1 引言
在高保真音響電路中,，電子管放大器由于其獨(dú)特的韻味和音樂(lè)聽(tīng)感,，一直備受廣大音響愛(ài)好者的喜愛(ài)和關(guān)注,。近年來(lái),，高保真耳機(jī)由于其使用的便捷性和相對(duì)較低的價(jià)格,，受到越來(lái)越多的音樂(lè)愛(ài)好者和音響發(fā)燒友的青睞。在高保真耳機(jī)家族中,，耳機(jī)阻抗從低阻,、中阻到高阻均有分布：如愛(ài)科技的271S額定阻抗為48Ω，拜亞動(dòng)力的Dt48額定阻抗為200Ω,，森海爾的HD580,，HD600，HD650額定阻抗為300Ω等,。對(duì)于阻抗較高的耳機(jī),，通常需要專門的配套電路，才能展現(xiàn)其優(yōu)異的性能,。同用于音箱的揚(yáng)聲器單元相比,，耳機(jī)對(duì)于它的驅(qū)動(dòng)電路性能指標(biāo)的要求更加嚴(yán)格。與晶體管相比,，電子管靜態(tài)工作點(diǎn)電壓高,、內(nèi)阻大，更適合輸出擺幅大,、電流小的驅(qū)動(dòng)信號(hào),。這個(gè)特點(diǎn)使得電子管適用于驅(qū)動(dòng)對(duì)品質(zhì)要求高，但功率要求低的高保真耳機(jī),。
在音頻前置放大器中,，并聯(lián)調(diào)整推挽（ShuntRegulatedPush-Pull，SRPP）電路具有高增益,、低失真,、低輸出阻抗等特點(diǎn)，能夠獲得優(yōu)異的音質(zhì)表現(xiàn),，因而在音響電路中廣泛應(yīng)用,。本文設(shè)計(jì)了一款以共陰極放大器為輸入級(jí),，SRPP放大電路為輸出級(jí)的耳機(jī)放大器電路。對(duì)該電路建立了微變等效模型,，選擇合理的器件，通過(guò)理論計(jì)算控制相應(yīng)的參數(shù),，使放大器能夠較好地驅(qū)動(dòng)耳機(jī)工作,。
2 輸入級(jí)
輸入級(jí)采用一只電子管三極管構(gòu)成的共陰極放大電路，其電路原理圖如圖1所示,。圖中電阻RL1,，Rk1和Rg1分別同電子管的陽(yáng)極、陰極和柵極相連接,，使電子管建立穩(wěn)定的工作點(diǎn),，同時(shí)具有合適的增益和適當(dāng)?shù)木植控?fù)反饋。V1可選擇常用的電子三極管,，如單三極管ECC92,，或者是雙三極管ECC82，12AU7,，5814等型號(hào)中的一只電子管三極管工作原理與晶體管中的雙極性三極管不同,，但和場(chǎng)效應(yīng)管類似，屬于電壓型放大器件,，其主要參數(shù)為跨導(dǎo)gm,，內(nèi)阻rp和放大系數(shù)μ，且三者之間滿足：
該電路的微變等效電路如圖2所示,，這里將電子管看成是受控電壓源,。圖中，輸入電壓可表示為：
式（2）中Ug1k1為電子管柵極和陰極兩端的電壓,，Uk1為陰極電阻Rk1兩端的電壓：
3 輸出級(jí)
輸出級(jí)采用SRPP電路,，電子管既可選擇內(nèi)阻合適的三極管，如6N6,，E182CC,，也可選擇用于功放的小功率五極管，如6P15,，6P14,，EL42，EL91,，EL84,，EL86。
一般五極管內(nèi)阻較大,，增益很高,，為了降低輸出阻抗和增益,，需將五極管連接成三極管使用。
文中的輸出級(jí)選用小功率五極管作為放大器件,，選擇其他型號(hào)的管子時(shí),，需要根據(jù)管子自身參數(shù)確定外圍元件的參數(shù)和供電電壓VCC2。在圖3中,，Rsg1和Rsg2分別將五極管V2和V3的第二柵極和陽(yáng)極相連接,，因而成為三極管工作方式。Rk2和Rk3分別與V2和V3的陰極相連接,，為電子管提供適當(dāng)?shù)臇咆?fù)壓,。RL2表示負(fù)載的阻抗。選擇不同型號(hào)的管子,，由于內(nèi)阻和增益的差別,，在驅(qū)動(dòng)耳機(jī)工作時(shí)，會(huì)有不同的聲音表現(xiàn),，通?？赏ㄟ^(guò)主觀音質(zhì)評(píng)價(jià)來(lái)確定管子的選擇。
圖4是圖3的微變等效電路,，圖中Ip為：
輸出端施加一個(gè)電壓U′o2,，這時(shí)從輸出端向內(nèi)看的電流記作為I′o2，可由式（10）~（12）計(jì)算得出：
從式（11）~（13）可計(jì)算得到SRPP放大電路的輸出阻抗為：
4 整體設(shè)計(jì)
整機(jī)的電路原理圖和元器件的取值如圖6所示,。
輸入級(jí)放大器件選用Ecc82雙三極管,，輸出級(jí)選用6P15，基本參數(shù)如表1所示,。為降低輸出阻抗,，以便于和阻抗較低的耳機(jī)相匹配，輸出級(jí)SRPP電路采用雙管并聯(lián)的方式工作,。放大器的相關(guān)參數(shù)計(jì)算方法如下所示,，其中開(kāi)環(huán)電壓增益為：
5 測(cè)試結(jié)果
經(jīng)過(guò)測(cè)試，耳機(jī)放大器在驅(qū)動(dòng)不同阻抗負(fù)載的情況下,，電路中的各項(xiàng)參數(shù)如表3所示,。從表2~3中可看出，測(cè)量結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果比較接近,。相對(duì)于一般的晶體管耳機(jī)放大器,，電子管放大器的輸出阻抗略高，這個(gè)阻抗會(huì)影響耳機(jī)單元的總Qt值,，以至于影響耳機(jī)的瞬態(tài)特性,，這也是電子管耳機(jī)放大器產(chǎn)生特有的聽(tīng)覺(jué)效果的一個(gè)因素。
經(jīng)實(shí)際聆聽(tīng)可感覺(jué),，該放大器具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍,，中頻清晰飽滿,、柔和、圓潤(rùn),、高頻明亮,、通透，低頻豐滿,、力度好,，從整體上來(lái)感覺(jué)，聲音比較平衡,、真實(shí),。
無(wú)論驅(qū)動(dòng)低阻耳機(jī)還是高阻耳機(jī),，都具有良好的聽(tīng)感效果,。
6 總結(jié)
本文設(shè)計(jì)了一款基于陰極跟隨器和SRPP電路的耳機(jī)放大器，從理論上分析為控制電路參數(shù)提供了明確依據(jù),，并用實(shí)踐測(cè)量驗(yàn)證了理論的正確性,。用微變等效分析方法對(duì)于電子管耳機(jī)放大器的設(shè)計(jì)具有良好的指導(dǎo)作用。