全平衡放大器以其动态大、谐波小、频带宽、信噪比高、解析力 强、输入阻抗高、输出阻抗低、直流 稳定性好等诸多优点,被很多高档功 放采用。然而平衡式放大器由于电路 结构不同,效果也不尽相同。有些平衡式放大器,只是用两个独立的放大器将平衡信号各自放大,在出端接成BTL形式,如图1所示。这种按照典型接法的反相或同相放大器,共模增益等于1,它将输入端共模电压送至输出端,不能有效的进行共模电压抑制,对于平衡信号因音量 电位器的联动误差,或放大器特性 差异所造成的信号不对称,也没有增进平衡对称的能力。
图2所示的电路结构,可以均衡两个放大器的差异和音量电位器造成的信号不平衡问题。同时,由于它是由两个减法器构成,它的闭环共模抑 制比等于开环共模抑制比,所以对共 模电压的抑制能力很强。但是两个输 出端的电位存在一起漂移的问题,要解决输出电位一起漂移的问题,一般 采用在共模增益回路中加误差检测电 路。所谓“超平衡”电路,就是在图2所示的电路基础上增加直流伺服电路,进一步检测出原器件造成的误差信号,将误差信号反馈到放大器的同 相输入端,控制电路达到平衡,从而使放大器获得更好的性能,其实现方式如图3所示。它是由两个完全相同或互补的直流放大器和双直流伺服电路组成的。当电路处于“不平衡”状态 时,Rg上必然产生误差电压,通过运算放大器检出后反馈到输入端,自动控制电路的平衡。
根据这个原理设计的超平衡耳放 电路如图4所示。其中的ICa1( WH0501)是乾渊电子科技研究所开发的低噪声前置放大器厚膜组件,电路原理图如图5。第一级为缓冲级,采用FET晶体管组成共栅—共源电路,VT9、VT10为恒流源。 VT5、VT6、VT7、VT8作互补推挽输出,这一级放大倍数等于1。第二级电压放大由VT11、VT12、VT15、VT16、 VT13、VT14、VT17、VT18组成共基—共射互补差分电路,恒流源提供工作电流。 第三级电压放大由VT23、 VT24、VT27、VT28、VT25、VT26、 VT29、VT30构成共基—共射互补差分电路,威尔逊镜像恒流源作负载。最后由VT37、VT38、VT39、VT40互补推挽输出。ICa2(WH0504)是甲类偏置电路模块,电路原理如图6所示。图中VT1、VT2、VT3、VT4组成恒压偏置电路,VT5、VT7、VT6、VT8为恒流源。
ICa3担任双直流伺服,将输出端的误差信号反馈到放大器的同相输入端,自动控制电路达到平衡。电流放大采用了“多管轻负荷”的设计思想,由16只中功率管(2SD669、2SB649)负担1W 的输出功率。因而线性佳,失真小。图4中末级电流放电管基极串联电阻为画图方便没画出,它们是Ra19~Ra22, Ra27~Ra30,Ra35 ~ Ra38,Ra43 ~ Ra46,Ra=100Ω。
开关S1选择平衡输入或非平衡输入方式,ICc5担任非平衡—平衡转换。由于在输入端多了一块运放,自然会多一份噪声和失真,因此有些平衡式 放大器不设置非平衡—平衡转换。在 非平衡输入时,将信号从平衡输入端 的“+”端(R+、L+)输入,将“-” 端(R-、L-)接地或悬空。如有四刀三掷的小型拨动开关,输入方式的选 择则更加方便。开关S2选择耳机输出方式,平衡输出时,一组立体声,两 只3.5耳机插座分别是R声道和L声道。非平衡输出时,两只3.5耳机插座各为一组立体声通道,即可同时接两副立 体声耳机。S1、S2安装在印制板上, 一是它们的使用频率低,二是为了面 板简洁好看。
前置输出从末级推动管取出,甩掉 末级电流放大管,以求更好的信噪比。
50W环形变压器,次级输出双18V/1A,9V/0.5A(备用)。双桥高速整流,并联稳压由LM431担任。LM431是性能极好的并联稳压电源,但它的电流容量太小需要扩流。图7中的VTd4、 VTd3和VTd7、VTd8组成复合管,担任扩流;VTd1、VTd2和VTd5、VTd6组成复合管,担任调压; Rd1、 Rd2的作用,一是与VDd9、VDd10共同为VTd1、VTd2和VTd5、VTd6提供eb结工作电压,二是过流保护。当输出电流超过额定值时,Rd1、Rd2上的压降增大,使调整管Veb压降减小、Vce压降增大、输出电压降低,从而达到过流保护的目的。电源输出电流600mA;纹波小于2mV。
装配与调试
放大器印制板采用加厚双面环氧板,元件面大面积铺地,以达到屏蔽 的目的。左右声道的电源分别独立引 到板子的插座处,以供喜欢用两组独 立电源的发烧友选用。电源板采用加 厚单面环氧板。
从后面板输入插座到印制板的引线应选用双芯屏蔽线,屏蔽层一端接 地。五芯插座“1”端的接地应独立引出,不要用屏蔽层两端接地代替。
末级电流放大管的配对误差要小,否则会影响输出端的“0”电位。
在装配中,按单元一部分一部分地焊接、调试:
1 . 电源板焊完整流、滤波部分后,检查直流输出应在25V左右。焊完电源板全部元件后,将VTd1、VTd3; VTd5、 VTd7和整个电源板在机壳内固定好,并注意4只管子与机壳的绝缘。由于并联电源在无负载时也仍然有很大的电流(额定值)流过这4只管子,在没装好散热器前绝不可通电。通电后,先观察两只发光二极管是否发亮,测试输出电压,调整RPd1、RPd2,输出电压应在几V到20V范围内变化。否 则应检查焊接是否有误。 接上20W18Ω负载电阻,调整RPd1、 RPd2使输出电压达到±12V,正负应一致。加大输出电流,观察保护电路 是否起作用,过早或过迟保护,调整 Rd1、Rd2。
2. 主板先焊接平衡——非平衡转换部分,78L05、79L05在焊接前应配对,正负电压相差小于50mV。检查运放工作是否正常,有条件可在非平衡输入端加入正弦波信号,用双踪示波 器在RPa1、RPa2的输入端观察,应是幅度相同、相位相反的两个信号。
3. 焊完主板的全部元件后,先断开末级功放管的基极串联电阻。测试ICa2的10、6脚对地电压应能在正1~2V 变化,7、4脚对地电压应能在负1~2V 变化,Ra15、Ra16和Ra17、Ra18的中点电压应小于5mV。调整RPa3、RPa4,使ICa2的10、7、6、4脚电压为±1.2V。将末级功放管的基极串联电阻焊好,测试功放管射极电阻上的压降,调整RPa3、RPa4,使功放管的电流达到你的设计要求。本机的每管射极电流为15mA。测试功放管输出端的对地电压应小于10mV,否则,应考虑功放管的对称性。
4. 开机一小时后,机壳温度达到热平衡,再重新调整功放管电流。
5. 模块ICa1、电源功率管以及末级功放管等都有一定的温度,应做好
通风和散热。机壳上盖板应开孔,最好在盖板上装一小风扇,将机箱内的 热气抽出。
6.耳机的接线和平衡式输入插头的接线如图8~图10所示,装配好的耳放的内部结构如图11所示。