制作一個高品質功率的A類耳機放大器

這是一款旨在為挑剔的耳機聽眾提供大量高品質功率的放大器。它可用于提升智能手機或適合錄音室品質耳機的數(shù)字音樂播放器的輸出電平，或從線路電平信號提供耳機電平輸出。

注意：高聲級會損害聽力！這適用于靈敏度較低（或阻抗較高）的入耳式耳機。不建議與標準智能手機耳塞一起使用。作為構造者和用戶，您有責任保護您的耳朵免受危險的聲音暴露水平的影響。

補給品

電路板-我圍繞從 eBay 獲得的兩塊 PCB 構建了這個放大器：JLH 1969

印刷電路板組件-放大器電路板的電阻器、電容器和晶體管可以點擊這個電子表格 （CSV） 文件獲取

其他組件

24 V 1A 電源（例如CPC 的Tiger TP1129）

面板安裝直流電源輸入插座與上述匹配（例如2.1mm）

10K或22K雙對數(shù)電位器（比如這個）

旋鈕（RS 467-2479貴得離譜，但看起來很棒）

2 個唱機插座，面板安裝（像這樣）

1/4“ （6.35mm） 立體聲插孔，面板安裝（例如 RS 175-0155）

PCB 互連器（例如這些接頭和插座）

晶體管散熱片絕緣墊

屏蔽線和非屏蔽線

外殼材料、螺母和螺栓

工具

烙鐵、焊錫

鉗; 剪線鉗；脫衣舞娘

（推薦）可調(diào)式工作臺電源

鉆孔、鋼鋸等

第 1 步：關于“JLH”A 類放大器

1969 年，John Linsley-Hood 在Wireless World雜志上發(fā)表了一篇文章，描述了一種基于四晶體管電路的音頻功率放大器。它是一個工程杰作——它使用少量現(xiàn)成的組件，提供可靠和可重復的性能，但它并不簡單到需要明顯改進。使用現(xiàn)代組件，性能至少與原始組件一樣好。

這是一個“A 類”放大器——這是一個技術術語，意思是即使沒有信號，它的晶體管也總是打開（通過電流）。這樣做的缺點是放大器使用的功率比替代的“B 類”（或 AB 類）類型要大得多，但隨著輸出電平的降低，失真會消失。

最初的 JLH 放大器旨在為 8 歐姆揚聲器提供 10 瓦的輸出功率。對于耳機應用，功率輸出可能要小得多（1 瓦就足夠了），所以我適當?shù)卣{(diào)整了電源電壓和工作電流。這意味著放大器產(chǎn)生的熱量只是 10 W 版本的一小部分，并且可以使用廉價的現(xiàn)成電源。上面顯示了經(jīng)過調(diào)整的元件值的示意圖.

第 2 步：匹配功率晶體管（可選）

當兩個輸出晶體管 Q1 和 Q2 具有相同的電流增益 （hFE） 時，JLH 電路實現(xiàn)最佳性能（最低失真）。在這一步中，我們批量測量每個晶體管的增益，并選擇具有最接近增益的對（每個通道一對）。

這一步是可選的——構建原型放大器我買了一組 10 個 TIP3055 晶體管，它們之間的差異都沒有超過 5%?，F(xiàn)代制造比 1969 年更加一致，而且很可能同一批次的任何一對都會提供出色的性能。

你會需要：

一個5V電源

用于測量高達約 300mA 電流的儀表（帶有輸出電流表的臺式電源是理想的）

一個2k2電阻

測試線（例如鱷魚夾）

散熱器或一塊扁平金屬

該過程是如圖所示連接每個晶體管，施加電源并測量晶體管汲取的電流。（增益等于集電極電流除以基極電流——為了匹配我們真正需要的只是總電流）。對于典型的 TIP3055，增益為 100，上述電路中的總電流約為 200mA。

記下每個晶體管的電流讀數(shù)，然后您可以選擇具有相似讀數(shù)的對。如果可以選擇，更高的增益（更高的電流）會更好。

通電時晶體管會發(fā)熱，這會影響增益！如果您發(fā)現(xiàn)在通電幾秒鐘內(nèi)難以測量電流，請將晶體管夾在方便的金屬片上以保持溫度穩(wěn)定。

第 3 步：開始 PCB 組裝

與往常一樣，首先從最低高度的組件開始組裝是最容易的，在這種情況下是電阻器。

我已經(jīng)展示了 eBay PCB 的組件位置（請參閱“供應品”的鏈接）。請注意，其中一些將與印在電路板上的值不同。

關于 R2A 和 R2B 的注意事項

R2 用于設置電路的工作電流，這會影響最大輸出功率和產(chǎn)生的熱量。eBay PCB 在 R2 位置有一個微調(diào)器。您可以采用這種方法（5K 微調(diào)器是合適的），但為了將“移動部件”保持在最低限度，我選擇使用一個固定的 2k7 電阻器 （R2A） 與測試期間選擇的第二個電阻器 （R2B） 并聯(lián)。有關詳細信息，請參閱步驟 5。

第 4 步：完成電路板組裝

下一步是安裝電容器和晶體管，并完成電路板組裝。

小心兩個小的（TO92 外殼）晶體管：并非所有 TO92 晶體管的發(fā)射極、基極和集電極引線的排列方式都相同。eBay 電路板使用 Q4 的 2SA970 部件，與我現(xiàn)有的 BC558 晶體管不匹配。這不是一個大問題，因為您可以小心地彎曲引線（見圖）以適應?；蛘?，您可以尋找具有正確引腳排列的 2SA970 或類似的低噪聲、小信號 PNP 晶體管。

對于輸出電容 （C2），我使用了兩個并聯(lián)的 470uF 電容，相當于一個大約 1000uF 的組件。這主要是為了使訂購組件更容易（一包 10 個對于兩個通道來說就足夠了，還有備件），但也有助于保持低 ESR。

在焊接TIP3055 功率晶體管之前，請弄清楚在您使用的任何情況下如何安裝它們。引線需要精確彎曲，因此兩個 PCB 的尺寸相同。

第 5 步：測試和設置

在此步驟中，我們將檢查每個電路板是否正確運行，并調(diào)整 R2 電阻以設置工作電流。

組裝電路板時，重要的是要確保在通電之前將功率晶體管安裝在某種散熱器上。圖片顯示了安裝在鋁通道上的兩塊板，形成了下一步中描述的外殼。TIP3055 晶體管需要在外殼和散熱器之間使用絕緣墊 - 外殼連接到集電極端子（詳見圖片）。不要將螺母擰得過緊，否則會損壞晶體管外殼。

1. 初始上電

如果您有臺式電源（具有可變輸出電壓和電流限制），強烈建議執(zhí)行“冒煙測試”以檢查 PCB 是否存在故障。

如果您為 R2 使用了微調(diào)器，請將其設置為中途。將電源設置為12V，限流250mA，用萬用表監(jiān)測C2A/C2B正端與地之間的電壓。當您通電時，這應該緩慢（超過 10 秒左右）從零增加到大約一半的電源電壓（即 6V）。如果這行得通，你就可以進入下一階段了。

如果沒有發(fā)生這種情況，請檢查以下常見故障：

您忘記焊接的元件引線

由焊點或 Q1 或 Q2 的外殼到散熱器引起的短路

晶體管插入錯誤

電阻值不正確

2. 設置工作電流

在這一步中，我們?yōu)?R2B 選擇一個值來設置每個放大器通道的工作電流。最佳電流約為 180mA，允許將全功率輸送到 32 歐姆負載。

您需要在放大器上施加 24V 電源，同時測量電源電流（再次強調(diào)，臺式電源是理想的）。當您施加電源時，將有一個高電流消耗（高達 400mA），直到直流電壓穩(wěn)定，然后它最終應該穩(wěn)定到某個穩(wěn)定值（可能 100-150mA）。當這穩(wěn)定時，記錄該值。

然后，您可以根據(jù)以下指南為 R2B 選擇一個值，以達到 180mA（或剛剛超過）工作電流：

10K - 電流增加 25%

8K2 - 增加 33%

6k8 - 增加 40%

4k7 - 增加 60%

3k3 - 增加 80%

您可以快速將電阻器固定到 PCB 上，然后在穩(wěn)定時通電并測量電流。當您滿意時，修剪和彎曲引線并正確連接（見圖）。

如果您為 R2 使用微調(diào)器，請從中間位置開始，然后慢慢調(diào)整至 180mA。較低的電阻會增加電流。

精確設置電流是可選的- 它主要影響最大輸出功率的性能，希望您不會經(jīng)常需要。如果您無法執(zhí)行此步驟，請為 R2 使用固定的 2K2 電阻，或 2K7 與 6K8 （=1.93K） 并聯(lián)。

第 6 步：建立外殼

顯然，您沒有理由不能在這里使用現(xiàn)成的外殼 - 唯一重要的是確保所有功率晶體管都有足夠的冷卻：每個晶體管的功耗約為 2 瓦，因此每個晶體管使用 10 °C/W 的散熱器，或每對晶體管 5°C/W。

我的機箱是圍繞兩個 200 毫米長的 50 x 25 毫米鋁制 U 型槽建造的，3.2 毫米厚，形成側面。通過將功率晶體管用螺栓固定到通道上，PCB 安裝在它們之間。這有點脆弱，所以下一步是將它們安裝到底板上。

這里的底板長 200 毫米，寬 135 毫米，用四個 M4 內(nèi)六角螺栓固定在側面，每個角一個。擰緊螺栓時不要對晶體管引線施加壓力，這一點很重要，因此請確保螺栓孔中有足夠的間隙以進行調(diào)整。

一個底座固定在側面，其余部分可以組裝起來。所示的前面板和后面板由我從一個舊的 19 英寸機架箱中回收的厚拉絲鋁板制成，每個 135 毫米寬 x 63 毫米高。它們使用 20 x 20mm 鋁制 L 型截面（見照片）的短長度連接到外殼側面，每個角落一個。通過這種布置，可以很容易地拆卸和更換用于鉆孔和接線的面板。

機箱頂部與底板尺寸相同，安裝在前后面板之間。我用一塊薄薄的鋁板制作了頂部，上面有一塊 6 毫米的膠合板切割成合適的尺寸。我涂了幾層丹麥油，以完成成品外殼的整體“1970 年代高保真”氛圍。

第 7 步：接線

放大器的接線相對簡單：我們有信號輸入和音量控制、電源輸入和耳機輸出插座。

信號輸入接線使用細（例如直徑 3 毫米）屏蔽電纜從輸入插座到音量電位器，從電位器到放大器輸入。接線見照片。我在這里使用了隔離插座（即插座的“接地”側未連接到外殼）。

電源輸入插孔直接連接了一個 220nF 電容器，以幫助降低電源的任何高頻噪聲——盡管我發(fā)現(xiàn)這不是我使用的 PSU 的問題。

耳機輸出插座的接線如圖所示 - 左地和右地連接在一起。我使用的插座是非隔離型的，所以外殼通過這個點接地。

一切都完成后，您就可以進行第一次使用了。可以慢慢嘗試增加音量。

最后一點：此放大器在運行時使用大約 10W 的功率。請不要讓它永久開啟！五分鐘的預熱時間足以讓它達到穩(wěn)定的運行條件。

第 8 步：測量性能

以下是內(nèi)置放大器的測量性能。頻率分析儀曲線是使用 Focusrite Clarett 音頻接口和 NAK T-100 分析儀軟件制作的。