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[原创]自己动手,4合一耳放实战DIY

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发表于 2006-3-24 23:56 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 新疆克拉玛依市
这个文章针对喜欢DIY的初学者,介绍一些耳放的基础知识,另外,介绍4种常见的运放耳放电路,及其制作调试方法、元件选择要点等等,希望对初学者了解耳机、耳放,提高动手能力有所帮助。
作者:cxz-cj,clark_h

一、耳放的作用。
   耳放,是耳机放大器的简称,网上也俗称是耳机的二房。目前很多高档耳机,都配有耳放,有些人也为中低档耳机、耳塞添加了耳放。那么,耳放到底有什么作用,加不加耳放,能有多大区别呢?
1,耳放作用之一,放大信号。
目前的很多音源,特别是以电池为电源的,为了降低成本、增加播放时间,输出功率都比较小,比如一般CD为10mW左右,有的CD,MD,MP3只有3-5mW,这与50-1000mW额定功率的耳机、耳塞不相适应。虽然正常听音乐时,输出到耳机的功率只要几mW就足够了,低灵敏度的大耳机需要10mW以上,但这里的功率,是平均功率,对于大动态的音乐,峰值功率可能是平均功率的10-30倍,某些交响乐的峰值功率,可达平均功率的50倍以上,因此,1mW的平均输出功率,有时也需要30-50mW的最大输出能力,否则会出现波形削顶失真。这个输出能力,对于很多小功率音源,甚至半数以上声卡,都是达不到的。因此,如果耳机灵敏度不是很高,音源输出功率不是很大,加耳放,对于音质是会有明显提升的。

2,耳放作用之二,匹配阻抗。
如今的绝大部分声卡,都没有了耳机输出插孔,只有LINE OUT插孔。但大部分人,仍直接将耳机插入LINE OUT插孔听音乐,其实这是不妥的。LINE OUT输出阻抗很高,一般在数百至几千欧,接入功放或者耳放,阻抗可以完全匹配,接入几十欧的耳机,影响音质在所难免,而且,很多声卡输出电容只有100uF左右,甚至47uF,接入低阻耳机,会对低音信号造成严重衰减。例如:47uF输出电容的声卡,接32欧耳机,低频截止频率在110Hz,也就是说,110Hz以下的低音,将被严重衰减,此时加耳放,对于音质的提升效果将会很明显。

3,耳放作用之三,调音作用。
很多人说,耳放就是为了保真,调音就是音染,与HIFI的目标背道而驰,调音没有必要。我认为,适当的调音是允许的,甚至是有必要的,有以下几点原因:
a,调音为了更加保真
保真,是整个听音系统的事,除了耳放,还包括录音、音乐制作、音源器材、耳机(或音箱)、人耳,还有相关线材,而不仅仅是耳放1个环节的事,如果其他环节有了不可避免的失真,是有可能通过耳放调音来补偿的,虽然耳放不保真了,但整个听音系统会更加保真。
例如:
DT231耳机素质虽然较高,但其频响不是很平坦,中频2.5-4.5k凹陷造成人声听感靠后,100Hz以下衰减过快,造成低音偏紧,这需要中频、低频的适当补偿;
有些人的耳朵对高频很敏感,或者某些年纪偏大的人,对高频不敏感,这都需要最高频进行适当的衰减或提升,整个听音系统才更加保真。
b,适当的音染。
大家都知道,胆耳放(电子管耳机放大器)的声音比较好听、耐听、有音乐味,但胆耳放失真,比石耳放(晶体管或集成电路耳机放大器)要高1-2个数量级,也就是高几十、几百倍,胆耳放的频响也不保真,两头低中间高。但是,电子管的耦次谐波失真,略微突出的中频,人耳并不反感,甚至有些讨好人耳。
所以,很多人都是需要走出HIFI的误区。

二、高低阻耳放区别
耳机不是1个纯电阻,其电抗可等效位电阻、电感、电容的混合体,不同频率,耳机的阻抗也是不同的,因此,需要耳放有很好的控制力(主要体现为阻尼系数)。
高阻耳机和低阻耳机,对耳放的要求是不同的,低阻耳机,对耳放输出电流要求比较高,对电压要求较少;而高阻耳机正好相反,要求较高的电压输出能力。因此,设计DIY高、低阻耳机的耳放,应当区别对待。
关于耳机对耳放驱动能力的需求,详见常见耳机驱动性能表:
http://www.erji.net/read.php?tid=209378&keyword=
 楼主| 发表于 2006-3-24 23:58 | 显示全部楼层 来自 新疆克拉玛依市
三、    超级4合一耳放电路介绍
目前的国产、进口耳机放大器,相当一部分是由运放(OP)组成,比如3千元的美国耳放RA1,由1片JRC4556为核心,国内外非常流行的47耳放,已成为入门DIY者的首选电路,还有很多OP+BUF(缓冲扩流)的耳放效果也很不错,易于制作。如此多种的电路,运放芯片,听感也各不相同,有没有办法用很少的投入,能做出多种耳放呢?
下面就介绍1种,集4种电路于一身的4合一耳放,非常适合初学者制作、打磨。更换不同的运放,声音性格也有所不同。

电路1,仿RA1电路:
如图1,美国歌德RA1耳放就是采用的JRC4556运放,玩法1电路与RA1电路接近,参数有所调整,更利于DIY,适合通用耳机。
耳机由IC1直接作前级放大和耳机放大。适用于输出电流比较大的运放IC。如JRC4556、AD8397。但一般这些IC都需要较高的工作电压(至少≥±6V),音质才能上去。
耳放增益G=1+R3/R2=4 (倍),因此该耳放最大电压放大倍数为4倍,功率放大倍数近似为16倍。
耳放低频截至频率Fo=1/(2*PI*C1*R1)=6.6Hz,PI=3.14,C1要将单位uF换算成F(是uF的1百万倍),R的单位为欧姆。耳放低频截至频率一般选1-10Hz为宜,如果不喜欢低音,可以将Fo提高到20-100Hz。
R1的取值,最好约等于R2R3的并联值,否则输出可能会有微量直流成分。
C&C-PRO 玩法1.gif
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 楼主| 发表于 2006-3-24 23:59 | 显示全部楼层 来自 新疆克拉玛依市
电路2,47耳放电路:
如图2,与上面RA1电路不同的是,电路采用了两个运放并联输出的形式。其原理是:IC1作前级电压放大,兼做电流放大,IC2作后级电流放大,电压增益为0。IC1提供一部分电流到后级的电流放大,也就是耳机约得到了2倍运放IC的输出电流。从而能使耳放的动态更好。
标准47耳放电路的R4、R5为47欧,所以取名为47耳放,当运放内阻较小时,R4、R5可以减小,这里为了适应大电流低内阻运放,R4、R5选为5.1欧。IC1和IC2也可以选用不同的运放,例如:IC1选噪声小、输出电流小的,IC2选输出电流大的,R4取值为R5的2-10倍即可,IC1,IC2输出能力差别越大,R4、R5的差别就要越大,这样就能充分发挥两个OP的各自优点。
这个电路可用的IC较多。如高端的AD8620、OPA2132、AD827AQ,低端的也可使用NE5532等。
C&C-PRO 玩法2.gif
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 楼主| 发表于 2006-3-25 00:00 | 显示全部楼层 来自 新疆克拉玛依市
电路3,前级+BUF耳放电路:

如图3,耳放由前后级两个IC组成,IC1作前级放大,IC2作后级放大,后级IC2和上面一样,接成电压跟随扩流形式,也就是缓冲扩流(BUF),选取大电流OP更合适。
此电路的声音特点,主要由IC1决定,选高品质的前级,非常关键,前级OP对输出电流几乎没有要求,1mA以下输出级别的优质OP也可以用,图上推荐的是AD8620,可以选择822做前级。
C&C-PRO 玩法3.gif
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 楼主| 发表于 2006-3-25 00:01 | 显示全部楼层 来自 新疆克拉玛依市
电路4,前级+BUF,抑制交越失真的耳放电路:

这是第4种接法。很多OP作为前级,不同程度的存在交越失真,这个电路使用了R4,将输出与电源负极相联,强制运放工作在甲类状态,从而抑制了交越失真。
对于某些OP,这个电阻对音质的提升,是明显可闻的,所以不可小看这一个电阻。
C&C-PRO 玩法4.gif
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 楼主| 发表于 2006-3-25 00:01 | 显示全部楼层 来自 新疆克拉玛依市
电路5,电池充供电电路:

充电电路特点:
充电电路具备自动功能,电池充满后自动转为涓流充电。在充电过程中,有充电指示(LED1)发光,当充满后,指示灯(LED1)会熄灭。自动进入涓流充电,当电池完全饱和后,涓流充电也将自动停止。而且本充电电路为快速充电电路。充500MAH的电池估计时间为2-3小时。
C&C-PRO电源.gif
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 楼主| 发表于 2006-3-25 00:05 | 显示全部楼层 来自 新疆克拉玛依市
四、超级4合一耳放套件的元件布局图、PCB图(参考)
PCB正面安装图.gif
PCB正面.gif
PCB背面.gif
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 楼主| 发表于 2006-3-25 00:08 | 显示全部楼层 来自 新疆克拉玛依市
五、性能指标与简单评测
性能指标测试图,见上面:
简单评测:
C&C pro第4种接法的听感和主要指标均较高,THD%指标和交调曲线图可看出,失真、交调产生的杂波信号,均在-90dB以下,这显然是不可闻的。32欧负载、大信号输出下的指标,也非常不错,某些耳放只给出空载指标,带负载大信号下,一些问题就出来了。822前级声音更好,特别是高频和音场。
8532输出电流最大可达250mA,输出压摆可以接近电源幅度,这一点,与BUF634有很大不同,虽然BUF634输出电流最大也是250mA,但其压摆要比电源低较多,因此,+-2.5V电源下,第四种接法的输出功率,可以比+-3.6V的buf634还要大。OP+BUF634的耳放,都不推荐用低压电源,正是因为输出牙摆低的缘故。
   充电电源设计比较有特色,外接电源适用范围很宽,只要是9V以上(非稳压6V以上)的电源都能用来充电,当然最好不超过20V。可以边听边充电,有过压保护设计,充多久都不用担心过充。
   (822B+8532)静态电流约为:3.2mA,7号800mAh的4节电池,在电池充满后,续航可以达200小时以上。若使用5号2200mAh电池,续航可以超过600小时,避免频繁充电,对外出使用非常有益。
   耳放的听感:音质、各段均衡性都不错,对于超长时间的电池耳放来说,达到这种音质水平,实数不易。
指标1.GIF
指标2.GIF
指标3.GIF
指标4.GIF
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 楼主| 发表于 2006-3-25 00:11 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市
六、安装调试注意事项:
因为此耳放主要针对中低阻设计,所以充电部分是针对4节1.2V的Ni-MH电设计,如果用家要使用高一点电压的运放,请自行调整充电电路,或者不安装此部分元件。
耳放的安装方法有多种:因为音频部分和电源部分是独立的,所以下面介绍的多种电路,都不一定合适用PCB上设计的充电电路。要用那种安装方法,玩家自行取舍。

说明:
PCB上J1为两孔,R4也为两孔,但它们共用中间孔,为方便说明,现定义:J1的1脚为A1,2脚(和R4共用脚)为A2,R4的另一个脚为A3。
同理,J2和R9的三个脚也为:B1、B2、B3。

第一种:见原理图1
安装注意:(上面已提到电源部分要因IC工作电压而定,所以电源部分不作说明)
IC1:例如用JRC4556
IC2:不用安装。
R5、R10:不用安装
R4、R9:用导线代替。安装孔为(A1、A3)和(B1、B3)

第二种:见原理图2。命名为CP2。
安装注意:
IC1:例如用NE5532。
IC2:NE5532。
R4,R9:分别是5.1Ω电阻。安装孔为(A1、A3)和(B1、B3)

第三种:见原理图3。命名为CP3。
安装注意:
IC1:例如用AD8620
IC2:例如用JRC4556
R4,R9:不接。

第四种:命名为C&C 这种就是这块PCB的最完美接法。
安装注意:
IC1:用AD822Br
IC2:8532
R4、R9用10KΩ电阻安装孔为(A2、A3)和(B2、B3)

七、超级4合一耳放元件清单:
电源部分:
V1:6.5电源插座
V2:3孔插座
D1、D2、D3:二极管 IN4001
LED1、LED2:低电流发光管
IC3:LM317M
C3:47-100μF/25V
Q1:2SC8050(替换1815)
R11:10KΩ
R12:470Ω
R13:100Ω
R14:3Ω(1/2W)
R15:1kΩ
R16:2.2kΩ
R17:3.3KΩ
PK:2*3自锁开关

音频部分:(想音质好,请全部使用音响发烧元件。)
W1:10-20KΩ小型电位器
T1、T2:3.5双声道插座
IC1、IC2:镀金IC座。
C1、C2:1μF电容
C4、C5:470μF以上电容
C6、C7:0.1μF电容
R1、R6:24KΩ
R2、R7:33KΩ
R3、R8:100KΩ
R4、R9:(上面有介绍)
R5、R10:5.1Ω
J1、J2:(上面有介绍)

以上电阻未注明均为1/4W。
充电电源要求:
交直流电源宜采用9-15V,推荐12V,大于9V,小于20V的电源都可以用。如果用直流电时,电源的插头必须是外负内正。
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发表于 2006-3-25 00:12 | 显示全部楼层 来自 广西桂林市
强呀,明天慢慢看
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发表于 2006-3-25 00:13 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市
说明书啊~~这次有没有pcb送?
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发表于 2006-3-25 00:14 | 显示全部楼层 来自 LAN
已经进入投产阶段了?
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发表于 2006-3-25 00:19 | 显示全部楼层 来自 广西南宁市
即将量产了,定一个玩玩。
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发表于 2006-3-25 00:20 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市
下面是引用gfgfmoses于2006-03-25 00:14发表的:
已经进入投产阶段了?
这个耳放不是那个for231的啦。
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发表于 2006-3-25 00:23 | 显示全部楼层 来自 LAN
哦………… i c i c^_^
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发表于 2006-3-25 00:24 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市番禺区
量产时~~~得记得PM我吖
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发表于 2006-3-25 00:27 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市
pcb上的两个电话是否是二位c老师的电话?^o^
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发表于 2006-3-25 00:29 | 显示全部楼层 来自 广西南宁市
看PCB电路这个不是C&C box DT231版本呢,这个是玩家测试套件的版本。
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发表于 2006-3-25 01:25 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市
不错不错,恭喜恭喜。 [s:10]
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发表于 2006-3-25 01:29 | 显示全部楼层 来自 北京市
不错
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