电子管耳机放大器

吴汉清

现在一些音响发烧友已经将玩高保真耳机作为时尚，不少发烧友成了耳机族的一员。用耳机聆听音乐，因为音乐经过很短的空气路径就进入耳膜，不会受驻波、反射、干涉等影响，并可排除外来声音干扰，声音定位准确，无需选择要求过高的听音环境，就可以欣赏到纵深的音场及优美的音乐。由于高保真耳机的输出阻抗一般为上百欧姆，需要较大的输出电压推动，常用的CD机和随声听耳机输出部分很难完全推动，不能发挥高保真耳机的真实实力。如果能够制作一台耳机放大器，将耳机的潜力充分发挥出来，将使你真正体验高保真耳机的靓丽音色。

本文介绍一款电子管耳机放大器，由于电子管独特的声音特点，和晶体管放大器相比，令人耳目一新，其特色是中频甜润、温暖，低频有良好的驱动力，层次感和力度恰到好处，高频段纤细耐听，不刺耳。其优美、稳重的音色和准确的定位感令人陶醉。电子管耳机放大器的输出功率为1W×2，频率响应为20Hz~25kHz（-1dB、200mW），输出阻抗分32~100Ω和100~600Ω两组，灵敏度为0.3V。

工作原理

电子管耳机放大器电路如图1所示。电路分左右两个声道，电源共用一个。每个声道采用两级放大，推动级采用双三极管6N1中的一只三极管，输出级用双三极管6N8P中的两只三极管并联作单端甲类功放。推动级和输出级的电路形式均为共阴极电路，特点是没有采用任何交流负反馈，以防止瞬态失真的产生。

推动级采用自给偏压工作方式，电路中R3为阴极电阻，C3、C4为阴极旁路电容，它们组成自偏压电路，利用三极管的工作电流产生稳定的栅偏压，电压的极性是阴极为正、地为负，这个电压使栅极对阴极的电位为负，起到栅偏压的作用，这种偏压电路比较简单，并且对电子管有一定的保护作用。R1为栅极电阻，它的主要作用是将栅偏压加到栅极上去，使得栅极基本上和地保持直流同电位。R2为屏极负载电阻，C5为交流耦合电容。当电子管6N1的栅极加入交流信号电压时，由于栅极的控制作用，使原来恒定的屏流变为随信号电压而变的脉动电流即产生了交流分量，屏流的交流分量在R2上产生了交流电压降，使屏极和阴极间得到了一个放大了的电压，此交流电压经C5耦合到输出级的栅极。电路中6N1的静态工作点如下：屏极电压Ua=175V，屏极电流Ia=3.7mA，栅极偏压Ug=－2.5V。

输出级采用单端甲类功放。单端甲类放大的功率输出电路在效率方面比推挽放大电路要低，但电路比推挽电路要简单得多，使用的元器件也比较少，而且音乐和音色优于推挽放大电路。因为单端放大电路信号的正负完整波形都在一只功放电子管内进行放大的，又由于工作在甲类状态，而甲类放大电路的工作点又都是选择曲线平直部分的中间部分，所以不存在有交越失真等问题。

输出级电路也采用自给偏压方式，两只三极管并联作一只三极管用，其工作原理和前级基本相同，所不同的是采用输出变压器作负载，经阻抗变换后输出给耳机。6N8P中一只三极管的内阻约为7.7kΩ，两只并联后约为3.9kΩ，其最佳交流负载阻抗为内阻的2~4倍，这里取8 kΩ，即输出变压器的初级阻抗为8kΩ，输出变压器次级有两个输出端子，一个为32Ω，接阻抗为32~100Ω的耳机，另一个为100Ω，接阻抗为100~600Ω的耳机。当某一输出端子上接的耳机阻抗比输出阻抗大时，例如32Ω输出端接64Ω耳机，输出变压器的初级阻抗也跟着变大到16kΩ，这时输出功率减小，但失真度减小，频带增宽，反而使声音更加好听。由于输出功率余量大，所以输出功率仍能满足要求。

用输出变压器除了作阻抗变换外还有一个作用，人们常说电子管功放音色甜、暖，即所谓的“胆味”。这其中输出变压器起到了非同小可的作用，由于变压器铁芯的磁滞作用，导致了电子管功放的瞬态特性有所下降，使得有些细微的、爆发特性很强的、并不十分和谐的细节被吃掉了，得不到充分的反映。使电子管功放在重播某些原本细节过于丰富而又稍欠甜美的录音制品时，起到了甜化、美化的作用。

输出电路中6N8P的静态工作点如下：屏极电压Ua=285V，屏极电流Ia=15mA，栅极偏压Ug=－10V。

电源部分采用硅整流二极管组成桥式整流电路，由于滤波电容C8、C9容量较大，而整机工作电流又比较小，故滤波电路没有采用电子管功放传统的CLC式π型滤波电路，而是用了CRC式π型滤波电路。电流变压器的两个6.3V绕组分别提供6N1和6N8P的灯丝电压。

元器件选择和制作

推动级用双三极管6N1，每个声道用一半即其中的一个三极管，6N1的引脚见图2。输出级用双三极管6N8P，每个声道用一个即两个三极管并联使用，6N8P的引脚见图3。

所有电阻均使用金属膜电阻，R7功率为2W，R2、R4、R8功率为1W，其余电阻功率均为1/2W。RP1为100kΩ双连电位器。C2、C4、C5、C7、C10选用薄膜电容，如聚丙烯薄膜电容，其中耦合电容C5最好选用油浸电容。

输出变压器是一个关键器件，它的指标决定了整机性能的优劣，特别是频响。由于单端放大电路的输出变压器初级有单向的静态直流电流通过，会产生磁饱和作用，所以硅钢片要单向插入，以便留一定的空气隙。而气隙的大小要视静态直流电流大小、输出变压器初级线圈圈数和闭合磁路的长度来调整。因为硅钢片有气隙的存在，使整个输出变压器的导磁率大为降低，所以和推挽输出变压器相比，在同等输出功率时要采用截面积较大的硅钢片来制作。另外输出变压器初、次级的漏感要尽量小，不然要影响变压器的频响，为了减小漏感，变压器的初、次级要分段间隔绕制，因此输出变压器的制作难度比较大。输出变压器使用舌宽为12mm的硅钢片，迭厚18mm，绕制参数见图4。绕制时，初级分为3段，次级0~32Ω绕组、32~100Ω绕组各分为2段，间隔绕制。硅钢片单方向插，留0.1mm的空气隙。

电源变压器使用舌宽为19mm的硅钢片，迭厚29mm，绕制参数见图5。绕制时，次级为灯丝供电的两个绕组要取中心抽头，中心抽头接地可去除灯丝的50Hz干扰。硅钢片交叉插，不留空气隙。

输出变压器和电源变压器绕好后均要作烘干浸漆处理。

安装和调试

放大器金属基座大小为22cm×16cm×5cm，采用敞开式结构，电子管、电源变压器、输出变压器等体积较大的器件安置在基座的上部，而其它小体积的阻容件及连接导线则在基座内部设置。布局时电源变压器和输出变压器应尽量远离，并且磁力线方向要互相垂直，以防止电源变压器交流电磁场的耦合干扰。基座上部的布局见图6。

在进行元器件的焊接时，采取传统的搭棚焊接工艺。即直接将元器件和各种引线焊接于电子管座相应的管脚上和接线架上。在用导线进行元器件之间的连接时，注意电源引线应尽量避开音频信号通道，以防电源50Hz信号干扰音频信号，另外机内的交流电源线和灯丝电源线应使用双绞线，即两根线作绞合处理。电源线和信号线、信号线和信号线不可以平行设置或绞合在一起，应尽量远离或作交叉设置。机内连线在不相互影响的前提下用尼龙扣收紧并做合理固定。音频输入端到电位器、电位器到6N1的栅极用双芯屏蔽线作连接，并且做到屏蔽层单端接地。

整机最好采取一点接地方式，即除电路中零电位的一根引线与机壳相通之外，电路中其它部位不得与机壳有任何相通。接地点在一般情况下选择在整流滤波电路或信号输入座附近。

调试时先不插电子管，接通交流电源，观察机内有无冒烟及温度过高之处，同时用万用表测量电流电路中各点交直流空载电压值，并与设计电压值相比较，因为空载，测量值可以稍高，如果上述检查情况正常，可将整机电源切断，再把各电子管插入相应管座并接上耳机开机。开机后看机内有无异常情况，并观察电子管灯丝是否正常点亮，用万用表测量各电子管的屏极电压、阴极电压是否在设计值附近，同时听听耳机中有无交流声或噪声干扰。

上述工作完成后，就可以连接音源试听。