基于電子管WCF電路的高保真耳機(jī)放大器設(shè)計(jì)

1、基于電子管WCF電路的高保真耳機(jī)放大器設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器與傳聲器凹囿0,囿嗡晌60,響響文章編號:10028684(2009)11002004基于電子管WCF電路的高保真耳機(jī)放大器設(shè)計(jì)周靜雷,齊博,李城梁(西安工程大學(xué),電子信息學(xué)院,陜西西安710048)?產(chǎn)品設(shè)計(jì)?【摘要】以GG電路為輸入級,以WCF電路為輸出級,設(shè)計(jì)了一款針對低阻抗高保真耳機(jī)的放大器.基于電子管微變等效電路分析方法,計(jì)算出輸入級和輸出級電路的主要參數(shù),并對整個(gè)放大器的開環(huán)和閉環(huán)參數(shù)進(jìn)行了分析.文中還采用客觀測量和主觀評價(jià)的方式對該放大器的性能進(jìn)行了說明【關(guān)鍵詞】GG;WCF;耳機(jī)放大器;電子管;微變等效【中圖分類號】TN72【文獻(xiàn)

2、標(biāo)識碼】ADesignofHighFidelityHeadphoneAmplifierBasedonVacuumTubeWCFCircuitZHOUJinglei,QIBo,LICheng-liang(ElectronicInformationCollege,XianPolytechnicUniversity,Xian710048,China)【Abstract】Ahighfidelityheadphoneamplifierforlowimpedanceheadphoneisdesigned.whichusesGG(GroundedGrid)circuitastheinputentry,and

3、WCFcircuitastheoutputentry.Basedontheanalysisofvacuumtubeslightvariationequivalentcircuit,theprimaryparametersoftheinputandoutputentryarecalculated,andtheopenloopandclosedloopparametersofthewholeamplifierarealsoanalyzed.Intheend,thefunctionoftheamplifierisexplainedthroughimpersonalmeasurementandsubj

4、ectiveevaluations.【Keywords】GG;WCF;headphoneamplifier;vacuumtube;slightvariationequivalent1引言在電子管耳機(jī)放大器設(shè)計(jì)過程中,由于常用的電子管內(nèi)阻較高,為了能良好地驅(qū)動低阻抗耳機(jī),耳機(jī)放大器輸出級電路的選擇至關(guān)重要.適于驅(qū)動低阻耳機(jī)的常見電子管電路如陰極跟隨器(CathodeFollower),SRPPt31,WCFr4這3種電路中,CathodeFollower電路的輸出阻抗較低,但其動態(tài)范圍小,且增益小于1,性能明顯低于WCF電路和SRPP電路.如選擇低內(nèi)阻的電子管.也可使用SEPP電路,但低內(nèi)阻的電

5、子管種類有限,所以基于SEPP電路的耳機(jī)放大器常用于驅(qū)動高阻耳機(jī).WCF電路與SRPP電路相比.具有更低的輸出阻抗,雖增益較低21.但只要輸入級電路能提供適當(dāng)增益,就可良好地驅(qū)動低阻抗耳機(jī)工作.由于輸出阻抗低,不依賴負(fù)反饋來降低輸出阻抗,可將負(fù)反饋系數(shù)取較小數(shù)值.同時(shí)輸入級電路增益也不需要很高,容易確保放大器的開環(huán)性能,有利于提高耳機(jī)放大器的瞬態(tài)特性.針對WCF電路的工作特點(diǎn),筆者選用Grounded20,tnt200933卷第11期Grid電路作為輸人級,設(shè)計(jì)了一款適合驅(qū)動低阻抗耳機(jī)的耳機(jī)放大器,并對該耳機(jī)放大器的輸入級和輸出級分別建立了微變等效模型5-7.通過分析,得出了耳機(jī)放大器主要參數(shù)

6、的解析表達(dá)式.設(shè)計(jì)耳機(jī)放大器時(shí),這些分析結(jié)果為把握電路的性能指標(biāo)和確定元器件參數(shù)提供了一些理論依據(jù).2輸入級輸入級選擇GroundedGrid(簡稱GG電路)電路.標(biāo)準(zhǔn)的GG電路原理圖如圖1所示,具有高解析力,追求中性以及沒有染色的特點(diǎn),近年來受到廣大音響愛好者的倍加推崇.輸出級WCF是同相放大器,輸入級放大器要有能接人反饋電壓的輸入端口,筆者對標(biāo)準(zhǔn)的GG電路的反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改進(jìn),以便于和WCF電路連接,如圖2所示圖2中的電阻RR和R的作用是消除電子管工作于高頻時(shí)可能存在的寄生振蕩,進(jìn)行理論分析時(shí),其影響可忽略不計(jì).圖3是圖2的微變等效電路.一般電路中選擇的凹s囿D8囿響圈咖6o,響響揚(yáng)聲器與

7、傳聲器電子管的參數(shù)十分接近,為便于計(jì)算,令rp=rp=rP6,/l'4"5"6.當(dāng)=O時(shí),輸出電壓:對于放大電路同相端輸入電壓,的電壓增益為Gil=vo2mi2=(?rI)+,p+"?Rl1+?RI1)?R15"u/(2?rp+3?Rl5'.rp+u'RI1.,+,p'Il+3',p.Rl5+2?Rl5'/Z"Rl1+R15l1+15?Rl1?")(1)當(dāng):=0時(shí),輸出電壓:對于放大電路同相端輸入電壓的電壓增益為G=vo2/=一u(rp+,p?Rl5+Rl5?M?rp+R15'R

8、ll4-15?l1+"?R11'rp)/(2?rp'+3?R15?M?,-p+'"'+'¨+3''l5+2?R15''R¨+l5'll+R15'R11.")(2)從式(1)(2)中可發(fā)現(xiàn),兩個(gè)電壓增益大小并不相等,故在分析放大器的閉環(huán)增益時(shí)需要考慮這一因素.3輸出級輸出級是WCF電路,其電路原理圖如圖4所示,圖中DC是一直流偏置電壓,用于給電子管提供適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn).實(shí)際電路中,一般由輸入級電路提供.電子管可選擇小功率五極管,如6P15,6P14,EIA2,EL

9、91,EL84,EL86.但為了降低輸出阻抗和增益.需將五極管連接成三極管.也可選擇內(nèi)阻合適的三極墮查煞堂生蔓墅鲞蔓塑國揚(yáng)聲器與傳聲器_1響6響響管,如6N6,E182CC等.圖5是圖4的微變等效電路,在圖中,通常B和BG5的參數(shù)一致,故令rio=4=5,/Zt=M5,電壓增益為翻Gvo.=/ui4="(rp+MRl6)/(2?rp+16+R16""+"'rio+16"/Z?/,)(3)電路的輸出阻抗為回zou=.(16+),16+(M+2)rp(+MR16)一M(Rl6+)Rl6(4)4整體設(shè)計(jì)耳機(jī)放大器的整體電路原理圖如圖6所示.元

10、器件參數(shù)見圖中標(biāo)示.輸入級電路選用Eee82雙三極管.輸出級電路選用6P15五極管接成三極管來使用.基本參數(shù)如表1所示81.由于GG電路同相輸入端和反相輸入端的電壓增益不同,為了計(jì)算整個(gè)放大器的閉環(huán)參數(shù),需要做進(jìn)一步深入分析.表1放大器件參數(shù)圖7為WCF耳機(jī)放大器的原理框圖,經(jīng)分析得出整個(gè)放大器的相關(guān)參數(shù),其中放大器的閉環(huán)增益為Gl=Uo/U2=Gl'G/(1-H?Gi.G)式(5)中反饋系數(shù)為n=Rf,/(Rf,)=1/(1+15)=0.0625放大器的輸出阻抗為z0ulcJ=z0/(1_Gi'Grout"H)放大器接負(fù)載的電壓增益為G=Gvolo.Rd(R+z0I

11、cJ)國壘妻熊生蔓塑堂蔓塑表2為耳機(jī)放大器電路的主要參數(shù)的理論計(jì)算值,為了驗(yàn)證理論計(jì)算值的正確性,使用Muhisim仿真軟件對上述的解析表達(dá)式均進(jìn)行了驗(yàn)證.表2耳機(jī)放大器理論計(jì)算參數(shù)開環(huán)參數(shù)整個(gè)系統(tǒng)閉環(huán)參數(shù)一-j主負(fù)載/kfl增益壓增益抗I,k縫瑁疊負(fù)露叭l-電勝增益32481202o03oo4.355.0o6.O86.466.66(5)5客觀測試及主觀聆聽經(jīng)過測試,耳機(jī)放大器在驅(qū)動不同阻抗負(fù)載的情況下,電路中的各項(xiàng)參數(shù)如表3所示.可看出,測量結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果比較接近.經(jīng)實(shí)際聆聽可感覺,該放大器在驅(qū)動低阻耳機(jī)尉具有足夠的動態(tài)范圍,中頻清晰細(xì)膩,柔和,高頻明亮,通透,低頻豐滿,力度好,從整體上

12、來感覺.聲音比較中表3耳機(jī)放大器測量參數(shù)(1kHz).j開環(huán)參數(shù)整個(gè)系統(tǒng)閉環(huán)參數(shù).負(fù)性.很好地繼承了GG電路的主要特點(diǎn)1l】.特別是在驅(qū)動低阻抗耳機(jī)時(shí),聲音表現(xiàn)比較自然.6總結(jié)筆者設(shè)計(jì)了一款基于WCF電路的電子管耳機(jī)放大器.用微變等效分析方法分別對輸人級GroundedGrid電路和輸出級WCF電路進(jìn)行了分析,得出了放大器的開環(huán)電壓增益,閉環(huán)電壓增益和輸出阻抗的解析表達(dá)式.這些結(jié)果為WCF電路耳機(jī)放大器的設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù).參考文獻(xiàn)【1】周靜雷,景軍鋒,陳斌.揚(yáng)聲器系統(tǒng)瞬態(tài)特性的過渡過程分析J.聲學(xué)技術(shù),2007,26(4):655659.2】周靜雷,行露,賀曉宇.電子管耳機(jī)放大器輸出級

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