平衡式2.1声道桌面功放的制作 2019-12-17
在互联网上有着源源不断的高质量音乐资源，吸引了众多的发烧 友。一台高质量桌面功放自然成为电 脑Hi-Fi不可缺少的外设。本机以Hi-End 理念，低成本DIY一台高质量多媒体外 置功放。
一 电路简述
信号输入部分电路如图1所示，S1 是非平衡/平衡转换开关。平衡信号通 过XLR-5接口®S1®CH10，非平衡信 号通过RCA接口®ICc1、ICc2转换为平 衡信号®S1®CH10。 功放主声道电路如图2所示（图 中只画出一个声道）。输入信号通 过 音 量 电 位 器 进 入 低 噪 声 前 置 放 大器ICa1（WH0501）放大后，经 VTa1~VTa12推动管送入VTf1~VTf8作功 率放大后输出。ICa2是甲类偏置电源 （WH0504），为推动管提供基极偏 压。ICa3是直流伺服电路，误差信号由 ICa3检出后送入输入端，实现输出端 的平衡控制。开关 S2 对耳机输出信号 实现平衡/非平衡转换。平衡输出一组 立体声信号，非平衡输出两组立体声 信号。开关 S3 控制6只继电器，实现 "耳机"与"扬声器"转换。在听耳 机时关断末级功放管的基极输入信号 和集电极工作电压，同时关断重低音 电压，降低交流声和噪声对耳机输出 信号的干扰。末级推动管是两级射随器构成的复合管，第二级射随器又由 双管并联，以减小单管的工作电流， 提高输出信号的线性，降低开关失真 和交越失真。图2中的Rf1~Rf4将输入信 号整合成单声道平衡信号，经电位器 RPf1、RPf2送入重低音处理电路。 噪声前置放大器WH0501、甲类偏 置电路WH0504是乾渊电子科技研究所 研发的混合电路模块。
图 3 所 示 的 是 重 低 音 声 道 原 理 图， TL084担任有源低通滤波，这是 两 组 完 全 相 同 的 二 阶 低 通 滤 波 电 路 ， 其 转 折频率在200Hz处，经 Rd27、Rd28输出，放 大倍数约2倍。功率放 大由LM1875担任，这 是LM1875的典型应用 线路，在此不多赘述。 若将一组低通滤波的输 入和输出短接，则可作 为中置声道用，当然， 输出功率也相应减小一 半。
电源电路如图4所 示 ， 其 中 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。VTe4、VTe3和VTe8、VTe7组成复合管起扩流 作用。VTe1、VTe2和VTe5、VTe6组成 复合管起调压作用。Re1、Re2的作用 有两个：一是与VDe9、VDe10共同为 VTe1、VTe2和VTe5、VTe6提供be结的 工作电压；二是过流保护。当输出电 流超过额定值时，Re1、Re2上的压降 增大，调整管的be结上的压降减小， ce结上的压降增大，则输出电压降 低，从而达到过流保护的目的。电源 输出电流为500mA；纹波小于2mV。
经78L05、79L05二次稳压的 ±5V 电源为平衡/非平衡转换运放提供工作 电压。末级功放管工作电压是通过 VDe5~VDe8整流、Ce9和Ce10滤波后 提供。7805、7905稳压后为继电器和 风扇提供工作电压。
二 装配与调试
电压放大和电流放大部分的印制 板采用75µm加厚双面环氧板，重低 音和电源部分采用75µm加厚单面环氧 板。接插件CH9、CH10的引线选用双 芯屏蔽线，屏蔽层一端接地。XLR-5 " 1"端接地线应独立引出，不要用屏 蔽层两端接地代替。元器件不必强求 "补品"，但要货真价实。本机的电 阻全部采用金属膜电阻，滤波和退耦 用ELNA（伊娜）电解电容。推动管和电流放大管的配对误差要小，否则会 影响输出端的"0"电位。VTa1~VTa4 即2SC1845和2SA992，应选用放大 倍数200左右或更小的管子，放大倍 数大了容易引起自激。若发现自激， 可以在其基极和集电极之间并联一个 47~100pF小电容来消振，也可选用放 大倍数为100~150的3DG4、3CG14， 这样就不会出现自激。
由于功率管全部安装在机壳上， 所以机壳要有良好的散热性能。本机 采用的是一体化铝型材机壳，机壳上 盖需开孔。 继电器选用西门子小型继电器， 型号是 V23079A1001B301。 电 源 变 压 器 采 用 8 0 W 环 形 变压器 ， 次级输出双 12V/2.5A, 双 18V/0.5A，最好加屏蔽罩。 电压放大板PCB焊接面、电压放 大板PCB元件面、电流放大板PCB焊接 面、电流放大板PCB元件面、重低音与 非平衡—平衡转换板PCB、电源板PCB 请见本刊网站。
三 装配和调试的要点
1. 在焊接电源板时，焊好整流滤 波部分后，可检查直流输出电压（正常值应在25V左右）。焊完电源板全部 元件后，将VTe1、VTe3，VTe5、VTe7 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，因此在没 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，再 看有无过热元件，如有，应立即断 电，检查是否有错焊、虚焊、短路等 现象。测试输出电压，调整RPe1、 RPe2，使输出电压在几伏到20V范围 内变化，如果不能达到上述要求，则 应检查焊接是否有误。这个过程尽可 能快，因为并联电源在不接负载时管 耗功率最大。接上24Ω/20W负载电 阻，调整RPe1、RPe2，使输出电压达到±15V，此时正负电压相差应小于 50mV。加大输出电流，观察保护电路 是否起作用，是否出现过早或过迟保 护，如果出现异常，则应调整Re1、 Re2。78L05、79L05在焊接前应先测 试配对，正负电压相差小于50mV。焊 好的电源电路的实物板如图5所示。
2.非平衡/平衡转换部分和重低 音电路在同一块印制板上，焊接完后 先检查运放工作是否正常。有条件可 在非平衡输入端输入正弦波信号，用 双踪示波器在CH10插件的对应位置观 察，应是幅度相同相位相反的两个信 号。焊好的电路板实物如图6所示。
3. 焊好电压放大板的全部元件， 检查焊接无误后通电， 先测试ICa2的 10、6脚电压（正常时为正）及7、4脚 电压（正常时为负）；再调整RPa3、 RPa4，使ICa2的10、7、6、4脚电压 在1~2.5V间变化（可在Ra11、Ra12、 Ra13、Ra14的焊点处测量）。最后 将各脚电压调整到1.8V。测试Ra23、 Ra24和Ra25、Ra26的中点电压应小于 5mV。焊好的电压 放大电路板实物如 图 7所示。
4. 焊接电流放 大板时，要保证16 只功放管在同一平 面上，以便与机壳 底板固定散热。管 子散热面与印制板 距离约11mm。焊 完全部元件，检查 无误后通电。测试 7805、7905输出电 压是否正常，继电 器是否正常吸合。之后，将功放管固 定在机壳底板上，认真做好并逐一检 查功放管与机壳的绝缘性能。焊好的 电流电路板实物如图8所示。
5. 将接插件按编号对应接好，把 电压放大板安装在电流放大板上，插针 对准相应位置，以免折断，小心压紧。
6. 通电重复电压放大板的测试 步骤。由于功放管集电极电流测试不 方便，可测试Rf15~Rf22上的压降，估 算功放管电流，调整RPa3、RPa4，使 Rf15~Rf22上的压降为0.7~0.72V，功放 管电流为150~200mA。每只电阻上的 压降不一定完全相等，这是正常的。这 是由三极管be结正向特性的差异所致。
7. 测试输出端对地电压，正常时 应小于20mV，否则，应考虑功放管的 对称性。由于NPN管和PNP管的 FEh 难 以 挑选一致，所以在挑选时可以用VTa9与 VTf1放大倍数的乘积＝VTa10与VTf2放 大倍数的乘积，VTa11与VTf3放大倍数 的乘积＝VTa12与VTf4放大倍数的乘积 的方法来挑选，两只并联管的放大倍 数要一致。
8. 开机一小时后，机壳温度达到 热平衡，再重复6、7的测试和调整。
9. 重低音板焊完后，在LM1875 上安装临时散热片，接±12V电压，从 CH9输入20~1000Hz正弦波信号，在 输出端观察低通滤波情况。若改变转 折频率，可改变Rd9、Rd10和Rd14、 Rd15的阻值。若调整Q值，可改变 Rd4、Rd8以及Rd11、Rd18的阻值。
10. 将重低音板固定在机壳底板 上，严格检查LM1875与机壳的绝缘。 连接好所有接插件和输入、输出端引 线。OK！你可以试听了。 主要发热元件都是直接安装在机 壳底板上。甲类电源、甲类输出的发 热是"惊人"的，在室温25℃以下， 机壳温度达到60℃左右。由于机箱空 间有限，一小风扇装在盖板上，将机 箱内的热气抽出。 非平衡信号通过 ICc1、ICc2 的转 换，会使输出信号的噪声增大。为降低 噪声，可以不用转换。通过 S1 将非平 衡信号的 R（L）端接入平衡输入端 R+ （L+），平衡输入端 R-（L-）端接地。 平衡式耳机接线如图9所示，非平 衡式耳机接线如图10所示，平衡式输 入插头接线如图11所示。 主声道0~100kHz幅频特性如图 12所示，输入400mVpp, 输出2Vpp/ 每格 ， 50kHz 处- 0.3dB ， 100kHz 处-1.3dB。重低音0~1kHz幅频特性 如图13所示，拐点在200Hz处，1kHz 处-30dB。
四 试听感受
硬件连接： AUDIOPHILE 192声 卡，惠威书架音响。试听龚‷《民歌 红》、黑鸭子《俄罗斯名曲》、付娜 的古筝《禅院钟声》等，感觉低音扎 实丰厚、干净利落；高音纤细、细节 分明；中音表现丰富，清澈透明、自 然舒畅。声场稳定。