能使用优质器件。音量电位器RW1、RW2采用两只独立的单连电位器,这样设计便于调整声道平衡度。笔者利用了两只墨西哥生产的精密工业产品,读者可以用日本的ALPS替代。输入和输出插座JK1、JK2应该使用镀金的产品,但充电插座JK3就无所谓了,一般的产品就行。
    所有普通电容都使用德国WIMA或ERO产品,耐压63V,而电解电容都用Philips产品,耐压不限。所有的电阻都采用美国CGW,功率为1/4 W。
    LED1装在面板上,做电源指示灯用,采用中3mm的高亮度蓝色发光二极管,在1mA下已经很明亮了;LED2仅仅作稳压管使用,安装在电路板上,所以任何型号的红色、绿色发光二极管都可使用。D1、D2是为了降低电池电压而加入的,可以选用一般的1N4148,D3也一样;Bat1和Bat2是两节小型锂电池,其标准端电压为3.6V,电压范围在2.7~4.2V之间。指示电路由于串入了LED2和D3,再加上LED1的压降,当两节电池的总电压降落到接近5V时,发光管LED1的亮度就大幅度减低了,指示电池应该充电了。
    电源开关也应该使用ALPS的开关,笔者用的是美国的自锁型2×2产品。至于锂电池的型号,可以根据读者的条件自行选取,笔者用的是AA尺寸650mAh容量的产品。其实也可以采用4节AAA氢镍电池供电,把D1、D2去掉。由于该放大器的耗电很低,所以充一次电可以使用很长时间。

三.安装制作
    下面要介绍的是这款放大器的制作。整个电路设计成图2所示的印板,就可以将全部元器件安装妥当。
 
    至于机壳,任何结构的机壳都可以采用,只要它足够坚固,具有屏蔽作用。具体的外形,根本没有限制,读者可以任意发挥自己的想象力。笔者使用的材料主要取自老式的5.25英寸硬盘盘片,这是一种直径为中125mm,厚度为2mm的高精度铝合金盘片。表面镀有金属磁性层,光泽夺目,光滑平整,坚硬不易变形。用铝片和M2的沉头螺栓把它的中心孔堵住备用。以两片盘片作为放大器机壳的顶板和底板,再取一条铝型材,用钢锯和锉刀按图3所示的形状尺寸加工,然后用M2沉头螺栓固定上下盘片,就构成了一个形状像飞碟一样的小巧的机壳。
 
    如果读者希望该机方便放置在台面上使用,还可以在底板上加固3只脚钉。电路板也是用螺栓固定在机内的,反向安装,器件置于下面。电位器轴、3只插座,电源开关和LED灯都通过面板和背板的相应孔伸出,如图4所示。
 
    这只小耳放主要为CD随身听设计,购买一只适合的双层小皮包,分别把CD机和耳放装入两个夹层,然后用两端带有双芯插头的短屏蔽电缆连接CD机的线路输出和耳放的输入,就完成了整个设计,你就可以像使用随身听一样。在路上用Hi-Fi耳机欣赏音乐了。

四.测试评价
    这个小巧的耳放表现如何呢?这是大家最关心的。笔者没有更专业的仪器,只用信号发生器和示波器简单地测试了一下。给耳放接上阻抗250Ω的拜亚动力T931耳机,调节信号发生器,使其输出电平为100mV正弦波,在10Hz~80kHz的频率范围内,放大器的输出始终在1V,没有丝毫衰减,用肉眼看不出任何失真;从80kHz开始到100kHz,输出幅度逐渐下降到800mV,仍无失真;超过100kHz,输出下降较快。然后笔者用400Hz信号,逐渐加大输入电平,当输出达到2V时才出现削波失真,此前波形一直完好。
    笔者又采用方波信号作进一步测试。输入100mV/1kHz的方波时,输出波形非常标准,输入10kHz/100mV的方波时,可以看到输出波形的前后沿出现了些许的延迟。整个测试结果令人非常吃惊,笔者没有想到这样一块低压电路竟有如此优异的性能(注:以上测试是在电池刚充满电、端电压在4.2V时测得的结果)。
    最后把耳放连接笔者的Panasonic SL570的CD随身听线路输出,播放了一曲《加州旅店》,感觉频响宽阔,低频强劲有弹性,高频纤细绵密、层次分明。音量在电位器开到一半时就不能忍受了,效果比CD机直接推动耳机音质好得太多了!
    说到不足之处,笔者觉得TDA1308的噪声电平比不过优质的运放LT1028,大概与AD827、NE5532N接近或稍大,在没有信号的情况下你仍然可以听到微弱的噪声。

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