[原创] 从47电路谈起——个人做47电路的总结

wupingee

首先介绍一下，小弟我是学模拟电路设计的，最近才发烧到耳机领域来，所以当我看到47电路的时候，就想自己做一个，体会一下。前段时间，总于吧自己的47二房做好了，总结自己做的经历，感慨万千，再加上正好DIY版块有同学想讨论47电路，所以我就把我知道的东东写下来，和各位同学讨论。

再次申明，一来我比较菜，写的东西很有可能有错，大家帮忙指出；二来我主要做电路设计的，所以理论方面分析的比较做，说到动手，嘿嘿，我自己做的耳房，性能还不好呢。

wupingee

这张是47的电路图，说句实话，这个电路间接明了，做得非常好。首先我们分析一下这个电路。

从结构上说，电路由两块运放组成，其中IC1a起到放大的作用，IC1b形成跟随器，进行电流扩充，增大驱动能力。

从信号的走向上来说，信号首先经过一个音量控制电位器，信号的一部分通过一个由0.47uf和100K电阻构成的高通，到达IC1a的+端。IC1a的—端接了两个电阻，分别是4.7K和10K的电阻，这2个电阻构成了反馈网络，提供了约3.1倍（1+10/4.7）的电压放大倍数。IC1a的输出分2路走，一路通过47欧姆的电阻，达到耳机的输出；另外一路，连接到IC1b的+端，由IC1b构成的跟随器，在通过另外一个47欧姆达到输出。

下面针对每一个元件，结合我做这个二房的体会，小弟我胡乱乱说2句。

1、 音量控制电位器，也就是我们常说的音量开关。对于这个音量控制电位器是否需要，我曾经犹豫了一会。因为我个人认为“Simple is the best”，如果加入这个电位器，这个电位器将会引入不必要的噪声和非线性问题，而且我用的音源是随身听，已经有了音量控制电位器，所以在我做的耳房中，没有加入这个电位器（其实一个主要原因也是我手上没有比较好的音量控制电位器）。


但是等我的二放做出来，发现这个音量控制电位器还是非常有用的。这不是为了控制音量，还是为了减少前级音源的本底噪声问题。在我使用自己做的耳房的时候，就发现前级的音源（松下Ct570）有一个本底噪声，在CD直接推耳机的时候，CD本身送出的信号比较大（虽然有失真），本底噪声察觉不出来，但是用了耳房以后，CD本身送出的信号比较小（这时候信号线性度很好），本底噪声就察觉出来了。考虑到本底噪声是一个相对固定不变的值，如果安装了音量控制电位器，就可以让CD输出相对较多的信号，让本底噪声的相对比例下降。

*****后来我找到了一个音量控制电位器，装上去以后，的确降低了CD的本底噪声，但是需要注意的是要适当提高电压放大倍数，我将10K的电阻又换成了15K的*****

但是必须注意的是，这个音量控制电位器在信号的输入通路上，它的好坏直接关系到二放的好坏，所以如果有条件的话，还是选取好一点的电位器。

2、 0.47uf和100K电阻构成的耦合网络

首先一点，这个网络在信号的输入通路上，所以不能马虎。

这其中，我觉得这个0.47uf的耦合电容非常有讲究。前2天在DIY论坛上有同学说用大容量的电解电容是否可以，我觉得这里就牵涉到一个电容特性的问题了。电解电容的特点在于它的容量大，但是非常不幸的是电解电容的容值对频率而言不是一个定值，在频率升高以后，电解电容的容值变得随频率变化，这就不满足我们的需要了，要不然，做出来的二房对低频放大倍数和对高频放大倍数不一样，那就失真了（这个是不是传说中的低频肥大？）。所以这个电容采用CBB等比较好的电容，要求在一定频率中，针对各个频率的响应都比较平坦（也就是图像是一条直线）。在这个0.47uf的电容上，我选择了红威马的0.33uf的电容（因为手上只有0.33uf的这个电容）。

至于100K的电阻，理论上也应该用好电阻，但是由于我手上没有什么好电阻，只好用了很一般的电阻，需要注意的是左右2声道需要配对。

3、 4.7K 和 10K 电阻构成的反馈网络

需要注意的是这2个电阻的比值构成了整个电路的放大倍数（暂时忽略47欧姆输出电阻的影响），这个电压放大倍数大约在3.1左右。一开始的时候，我觉得这个放大倍数太低了，所以把10K的电阻改成了15K，电压放大倍数提高到4.1，但是后来发现电压放大倍数太高了，不合理，又老老实实的改成了10K，这才比较均衡，所以建议各位同学做的时候，还是选用10K电阻比较好。


***********后来加上了音量控制电位器，又用了15K的电阻，通过音量控制电位器调节输出信号的强弱********

至于这2个电阻，当然了，有条件的选择好电阻，如果没有条件的，我个人认为只要选取相同材料的电阻就可以了，因为这2个电阻本身就是取一个比例关系，只要比例不变，问题就不大。

4、 输出的47欧姆电阻

说句实话，我第一眼看到这个47欧姆电阻的时候，没有理解这个电阻是干什么用的，但是分析了一下以后，觉得这2个电阻放得非常好，的确是高，实在是高。

这个电阻的作用我个人认为主要是由于电路的其他元件（如电阻、电容）以及运放本身的不匹配引起的。打个比方说，如果没有这2个电阻，在某钟情况下，运放IC1a要输出4.000V，在这时候，运放IC1b要输出4.1000V，这时候如果把2个运放的输出直接相连，那2个运放输出就要“打架”了，一个要4.000V，一个要4.100V，到底输出几伏？在这种情况下，就很容易损伤到运放的输出级，也很容易在输出端造成很大的电流（输出4.100的运放向输出4.000的运放灌电流）。但是，如果加上了这个47欧姆的电阻，那问题就解决了，就算2个运放输出有不匹配，没有关系，相差的部分在电阻上消耗了，就没有问题了。

至于47欧姆这个电阻的阻值，我个人认为，针对不同的耳机，需要修改。比如说针对低阻耳机，这个阻值就需要适当的降低，要不然放大的电压全部消耗在这个电阻上了，耳机得不到有用信号了。我的个人建议是这个阻值取耳机阻抗的10~20%，因为我用K66（低档了一点，大家不要笑话），这个阻值我取8.2欧姆。

5、 运放
哈哈，到运放了，这个可是小弟我的特长了，我就是专门作这个东东的，哈阿

好了，说正经。在47电路中，个人觉得，可以用得运放很多，从1、2块钱的NE5532到大几十块的AD827都可以，不过如果您用AD827的话，那也稍微太有钱了吧？其实如果是自己DIY的话，一般来说焊接的水平都不高，所以用AD827比较浪费了，我用的就是NE5532（哎，其实是没有钱，只能买得起这个）。

也许有同学想知道为什么不同的运放价格差这么多，在性能上有什么区别，哈哈，小弟我就卖弄一下了。

运放有很多参数，个人觉得，对于做二房来说，比较重要的是带宽增益积，也就是说在信号增益为1时候的频率。比如说NE5532的带宽增益积是10MHZ，看起来很高，其实芯片的-3dB点在1K左右，也就是说在1K信号，衰减了30%了。再看看AD827的参数，AD827的带宽增益积是50MHZ，芯片的-3dB点在10K左右，档次比NE5532提高了不少。不过这个价格也贵了不少。需要注意是这时开环的情况，闭环的时候-3db点就扩展很多了，不在是1K和10K了，这就与反馈的网络有关了。


*******针对sword_yang同学建议，将 作了相应的修改 *****

wupingee

6、 题外话，自激问题


在做二房的时候，很容出现自激现象，自己现象，简单的来说如同上面，出于某钟分布点容，分布电感等等了，运放的输出端的输出信号中某一频率经过了180度转向，到达了运放的负端，然后通过运放在放大（不巧的是对于这个频率放大倍数大于一），再到输出端，再回到运放的负端，那就震荡了，系统就完蛋了。

好在系统的震荡频率都比较高，都是MHZ数量级的，所以解决的办法也很简单，在运放的负端和地之间加上一个小电容，注意要用陶瓷电容（对高频响应比较好）。


这我做这个47二房过程中，得到了很多同学的帮助，觉得也应该把自己的心得写下来，和大家一起讨论，同时也给后来的同学可以借鉴参考的东西，哈哈。

不过再次申明，我还是比较菜的，自己的理解肯定在很多地方有问题，各位同学一起讨论。



7、失调问题的讨论

自己做好了47电路，但是发现存在一个问题，就是输出信号中含有不小的直流分量，一开始的时候有80mV左右，后来改善了走线（我的板子是手工焊接的，走线很不好），降低到了4、50mV左右，再也降不下去了，很是解释不通，测量运放2输入端，电压相差0.2mV左右，但是出来就有了4、50mV，一直没有理解是怎么回事。

后来，一个偶然的原因（我找到了一个音量控制电位器），焊接上去以后，发现失调电压变小了，只有了20mV左右，于是很鼓舞，仔细分析了一下电路，觉得自己没有改动多少，唯一变化的是改变了运放输入端的等效电阻，于是联想到是否是由于运放2输入端等效电阻不同造成的失调？于是很小心的调整音量控制电位器，看看随着电阻的变化是否失调电压也发生变化？结果很让人振奋，随着音量控制电位器的调整（也就是滑动电阻器）的变化，失调电压随之变化，在2反馈电阻分别是4.7K 15k的时候，音量控制电位器调整到约10K电阻的时候，输出失调电压基本上将为零（由于自己工艺水平不行，左右声道还不是完全匹配，大约差1-2mV左右）。这下完全明白了，由于由于运放2输入端等效电阻不同造成的失调。

找到问题，还需要解决问题。现在的问题在于，如果为了降低输出失调，将音量控制电位器调整到合适的位置，那么二房的放大倍数不够，用示波器观察，放大倍数只有在1． 1倍左右，远远不够，等于没有放大，于是想到更改那2个反馈电阻。为了避免过大的变化反馈端的输入电阻，4.7K的电阻我没有动，而是将15K的电阻一下子变成了82K，将放大倍数提高到了约18倍，呵呵，厉害了一点点。然后再调整音量控制电位器，同时测量输出的失调，基本上再上次位置附近，找到了一个比较平衡的一段，这时候输出失调比较小，左右耳机都控制在正负3mV之间，同时，电压放大倍数2~4倍之间。个人感觉是个比较好的平衡点，现在就在听呢，感觉不错，哈哈。

当然，这不是最好，也不是唯一的解决方案，只是我在做这个电路中遇到的问题，所以写出来，供大家参考，上面的数据，我还没有具体分析。还有一点，还不知道我用的5532是否是真货？上面表明是TI的，不知道是不是假冒的。

总结一下，运放2输入电阻的不匹配，给输出带来失调，各位同学做电路的时候不妨留心一下，针对失调做一定的调整。

8、运放电压的讨论

有同学讨论到运放的电压和放大倍数的问题，我结合我知道和大家讨论一下

就运放的输入输出信号如上图（手画的，比较简陋，大家就将就一下吧，哈哈）。从这个图上，可以看出，只有在2个输入信号比较接近的时候，放大信号最好，最线性，如果型号大了，就开始失真了，特别是信号大的时候，失真非常严重。个人感觉这就是我们需要二房的原因。如果要推高阻耳机，同是要有一定功率的话，就要输出的信号大，但是如果用比较小的电压供电，那得到的大信号失真非常严重。

说远了，图上有2个图，一个是底电压的，也就是在中间的线，一个是比较高电压的，也就是上面和下面的线。从图中我们可以看到，电压的提高，可以让那段线性区域的范围大一些，这样，就算前面输入信号幅度比较大，运放也可以保证输出的信号有很好的线性。

其实这个是比较简单的解释，其实在这个曲线上，除了两输入相等的时候那个线的斜率是知道（也就是放大倍数），其他地方都是曲线，加大电压，使得曲线于直线的误差相对变小。比如说用双9V供电，输出信号正负10mV，线性失真1%，那么用双15V供电，同样输出信号正负10mV，线性失真就可能降低到0.3%。（注意，数字只是打比方）

但是需要考虑的是运放能承受的最大电压，如5532的最大电压写的是22V，标准电压是15V，我个人认为放到15~18V就很好了

以上是我对电压的理解，不知道对不对，各位同学补充阿

9、运放放大倍数的讨论
至于放大倍数的理解，我觉得这个要综合考虑，放大倍数是通过2个电阻来反馈达到的，而运放的波特图如上（手工花的，比较难看的说）。

从图上可以看出，放大倍数越底，频带越宽，也就越稳定，但是问题是放大倍数低了，那就没有二房的意义了。放大倍数高，频带就窄了，所以这个要在2者之间平衡选择。一般来说，个人建议放大倍数的上限是20倍左右，再高了好象问题很多。很多音频放大芯片，如LM1875、LM3886，这些都推荐20倍的放大倍数。

当然了，如果想2者都要，那还有一个办法，就是换运放，环好的运放，带宽增益积大的，这样就可以扩展频带，当然，好运放，这个价格也上去了，哎。

不知道我的理解是否有问题，各位同学补充阿，哈哈



我觉得这个帖子很好，楼主的思路很清晰。

至于运放的直流输出问题，是由输入电流失调引起的，解决的办法是让同相、反相端的对地偏置电阻相等。
比如对于这个电路来说，同相端电阻是100k，而反相端电阻是4. 7//10k=3.2k，两者相差很大，因此直流输出肯定是比较严重的。

可以把同相的100k降低到33k，反馈网络电阻可以取47k，100k。这样就比较平了。
为弥补低频截至点的上升，耦合电容应相应加大，1～2.2之间都没问题。

wupingee

哈哈，终于写完了，贴出来了。

前段时间，自己的47电路做好了，一直想把自己的总结写出来，让大家拍砖头，昨天晚上总算写好了，今天乘吃饭的时候贴出来，希望大家多多拍砖头，哈哈

kopfhorer

运放有很多参数，个人觉得，对于做二房来说，比较重要的是带宽。比如说NE5532的开环带宽是10MHZ，看起来很高，其实芯片的-3dB点在1K左右，也就是说在1K信号，误差已经到了30%了。再看看AD827的参数，AD827的开环带宽是50MHZ，芯片的-3dB点在10K左右，档次比NE5532提高了不少。不过这个价格也贵了不少。需要注意是这时开环的情况，比环的时候带宽就扩展很多了。
。

楼主注意了，10MHz and 50MHz是带宽增益积！
也就是开环增益乘以开环带宽，不要混淆了

之所以目前很多厂商还坚持使用ne5534，是因为它的开环带宽比较大，尽管它的开环增益积已经不那么出众了

但是音频的运放使用中，还有几项参数是很有意义的
1。电流噪声
2。电压噪声
3。失真率
4。运放输入级（关系到输出直流，j-fet比较好用）

47电路其实在正反相输入端的阻抗匹配没有做好
从而导致了，如果使用双极性输入的运放的话，应该会产生一定的输出直流

purpleeyes

那阻抗匹配应该怎样比较合适呢？ 一直不了解这个问题...

比如那个输入100K的电阻，用10K或者1M又如何呢？

比如10K和4.7K的负反馈电阻，用82K和47K又如何呢？当然放大倍数有变化我知道，不过从阻抗上说呢？ 另外输出电容用1000uf的电解好不好呢？

我也不是学这个的，最近正好也在实验这个47电路，以及5532单运放的电路，耳机也是K66...不过我是为了解决声卡的2025噪声太大的问题，打算跳掉它，用5532或者2604组成外部放大电路进行放大。真是幸运这里碰见了比我水平高的初烧，不但回答了我想问的问题，还回答或者问了我都不知道该怎么问得问题

purpleeyes

对了，电位器我用的alps的蓝壳，8元，真的假的？我也不知道，不过看着体积比较小，手感也还成，就买了先...真的多少钱啊？

dyc706

楼主的总结很认真啊。

wupingee

下面是引用kopfhorer于2004-12-14 11:50 AM发表的 :



楼主注意了，10MHz and 50MHz是带宽增益积！
也就是开环增益乘以开环带宽，不要混淆了
.......

耶，高手出马了，哈哈。

关于带宽增益积的问题，的确是我写的时候忽略了，脑子里面就想这那时候放大倍数是1了，就把带宽写上去了，因该更正为带宽增益积，在上面的文章中已经修改了，多谢指出了，下次自己要小心了，哈哈

还有几个运放的参数：
1。电流噪声
2。电压噪声
3。失真率
这几个参数我个人觉得可能要做得比较高档了，才能体现出来。现在运放的这三个参数，都可以达到比较高的水平，相对而言，外面的电阻电容，已经焊接工艺，分布电阻电容造成的误差远远大于运放本身的噪声和失真。

比如说把，现在比较讲究的电阻，误差才能到1%，这已经是很好的电阻了（好像一般的是10%），相对而言，运放要是失真1%，那就很厉害了。比如AD826的失调电压最大2MV。

哈哈，因为自己做得比较简单，更加高级的参数在这个电路中没有考虑，的确失误，下次改进。

阿喔里

学习加收藏了。

sword_yang

楼主很用心地写了这篇制作心得,很值得赞赏!
不过文章中有一些细节还要仔细推敲,因为你说自己是学模拟设计的所以就要用比较专业的角度去对待了........
1.你总把音量控制电位器说成"旋钮,旋钮开关",这是不够专业的.
2..47uF的输入电容和100K的电阻在这里是输入耦合电路,而不是你说的"0.47uf和100K电阻构成的高通网络",它们的作用是把所有需要传输的音频频带传输给运放.没有任何"高通"的作用.
3.大容量的电解电容对高音的影响主要是其卷绕分布电感的影响,而不能简单地说"高频电容就小"
4.评价运放在不同频率下的放大特性只能用"衰减",而不是说"误差",运放在这里不是真的在"运算"........
以上意见只是一己之见,仅供你参考........

twinsoul

问个外行的问题，为什么叫47电路呢？？

因为那个47的电阻？哈哈，瞎猜的。

wupingee

接受sword_yang 同学的指点，对原文在修改一下

在写的时候，针对那个0.47uf 和100K构成的网络，我考虑直流和低频信号通过电容衰减很厉害，所以就把这个网络说成了高通网络，自己推敲一下，的确有些不妥，多谢sword_yang 同学指出，阿哈

神仙鱼

*******针对sword_yang同学建议，将 作了相应的修改 *****
反对，SWORD-YANG 是老师不是同学，以后要叫老师 [s:18]  [s:18]  [s:18]

N.er

0.47uf和100K电阻构成的高通网络

我觉得还是有一定的高通作用,如果可能,用示波器看看3,4HZ左右的正弦波能不能通过吧,嘿嘿...
这个电路,应该就是典型的高通滤波呀,输入耦合阻断了直流,但也不是什么交流都能过的.

wupingee

carlwong 同学指出 电压放大倍数有错误

因该是1+10/4.7=3.1倍 而不是原来的 10/4.7=2.1倍

已经改正

哎，丢人了，这样的错误也出了，5555

twinsoul

楼主还是回答一下我的弱智问题把。为什么叫47电路？因为那个47的电阻？

sword_yang

下面是引用N.er于2004-12-14 7:31 PM发表的 :
0.47uf和100K电阻构成的高通网络

我觉得还是有一定的高通作用,如果可能,用示波器看看3,4HZ左右的正弦波能不能通过吧,嘿嘿...
这个电路,应该就是典型的高通滤波呀,输入耦合阻断了直流,但也不是什么交流都能过的.

给一个电路取名要看它的主要功能是什么，在这里它就是输入耦合电路。至于它有高通的特点，我们主要关心的是我们设计的最低频率（例如20HZ）能顺利通过就行了。3HZ,4HZ........0.1HZ这都不是做音频放大器（尤其是廉价的耳放）要关心的。所以尽管这个电路具有某种高通特性，我们还是把它叫做输入耦合电路。。。。。。。。。。。正如我们的放大器都存在波形失真，我们还是不会把它叫做“波形失真发生器” [s:9]

hxf_fish

赫赫，这是只一个名称的问题，从频域分析他还是在截至点左边“滤掉了”（衰减更合适）低于门限频率的波形

wupingee

今天找到了一个音量控制电位器，将音量控制电位器安装在了电路板上，同时把10K的反馈电阻换成了15K的，感觉对于抑制噪声而言，比以前的好。