A類耳機放大器製作 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　本刊唐主編精心設計的2000系統小機箱中屬於比較「冷門」的要算是2000-3磁帶轉錄與耳機放大器機箱。考其原因,目前擁有兩部錄音座的讀者並不多,即使是擁有兩部的人也很少去做轉錄編輯的工作;再者一般後級放大器都附有耳機插座,很多人認為犯不著再花錢弄一個耳機專用放大器。然而最近本刊接到不少讀者來信,要求推薦耳機專用的放大器,顯然我們的讀者在觀念上終於有新的轉變,因為耳機座裝在功率放大器上至少有以下幾點不合理:

　　(1)功率放大器的輸出阻抗與耳機之阻抗相差懸殊,8Ω阻抗的耳機已經很少了,大多數是在50~2KΩ的範圍,因此它僅需極小的功率即能推動,為避免耳機過荷而燒毀,通常用電阻來串聯以衰減從後級輸至耳機的功率,這個電阻不但浪費功率,而且阻值的設定很難適合廣泛的功率範圍,尤其在大功率放大器中,太小的阻值會使耳機燒毀,而太大的阻值卻無法讓耳機再一般電平下得到足夠的聆聽強度。

　　(2)如果只為了要聽耳機,卻必須讓整部後級消耗功率,實在不划算。

　　(3)耳機的聆聽距離入耳甚近,如果放大器是AB類且在低功率下,其失真的程度可能不適合長時間的近距聆聽(容易產生倦怠感)。

　　(4)新的發聲材料,例如高聚合分子薄膜(High Polymer,一種有壓電效應的化學材料)新近逐漸採用在耳機中,不但質量減輕,頻率響應特性亦改善,但其阻抗較高,以一般後級的電壓增益數很難滿意的驅動它。

　　除了上述的理由之外,筆者認為另外一個支持耳機放大器應該獨立的理由是:目前耳機的性能已經大大地改善,一具3.000元等級的耳機,其音質可與萬元等級的喇叭相比美,以經濟上的眼光來看,一付耳機加上耳機專用放大器即可暫時取代後級放大器及喇叭,以個人欣賞音樂來說,是很合經濟原則的。

電路概述:

　　前曾提及,驅動耳機所需之功率很小,所以採用線性較佳的A類設計是很合理的。

全電路如圖(1),可劃分為兩級,前面一級TR1極其週邊零件構成電壓放大級,TR2 TR3接成的達靈頓電路為射極隨耦器結構,主在放大電流及作阻抗匹配。輸入訊號經R1 C1交連至VR1,作為音量控制之用,如果訊號源中,確定並沒有直流成分,可以把R1 C1省掉,或者採用固定衰減式分壓電阻時亦可。C2把訊號交連至TR1基極,TR1是採用分流式偏壓法,由R2處得偏壓,這是單管小訊號A類放大最常見的偏壓接法。R5引入少量負回授使電路更穩定,C4使在TR1射頻段時BE間形同短路,但在音頻範圍中毫無影響,可消除射頻強電場之干擾。R6 C3作為兩級間的反交連電路。由於TR1的集極電壓設定在電源電壓之半時,能使輸出訊號有最大的擺幅能力,因此,若此點電壓不是該值時(誤差應在±0.5V以內),可以調節R2之值。R3 R4為TR1之負載,此負載分裂為二的原因是:TR3射極電壓如上所述也是處於電源電壓之半時,輸出擺幅範圍才最大,而TR2 R3為達靈頓接法,故在TR2基極上之DC電壓應為電源之半再加1.2V,因此TR1集電極與TR2基極是不能接在一起的(因電位不同),R3的任務就是產生這1.2V的電壓給TR2 TR3,作為其偏壓。R7作為達靈頓電路的負載,其電阻值即所推薦的最佳負載阻抗,因此耳機阻抗是50~500Ω範圍的都能適用於本電路,阻抗高於此值的,應使R7值稍高些,但R3或R4之值必須適度更換,以便使TR3之射極電壓仍維持在大約電源電壓之半。

電源部分的結構跟普通穩壓電路差不多(見圖(2)),只是沒有用穩壓二極體,因為純A類電路所取用的電流很穩定,所以電源是不必穩壓的,但電源中的漣波卻必須完全除去,才不會串入訊號中,因為耳機是靠著耳朵的,只要有一點點哼聲就會被聽到。電源電路是一種稱為「電容量放大」電路,可以將濾波電容的濾波效果「放大」,以達到消除漣波之目的,這個電路是不具有穩壓的效果,因此當輸出電壓不是12V時,應調整R8 R9之值,C7 C8之值也是愈大愈好。LED指示燈是利用電源供應側之12V電壓降壓後來點亮。

實作紀要:

　　由於電路相當簡潔,兩升到可共用一片線路板,電源部分亦左右聲道分開,這樣做的理由不是在講求好的聲道分離度,而是小機箱所附的變壓器容量每個夠單一聲道用(約130mA),所以用兩個變壓器,每聲道有獨立的電源。R7 TR3與 TR3與TR5的功率消耗都很相近,大約780mW之譜,R7應使用2W等級的,TR3 TR5的熱量並不大,不佳散熱片也可以(本刊試製時是使用2N6553),但設計PC板時可以利用銅箔面的少許面積來幫助散熱,電晶體上散熱銅箔片必須彎成圖(3)的樣子,嵌入PC板中將之焊在銅箔的面上,以幫助散熱。

為使TR1集極達於電源電壓之半,R2之值需調整,但高阻值的半固定電阻不易買到,用串聯的又嫌麻煩,最好是先用VR試到電壓正確後量其阻值,再以同值的固定電阻代入。R3的大小則關係到TR3射極電壓,亦以同法求出。本刊試製時TR1 TR2 TR4是用9633,TR3、TR5是2N6553,實測結果R2約等於2.2MΩ,R3再470Ω時,TR3射極為+5.8V(電源12V),都在預定值的±0.5V以內。為配合2000-3小機箱之面板設計,輸入的VR1,不妨改為27K+27K分壓網路,即可配合面板的6dB開關。C1的用意原是防止訊號源中的直流成分加在VR1上,使轉動時會有噪音,如果改成由開關控制,C1就沒有必要用了。或者確知訊號源中沒有直流成分(例如伺服電路的輸出)時,C1亦省略。實測下全機的消耗電流為120mA,輸出電壓在20~20KHz範圍內,5Vp-p次下尚不會切割(外接47Ω電阻負載的情況下),雜音及哼聲都很低(採用9633之故)。

機箱用途的擴展:

　　耳機放大器等於只用了2000-3機箱的一半,另一半還有四個開關及六個接點(每聲道),這些開關與接點市設計來駁接兩部錄音座(不管是盤式或卡式),以便進行同時錄音、轉錄及鑑聽的工作,其系統接線重新繪如圖(4),便於一目了然。

在尚未備有兩部錄音座之前,這個系統接線自然用不著,但是只要稍動點腦筋就可以把它先作別種用途,譬如在這裡插入音控網路、高、低頻濾波器、SEA放大器、參變等化器等等裝置,或者像圖(5)的接線,用同一部後級分別接駁三部前級,不管是欣賞還是比較都很方便,等於是一個簡便的開關箱。諸如此類的用途,相信以音技讀者聰明的頭腦來思考,必定可以發現更多合你用的系統接線法。