電子管耳機放大器

吳漢清

現在一些音響發燒友已經將玩高保真耳機作為時尚，不少發燒友成了耳機族的一員。用耳機聆聽音樂，因為音樂經過很短的空氣路徑就進入耳膜，不會受駐波、反射、干涉等影響，并可排除外來聲音干擾，聲音定位準確，無需選擇要求過高的聽音環境，就可以欣賞到縱深的音場及優美的音樂。由于高保真耳機的輸出阻抗一般為上百歐姆，需要較大的輸出電壓推動，常用的CD機和隨聲聽耳機輸出部分很難完全推動，不能發揮高保真耳機的真實實力。如果能夠制作一臺耳機放大器，將耳機的潛力充分發揮出來，將使你真正體驗高保真耳機的靚麗音色。

本文介紹一款電子管耳機放大器，由于電子管獨特的聲音特點，和晶體管放大器相比，令人耳目一新，其特色是中頻甜潤、溫暖，低頻有良好的驅動力，層次感和力度恰到好處，高頻段纖細耐聽，不刺耳。其優美、穩重的音色和準確的定位感令人陶醉。電子管耳機放大器的輸出功率為1W×2，頻率響應為20Hz~25kHz（-1dB、200mW），輸出阻抗分32~100Ω和100~600Ω兩組，靈敏度為0.3V。

工作原理

電子管耳機放大器電路如圖1所示。電路分左右兩個聲道，電源共用一個。每個聲道采用兩級放大，推動級采用雙三極管6N1中的一只三極管，輸出級用雙三極管6N8P中的兩只三極管并聯作單端甲類功放。推動級和輸出級的電路形式均為共陰極電路，特點是沒有采用任何交流負反饋，以防止瞬態失真的產生。

推動級采用自給偏壓工作方式，電路中R3為陰極電阻，C3、C4為陰極旁路電容，它們組成自偏壓電路，利用三極管的工作電流產生穩定的柵偏壓，電壓的極性是陰極為正、地為負，這個電壓使柵極對陰極的電位為負，起到柵偏壓的作用，這種偏壓電路比較簡單，并且對電子管有一定的保護作用。R1為柵極電阻，它的主要作用是將柵偏壓加到柵極上去，使得柵極基本上和地保持直流同電位。R2為屏極負載電阻，C5為交流耦合電容。當電子管6N1的柵極加入交流信號電壓時，由于柵極的控制作用，使原來恒定的屏流變為隨信號電壓而變的脈動電流即產生了交流分量，屏流的交流分量在R2上產生了交流電壓降，使屏極和陰極間得到了一個放大了的電壓，此交流電壓經C5耦合到輸出級的柵極。電路中6N1的靜態工作點如下：屏極電壓Ua=175V，屏極電流Ia=3.7mA，柵極偏壓Ug=－2.5V。

輸出級采用單端甲類功放。單端甲類放大的功率輸出電路在效率方面比推挽放大電路要低，但電路比推挽電路要簡單得多，使用的元器件也比較少，而且音樂和音色優于推挽放大電路。因為單端放大電路信號的正負完整波形都在一只功放電子管內進行放大的，又由于工作在甲類狀態，而甲類放大電路的工作點又都是選擇曲線平直部分的中間部分，所以不存在有交越失真等問題。

輸出級電路也采用自給偏壓方式，兩只三極管并聯作一只三極管用，其工作原理和前級基本相同，所不同的是采用輸出變壓器作負載，經阻抗變換后輸出給耳機。6N8P中一只三極管的內阻約為7.7kΩ，兩只并聯后約為3.9kΩ，其最佳交流負載阻抗為內阻的2~4倍，這里取8 kΩ，即輸出變壓器的初級阻抗為8kΩ，輸出變壓器次級有兩個輸出端子，一個為32Ω，接阻抗為32~100Ω的耳機，另一個為100Ω，接阻抗為100~600Ω的耳機。當某一輸出端子上接的耳機阻抗比輸出阻抗大時，例如32Ω輸出端接64Ω耳機，輸出變壓器的初級阻抗也跟著變大到16kΩ，這時輸出功率減小，但失真度減小，頻帶增寬，反而使聲音更加好聽。由于輸出功率余量大，所以輸出功率仍能滿足要求。

用輸出變壓器除了作阻抗變換外還有一個作用，人們常說電子管功放音色甜、暖，即所謂的“膽味”。這其中輸出變壓器起到了非同小可的作用，由于變壓器鐵芯的磁滯作用，導致了電子管功放的瞬態特性有所下降，使得有些細微的、爆發特性很強的、并不十分和諧的細節被吃掉了，得不到充分的反映。使電子管功放在重播某些原本細節過于豐富而又稍欠甜美的錄音制品時，起到了甜化、美化的作用。

輸出電路中6N8P的靜態工作點如下：屏極電壓Ua=285V，屏極電流Ia=15mA，柵極偏壓Ug=－10V。

電源部分采用硅整流二極管組成橋式整流電路，由于濾波電容C8、C9容量較大，而整機工作電流又比較小，故濾波電路沒有采用電子管功放傳統的CLC式π型濾波電路，而是用了CRC式π型濾波電路。電流變壓器的兩個6.3V繞組分別提供6N1和6N8P的燈絲電壓。

元器件選擇和制作

推動級用雙三極管6N1，每個聲道用一半即其中的一個三極管，6N1的引腳見圖2。輸出級用雙三極管6N8P，每個聲道用一個即兩個三極管并聯使用，6N8P的引腳見圖3。

所有電阻均使用金屬膜電阻，R7功率為2W，R2、R4、R8功率為1W，其余電阻功率均為1/2W。RP1為100kΩ雙連電位器。C2、C4、C5、C7、C10選用薄膜電容，如聚丙烯薄膜電容，其中耦合電容C5最好選用油浸電容。

輸出變壓器是一個關鍵器件，它的指標決定了整機性能的優劣，特別是頻響。由于單端放大電路的輸出變壓器初級有單向的靜態直流電流通過，會產生磁飽和作用，所以硅鋼片要單向插入，以便留一定的空氣隙。而氣隙的大小要視靜態直流電流大小、輸出變壓器初級線圈圈數和閉合磁路的長度來調整。因為硅鋼片有氣隙的存在，使整個輸出變壓器的導磁率大為降低，所以和推挽輸出變壓器相比，在同等輸出功率時要采用截面積較大的硅鋼片來制作。另外輸出變壓器初、次級的漏感要盡量小，不然要影響變壓器的頻響，為了減小漏感，變壓器的初、次級要分段間隔繞制，因此輸出變壓器的制作難度比較大。輸出變壓器使用舌寬為12mm的硅鋼片，迭厚18mm，繞制參數見圖4。繞制時，初級分為3段，次級0~32Ω繞組、32~100Ω繞組各分為2段，間隔繞制。硅鋼片單方向插，留0.1mm的空氣隙。

電源變壓器使用舌寬為19mm的硅鋼片，迭厚29mm，繞制參數見圖5。繞制時，次級為燈絲供電的兩個繞組要取中心抽頭，中心抽頭接地可去除燈絲的50Hz干擾。硅鋼片交叉插，不留空氣隙。

輸出變壓器和電源變壓器繞好后均要作烘干浸漆處理。

安裝和調試

放大器金屬基座大小為22cm×16cm×5cm，采用敞開式結構，電子管、電源變壓器、輸出變壓器等體積較大的器件安置在基座的上部，而其它小體積的阻容件及連接導線則在基座內部設置。布局時電源變壓器和輸出變壓器應盡量遠離，并且磁力線方向要互相垂直，以防止電源變壓器交流電磁場的耦合干擾。基座上部的布局見圖6。

在進行元器件的焊接時，采取傳統的搭棚焊接工藝。即直接將元器件和各種引線焊接于電子管座相應的管腳上和接線架上。在用導線進行元器件之間的連接時，注意電源引線應盡量避開音頻信號通道，以防電源50Hz信號干擾音頻信號，另外機內的交流電源線和燈絲電源線應使用雙絞線，即兩根線作絞合處理。電源線和信號線、信號線和信號線不可以平行設置或絞合在一起，應盡量遠離或作交叉設置。機內連線在不相互影響的前提下用尼龍扣收緊并做合理固定。音頻輸入端到電位器、電位器到6N1的柵極用雙芯屏蔽線作連接，并且做到屏蔽層單端接地。

整機最好采取一點接地方式，即除電路中零電位的一根引線與機殼相通之外，電路中其它部位不得與機殼有任何相通。接地點在一般情況下選擇在整流濾波電路或信號輸入座附近。

調試時先不插電子管，接通交流電源，觀察機內有無冒煙及溫度過高之處，同時用萬用表測量電流電路中各點交直流空載電壓值，并與設計電壓值相比較，因為空載，測量值可以稍高，如果上述檢查情況正常，可將整機電源切斷，再把各電子管插入相應管座并接上耳機開機。開機后看機內有無異常情況，并觀察電子管燈絲是否正常點亮，用萬用表測量各電子管的屏極電壓、陰極電壓是否在設計值附近，同時聽聽耳機中有無交流聲或噪聲干擾。

上述工作完成后，就可以連接音源試聽。