２００６年第６期实用影音技术
■任保华
图１１ＯＴＬ阴极输出胆耳放
图１２ＯＴＬ电子管耳放电路图耳机放大器及其电路(下)图１１是笔者制作的分体ＯＴＬ阴极输出胆耳放的实物图，图１２是它的电路图。这台耳放的输入级采用了两只并联的孪生三极管，我们不妨称它为双管并联ＳＲＰＰ输入级。ＳＲＰＰ电路的特点是频响宽、声音华丽，采用双管并联后降低了输出阻抗，提高了灵敏度，不要小看这个改动，它会给你带来比常规单管ＳＲＰＰ输入级更加优良的性能呢！Ｃ２、Ｃ３是旁路电容。旁路电容使交流信号电流不流经Ｖ１的阴极电阻Ｒ１，于是没有交流信号电流的负反馈，这使输入级瞬态得到提升、频率响应更加平坦。耳放的功率输出级是典型的阴极跟随器（ｃａｔｈｏｄｅ
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图１４变压器输出胆耳放图１３变压器输出胆耳放电路图专题
ｆｏｌｌｏｗｅｒ），或称阴极输出器。阴极输出器过去曾经有过一段为声频爱好者狂热追求的历史，在那个时期各种杂志一片赞赏美誉之辞，声称如果把这种电路应用于声频放大器输出级，那么放大器就不会有非线性失真，频率特性会变得异常平坦，扬声器的阻尼问题也可得到很好的解决等等。一时间阴极输出器似乎成了高保真设备的规范模式了。日月荏苒，白驹过隙，随着时光的流逝这种电路却不知不觉地被人们淡忘了，在主流的胆机功放中已经很难找到它的身影。那么阴极输出功率放大器是不是已经失去了昔日的风采了呢？当然不是。我们知道，阴极输出器的基本特征是：１）高的动态输入阻抗；２）低的输出阻抗；３）通带电压放大系数小于１。阴极输出器具有这些性能是因为它是一个电压负反馈放大器，所有电压负反馈放大器的优点，如噪声的抑低、频率响应性能的改善，非线性失真的抑低等等，它都具备。阴极输出功率放大器的致命弱点是它的功率灵敏度太低，要求的输入电压幅度太大，对于前级来说，向后级供给很大的输入电压就可引起很大的非线性失真。从总体上来讲会得不偿失，另一方面它的输出功率太小，效率很低；高阻抗的优质扬声器的匮乏也是影响阴极输出功率放大器发展的瓶颈。但是在耳机放声系统中由于所需的驱动功率很小，优质耳机的阻抗一般都在３２Ω以上，这些条件使阴极输出功率放大器的优点可以发挥到极致，而它的不足却可以得到有效的抑制。因此在耳机放声系统中它却得到了广泛的应用。它的不足之处是由于其输出端有直流电压，所以必须加接输出电容。这会对频响和音质带来负面影响。变压器输出的耳放，中频段音质格外甜美、诱人，但高、低频的延伸不如ＯＴＬ或ＯＣＬ形式，其素质与输出变压器的好坏有很大的关系。如果次级绕组有多个抽头，则能和不同阻抗的耳机取得良好的匹配，
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图１６ＥｍｍｅｌｉｎｅＨＲ－２耳放外观及内部结构图１５音乐传真胆石耳放的外观和局部电路板
图１８Ｓ０ＮＹＭＤＲ－ＤＳ８０００的局部结构图１９ＳＯＮＹＭＤＲ－ＤＳ５０００系统外观图１７电子管晶体管混合型耳放相同的驱动功率。这个优点常使人对它情有独钟。图１３是一款变压器输出胆耳放的电路图。图中输入信号经Ｖ１（１２ＡＸ７）管放大后，通过耦合电容Ｃ１、Ｃ２分别加在Ｖ２、Ｖ３（ＥＬ８４）栅极进行功率放大，然后通过输出变压器驱动耳机发声。输出变压器的次级有低阻抗和高阻抗输出两挡，分别适应于３２￣３００Ω和３００￣６００Ω的耳机。小型功率管ＥＬ８４本是五极管，为了减少失真被接成三极管使用，Ｒ５、Ｃ４是整机负反馈电阻和电容，输入级和末级还加有各自的电流负反馈。这个电路设计的最大特点是各管的屏极电压取值均比额定值低很多，这样既利于整机的稳定工作，也可增加电子管的使用寿命。看了这个电路，许多朋友一定会发现，这与过去的五六灯的电子管收音机中的声频放大部分并无什么本质上的差别，只不过是增加了一个通道，输出变压器也制作得比较考究，成为立体声放大器罢了。图１４是它的实物图。４．混合型耳放集成电路、晶体管、电子管各自有各自的长处，设计者为了“博采众长，优势互补”，将这些放大器件组合在一个电路里，这就形成了许多“混血族”。“混血族”其实是一个非常庞大的群体，几乎随处可见。混合型耳放也有许多品种，比如音乐传真的电子管和晶体管混合的Ｘ－ＣＡＮ耳放、ＳＡＴＸ的电子管和晶体管混合的ＳＲＭ－００６ｔ、ＳＲＭ－００７ｔ静电耳放以及Ｅｍ－ｍｅｌｉｎｅ的集成运放和晶体管混合的ＨＲ－２分体耳放等（参见图１５、图１６）。图１７是一个胆石混合型耳放的电路图。这个耳放的输入级采用ＳＲＰＰ接法的电子管放大，其优点是频率响应宽、输出阻抗低、瞬态反应好。经过放大的信号通过二个４．７μＦ的电容耦合到２ＳＫ２１４和２ＳＪ７７对管进行功率
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图２０铁三角ＡＴ－ＤＨＡ３０００数字化耳放放大。调整Ｒ１可使末级管获得合适的偏压，调整Ｒ２可使中性点电压为零。由于末级场效应管的内阻比电子管的内阻小，所以可以获得较大的阻尼系数。整个电路没有大环路的负反馈，转换速率也较高。图中ＴＭ１是时间延时继电器的触点，整机接电３０秒后才接通，可避免开机浪涌电压对耳机的冲击。５．数字化耳放数字化耳放，是由于它具有数字信号处理电路而得名的，它有数字信号输入的同轴和光纤端子，具有解码、Ｄ／Ａ转换以及对信号的调节、控制等功能。数字化耳放对ＣＤ、ＳＡＣＤ、ＤＶＤ－ＡＵＤＩＯ、杜比、ＤＴＳ的解码功能一般不是全部具备，而是根据侧重选择设置。一种被称为杜比耳机的听音系统，它的核心就是具有杜比、ＤＴＳ解码器的数字化耳机放大器。这种耳放的工作原理在于营造一种听觉幻象，使你觉得仿佛是在聆听一个多路音箱系统的家庭影院。虽然它使用的还是传统的立体声耳机，但却具有三个优点：１）它能有效地克服传统耳机听音系统的“头中”效应，虚拟出现场复杂的反射声，使你感觉到声像环绕在你的周围，如身临其境；２）它能营造出各种环境和厅堂的声场效果，多了一些选择，能满足你的听音嗜好；３）当观看视频画面时，由于声延时很小，完全能达到图像和声音的同步。图１８是ＳＯＮＹＭＤＲ－ＤＳ８０００数字化耳放的局部结构图，它具有杜比和ＤＴＳ的解码功能。从图中我们可以看到，它比通常的耳放要复杂得多，技术含量也很高。但是对于聆听Ｈｉ－Ｆｉ音乐的发烧友和音乐爱好者来说它却难觅知音。图１９是ＳＯＮＹＭＤＲ－Ｄ５５０００无线数字环绕耳机系统的外观。铁三角公司２００３年推出的ＡＤ－ＤＨＡ３０００数字化耳放是与新款动圈耳机ＡＴＨ－Ｌ３０００配套的放大器，内置２４ｂｉｔＤＡＣ，采用８倍超取样技术，具有高、低音调节功能。它有一组数码同轴输入、输出端子，两组光纤输入
、
输出端子，由于是配高灵敏度的ＡＴＨ－Ｌ３０００使用，功率输出不大。它的设计主要还是听取立体声音乐，适用的音乐软件有ＣＤ、ＳＡＣＤ等，不具备杜比、ＤＴＳ解码功能，见图２０。６．静电型耳放静电耳机和动圈耳机完全不一样，它是由导电振膜在变化的电场力作用下而发声的，它的阻抗很高（１５０ｋ!～３５０ｋ!）并且呈电容性。所以静电耳放与通常的耳放电路不尽相同，主要的区别是：１）输出的信号电压要求很高，一般在２００Ｖ～４５０Ｖ；２）需要一组提供给耳机偏压（３５０Ｖ～６００Ｖ）的电专题
图２１静电耳放电路图１５２００６年第６期实用影音技术
图２３奥菲斯静电耳放图２２静电式耳放实物图源；３）大部分静电耳机均为推挽式，耳放必须采用推挽输出电路与之对应。下面我们结合一个实例作具体分析。请看图２１的静电耳放电路图。图２１（ａ）是个使用普通晶体管功放或者电子管功放，驱动静电耳机的附加装置。功放输出的信号经输出变压器Ｔ１、Ｔ２升压后，分别加在左声道和右声道耳机的上下电极板上，由于阻抗５ｋΩ∶８Ω的输出变压器的变压比是２５∶１，所以信号电压被升高２５倍，足以推动静电耳机。隔离变压器Ｔ３次级的２２０Ｖ交流电压，经倍压整流后形成６００Ｖ左右的直流偏置电压加在耳机的导电振膜上，偏置电压的负极通过２个１ＭΩ的电阻与驱动电压构成联系。这个装置非常简单，但由于受到输出变压器频宽的限制，效果不是太好。通过这个线路，可使静电式耳放的工作机理变得容易理解。在图２１（ｂ）中输入的信号经Ｖ１组成的共阴极电压放大器放大后，输入到由Ｖ２组成的屏、阴分割倒相电路，所产生的１８０°相位差的同一信号，通过Ｃ４、Ｃ７加在驱动级的Ｖ３、Ｖ４上，调整电位器ＲＰ可使其幅值相等。经Ｖ３、Ｖ５进一步放大的信号再去推动功放管Ｖ４、Ｖ６工作，功率信号经Ｃ６、Ｃ９驳接耳机。由于静电耳机的阻抗很高，Ｃ６、Ｃ９的容量在２μＦ左右就可满足需要，耳机所需的偏压由另设的电源供给。图２２是ＳＴＡＸ公司的ＳＲＭ－００６ｔ胆石混血静电耳放，用来驱动配套的ＳＲ－４０４高级静电耳机。整个系统的型号则为ＳＲＳ４０４０。在提到静电耳放的时候，我们不得不提一下大名鼎鼎的森海塞尔的奥菲斯，这台全球限量３００台、每台价值１０万元人民币的尤物，是高烧友们的追求。图２３就是它尊贵的芳容和内部结构。这台静电耳放主电路使用６只西门子的电子管，２只ＥＣＣ８３、４只ＥＣＬ８６，自带ＤＡＣ解码器。ＥＣＬ８６为双三极、五极管，最早开发主要用于收音机、电视等产品，同类型的用于早期１１０°电视显像管作帧振荡、脉冲放大和帧扫描输出的国产管６Ｆ３每只不过５～８元。可是自从森海塞尔用于奥菲斯耳放后，原装英国的“大盾”ＥＣＬ８６国内被炒到一千二百元，还难觅其踪。它的解码器效果也属中下水平。可见技术加上商业策划的旁门左道真是有“点石成金”之妙了。当然这套价格１８万元以上的静电耳机听音系统的高品质也是毋庸置疑的。７．动圈、静电合并式耳放由于动圈耳机与静电耳机的机理完全不同，所以驱动它们的耳放也有较大差异，迄今为止还没有这种动圈、静电合并式耳放形式的品种出现。但仔细分析这两种耳放的具体结构后，却又发现了它们的共同点，能不能制作一台既能驱动动圈耳机、经过简单切换又能驱动静电耳机的放大器呢？答案显然是肯定的。图２４就是笔者设计的一台动圈、静电合并式电子管耳放电路图。本耳放的倒相驱动采用“柴尔”电路，由柴尔先生发明的这个电路有别于常用的“屏阴分割倒相”、“分压式倒相”、“自平衡式倒相”及“共阴极式倒相”等几种倒相电路。当时晶体管已经出现并开始应用。因而，这个优秀电路还未在世界上普及运用，便随着晶体管的兴起而被冷落一旁。然而，从“柴尔”电路的结构到实际运用都表明，它确实是一个高性能的设计，用在前级与倒相放大部分比起大家所熟知的几种倒相电路有着更好的全频带平衡和更加优良的测试结果。“柴尔倒
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相电路”在实际运用中使用了两只双三极胆管，比起其他倒相电路，显得复杂一些，输入信号由Ｖ１ａ电子管的栅极进入，此时可把Ｖ１ａ视为一个阴极输出器。它有很高的输入阻抗与很低的输出阻抗，便于和下级连接。其实“柴尔”倒相放大电路的频率响应可以从直流部分开始，有极好的低频响应，由于级间的交连不用耦合电容，电路呈直流放大状态，因此用Ｖ１ｂ作为直流工作点的平衡使用，通过调节电位器可方便地平衡信号。由Ｖ２ａ、Ｖ３ａ组成的交叉平衡倒相级，分割出的信号由Ｖ２ａ、Ｖ３ａ的屏极输出，这种直耦交连平衡倒相电路的频响，１Ｈｚ～２００ｋＨｚ都有平直的倒相输出，这是其他倒相电路达不到的。为了改善音质而采用的大环路负反馈信号，当在静电耳放状态时可由功率放大的输出级以对称平衡的方式直接加到本级，比传统的反馈方式有着更加优异的反馈平衡作用。而这种上下完全对称的大环路反馈技术，比起传统的单端反馈技术，能更有效地减少失真，使放音质量得到进一步的提高。当处于动圈耳放状态时则采用单端负反馈方式。经倒相放大后的信号，通过两个０．１μＦ的电容耦合到ＥＣＬ８６（６Ｆ３）的功率管的栅极进行放大后，通过五刀两掷转换开关Ｓ或继电器切换为静电或动圈耳放状态。关于这台耳放的具体的制作，择日撰稿公布，这里就不再展开详细讨论了。结语由于篇幅所限，这里只是挂一漏万地对耳放进行一个综合的表述，简要说明一下原理。当今世界耳放的品种及电路虽不如普通功放那样琳琅满目，但在一篇文章里也难述其详，只能进行一个粗线条的扫描，给出一个大概的轮廓。其实对于大多数有电路知识的人来说，在这个时候一定会有所感慨：“原来耳放的电路，对我来说也并不陌生！”，竟然是“似不相识曾相识”呀！事物原本如此，只要你掌握了它的基本原理和规律后，不论它如何“改头换面、巧饰打扮”，也只是“万变不离其宗”而已。ＰＡＶ图２４ＤＣ－３动圈静电耳放电路图１７