高保真電子管耳機放大器的設計

李永星 孫雷明

【摘要】高檔耳機的輸入阻抗較高，所需的推動功率也比較大。大多數音源無法完美推動，所以在音源和耳機之間加入耳機放大機就成為必要。利用電子管6N11，采用一級陰極放大電路作為前級;利用VMOS管IRF610，采用CCS單端放大電路作為后級，制作出一款簡單的耳機放大器，取得了較好的聽音效果 。

【關鍵詞】耳機放大器;電子管;CCS

耳放，是耳機放大器的簡稱。

在耳機系統中，音源與耳機之間加入一個耳機功率放大器的環節，可以改善音質、調整系統的音色走向，特別是千元以上較為高檔的耳機，使用耳機放大器后音質改善是明顯可聞的。目前的很多音源，尤其以電池為電源的，大多有耳機輸出插孔，但是為了降低成本、增加播放時間，這個插孔的電路和用料普遍十分平庸，不能滿足高保真聽音的需求輸出功率都比較小，因此，如果耳機靈敏度不是很高，音源輸出功率不是很大，加耳放，對于音質是會有明顯提升的。

耳機放大器的設計制作類似于前級放大器，很多耳機放大器可當作前級來使用，對信噪比、失真等指標要求很高。由于耳機的靈敏度很高，電路設計稍有不慎，用耳機很容易聽出噪音或失真。

在這次設計中，前級放大電路原理如圖1所示。

圖1 前級放大原理圖

前級放大電路設計中，采用電子管6N11做前級放大。6N11屬于旁熱式陰極高頻低噪聲高頻電壓放大雙三極管。雖然該管在過去爭議頗多，但是目前很多電子管廠及多個品牌的國產音響放大器都使用該管，由此可見它的聲音自然有不凡之處。

用電子管制作的功放，被發燒友稱作膽機。電子管自1904年英國工程師菲利明（Fleming）發明，迄今已逾百年。到了信息時代的今天，電子管在電子世界的大部分領域已銷聲匿跡，被晶體管取而代之。但在一些特殊領域中，電子管還擁有無法代替的地位，特別是在音響發燒器材的龐大隊伍中，電子管還有著晶體管無法體現的引人入勝的獨特魅力，用電子管制作的高保真音頻功率放大器以其獨有的特色、醇厚優美的音質，有別于晶體管功放。所以在音響領域，電子管仍保有重要位置而且長盛不衰。

電子管在音響應用方面，最簡單又最實用的莫過于作前級放大，因為前級不需要昂貴又復雜的輸出變壓器，同時也由于它需要的工作電源電壓高，這使得訊號的放大倍數較大、動態裕量高，即使是放大到幾十伏電壓也不會因為供電壓的限制而造成削波失真。

在電子管耳機放大器設計中，由于電子管本身的內阻數值較高，為保證耳機放大器能夠和負載實現阻抗匹配，控制耳機放大器的輸出阻抗是一個重要環節。在常用的幾種電子管耳機放大器輸出級電路中，包括Cathode Follower（射極跟隨器）、SRPP（Shunt Regulated Push-Pull分流調整式推挽放大器）和SEPP（Single-Ended Push-Pull 單端推挽）電路。

在這次設計中，除耦合電容改用較佳的Wima電容外，電阻也采用低噪無磁的國產軍工大紅袍，整流管用IN5407。

在這次設計中，沒有加入負回饋，如果感興趣的可以自己嘗試，但此時要注意反饋電阻要接往的是柵極而不是陰極，這與兩極共陰極放大輸出端的波形是反相的，如入陰極，會使陰極極電位下降，相對柵極電位提高而形成正反饋。除了加設負回饋，當然也可嘗試換用不同品牌的電容作校聲試驗，也可通過改變輸出電容數值或改變負載電阻數值等作進一步嘗試。在制作過程中曾試用了Wima電容以及國產新德克等，結果是Wima音質通透，速度適中，但音樂味有些偏淡;新德克韻味不錯，但通透性、分析力稍感欠缺。總之這個一級共陰極放大前級的特點是音質通透、音樂的背景寧靜，分析力較高，全頻表現相當均衡。

后級采用場效應管IRF610進行放大，采用這種設計形式，既保留了電子管功放音色耐聽、數碼味小的特點，又避免了電子管功放笨重的輸入輸出變壓器，整機電路設計簡潔，外觀大方，具有很強的實用價值。

圖2 后級放大原理圖

后級放大電路原理如圖2所示。從電路上看，這是一個非常適合自做的放大器，電路采用了簡單的單端A類電路，圖3（a）所示的是普通的電阻負載單端A類放大電路，效率最高為12.5%。（b）圖所示的A類放大器采用了CCS（Constant Current Source，恒流源）取代了無源的電阻偏置，CCS的特點是能夠提高效率，最高能夠達到25%。考慮各種因素之后，最終采用了CCS放大電路形式。

圖3 單端A類放大電路

圖2所示的電路有兩點需要注意：一是基于場效應管的源極跟隨器的電流驅動能力比較強，但是電壓增益小于1，因此這個電路只適用于無需電壓增益的應用，其次，所示的單端電路對電源紋波的抑制能力非常弱，很容易受到電源噪聲的干擾，因此最好采用穩壓電源供電，質量比較好的電源適配器，以滿足需要。

圖中所用VMOS的型號為IRF610，實際上很多類似的型號都可以采用，如IRF630、IRF510、IRF530等等。恒流源采用常見的LM317構成的電路，設計恒流電流為250mA。恒流電流值可以根據公式Iout=1.25/R5，電流單位為安培，電阻單位為歐姆。

最終設計的電路原理圖如圖4所示，印刷版PCB圖如圖5所示。

圖4 電路原理圖（另一聲道相同）

圖5 印制板PCB圖

雖然這個耳機放大器的電路只是簡單的單端A類放大電路，但是它的聲音確實令我非常滿意，推動我的森海塞爾HD600耳機顯得輕松自如，聲音效果也不錯。更主要的是完全由自己設計制作完成，聽著美妙的音樂，心情上更為舒暢。