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從47電路談起——個(gè)人做47電路的總結
首先介紹一下,小弟我是學(xué)模擬電路設計的,最近才發(fā)燒到耳機領(lǐng)域來(lái),所以當我看到47電路的時(shí)候,就想自己做一個(gè),體會(huì )一下。前段時(shí)間,總于吧自己的47二房做好了,總結自己做的經(jīng)歷,感慨萬(wàn)千,再加上正好DIY版塊有同學(xué)想討論47電路,所以我就把我知道的東東寫(xiě)下來(lái),和各位同學(xué)討論。
再次申明,一來(lái)我比較菜,寫(xiě)的東西很有可能有錯,大家幫忙指出;二來(lái)我主要做電路設計的,所以理論方面分析的比較做,說(shuō)到動(dòng)手,嘿嘿,我自己做的耳房,性能還不好呢。這張是47的電路圖,說(shuō)句實(shí)話(huà),這個(gè)電路間接明了,做得非常好。首先我們分析一下這個(gè)電路。



這張是47的電路圖,說(shuō)句實(shí)話(huà),這個(gè)電路間接明了,做得非常好。首先我們分析一下這個(gè)電路。

從結構上說(shuō),電路由兩塊運放組成,其中IC1a起到放大的作用,IC1b形成跟隨器,進(jìn)行電流擴充,增大驅動(dòng)能力。

從信號的走向上來(lái)說(shuō),信號首先經(jīng)過(guò)一個(gè)音量控制電位器,信號的一部分通過(guò)一個(gè)由0.47uf和100K電阻構成的高通,到達IC1a的+端。IC1a的—端接了兩個(gè)電阻,分別是4.7K和10K的電阻,這2個(gè)電阻構成了反饋網(wǎng)絡(luò ),提供了約3.1倍(1+10/4.7)的電壓放大倍數。IC1a的輸出分2路走,一路通過(guò)47歐姆的電阻,達到耳機的輸出;另外一路,連接到IC1b的+端,由IC1b構成的跟隨器,在通過(guò)另外一個(gè)47歐姆達到輸出。
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下面針對每一個(gè)元件,結合我做這個(gè)二房的體會(huì ),小弟我胡亂亂說(shuō)2句。
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1、 音量控制電位器。也就是我們常說(shuō)的音量開(kāi)關(guān)。對于這個(gè)音量控制電位器是否需要,我曾經(jīng)猶豫了一會(huì )。因為我個(gè)人認為“Simple is the best”,如果加入這個(gè)電位器,這個(gè)電位器將會(huì )引入不必要的噪聲和非線(xiàn)性問(wèn)題,而且我用的音源是隨身聽(tīng),已經(jīng)有了音量控制電位器,所以在我做的耳房中,沒(méi)有加入這個(gè)電位器(其實(shí)一個(gè)主要原因也是我手上沒(méi)有比較好的音量控制電位器)。


但是等我的二放做出來(lái),發(fā)現這個(gè)音量控制電位器還是非常有用的。這不是為了控制音量,還是為了減少前級音源的本底噪聲問(wèn)題。在我使用自己做的耳房的時(shí)候,就發(fā)現前級的音源(松下Ct570)有一個(gè)本底噪聲,在CD直接推耳機的時(shí)候,CD本身送出的信號比較大(雖然有失真),本底噪聲察覺(jué)不出來(lái),但是用了耳房以后,CD本身送出的信號比較?。ㄟ@時(shí)候信號線(xiàn)性度很好),本底噪聲就察覺(jué)出來(lái)了??紤]到本底噪聲是一個(gè)相對固定不變的值,如果安裝了音量控制電位器,就可以讓CD輸出相對較多的信號,讓本底噪聲的相對比例下降。

后來(lái)我找到了一個(gè)音量控制電位器,裝上去以后,的確降低了CD的本底噪聲,但是需要注意的是要適當提高電壓放大倍數,我將10K的電阻又換成了15K的

但是必須注意的是,這個(gè)音量控制電位器在信號的輸入通路上,它的好壞直接關(guān)系到二放的好壞,所以如果有條件的話(huà),還是選取好一點(diǎn)的電位器。


2、 0.47uf和100K電阻構成的耦合網(wǎng)絡(luò )


首先一點(diǎn),這個(gè)網(wǎng)絡(luò )在信號的輸入通路上,所以不能馬虎。
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這其中,我覺(jué)得這個(gè)0.47uf的耦合電容非常有講究。前2天在DIY論壇上有同學(xué)說(shuō)用大容量的電解電容是否可以,我覺(jué)得這里就牽涉到一個(gè)電容特性的問(wèn)題了。電解電容的特點(diǎn)在于它的容量大,但是非常不幸的是電解電容的容值對頻率而言不是一個(gè)定值,在頻率升高以后,電解電容的容值變得隨頻率變化,這就不滿(mǎn)足我們的需要了,要不然,做出來(lái)的二房對低頻放大倍數和對高頻放大倍數不一樣,那就失真了(這個(gè)是不是傳說(shuō)中的低頻肥大?)。所以這個(gè)電容采用CBB等比較好的電容,要求在一定頻率中,針對各個(gè)頻率的響應都比較平坦(也就是圖像是一條直線(xiàn))。在這個(gè)0.47uf的電容上,我選擇了紅威馬的0.33uf的電容(因為手上只有0.33uf的這個(gè)電容)。

至于100K的電阻,理論上也應該用好電阻,但是由于我手上沒(méi)有什么好電阻,只好用了很一般的電阻,需要注意的是左右2聲道需要配對。


3、 4.7K 和 10K 電阻構成的反饋網(wǎng)絡(luò )


需要注意的是這2個(gè)電阻的比值構成了整個(gè)電路的放大倍數(暫時(shí)忽略47歐姆輸出電阻的影響),這個(gè)電壓放大倍數大約在3.1左右。一開(kāi)始的時(shí)候,我覺(jué)得這個(gè)放大倍數太低了,所以把10K的電阻改成了15K,電壓放大倍數提高到4.1,但是后來(lái)發(fā)現電壓放大倍數太高了,不合理,又老老實(shí)實(shí)的改成了10K,這才比較均衡,所以建議各位同學(xué)做的時(shí)候,還是選用10K電阻比較好。


***********后來(lái)加上了音量控制電位器,又用了15K的電阻,通過(guò)音量控制電位器調節輸出信號的強弱********

至于這2個(gè)電阻,當然了,有條件的選擇好電阻,如果沒(méi)有條件的,我個(gè)人認為只要選取相同材料的電阻就可以了,因為這2個(gè)電阻本身就是取一個(gè)比例關(guān)系,只要比例不變,問(wèn)題就不大。


4、 輸出的47歐姆電阻

說(shuō)句實(shí)話(huà),我第一眼看到這個(gè)47歐姆電阻的時(shí)候,沒(méi)有理解這個(gè)電阻是干什么用的,但是分析了一下以后,覺(jué)得這2個(gè)電阻放得非常好,的確是高,實(shí)在是高。

這個(gè)電阻的作用我個(gè)人認為主要是由于電路的其他元件(如電阻、電容)以及運放本身的不匹配引起的。打個(gè)比方說(shuō),如果沒(méi)有這2個(gè)電阻,在某鐘情況下,運放IC1a要輸出4.000V,在這時(shí)候,運放IC1b要輸出4.1000V,這時(shí)候如果把2個(gè)運放的輸出直接相連,那2個(gè)運放輸出就要“打架”了,一個(gè)要4.000V,一個(gè)要4.100V,到底輸出幾伏?在這種情況下,就很容易損傷到運放的輸出級,也很容易在輸出端造成很大的電流(輸出4.100的運放向輸出4.000的運放灌電流)。但是,如果加上了這個(gè)47歐姆的電阻,那問(wèn)題就解決了,就算2個(gè)運放輸出有不匹配,沒(méi)有關(guān)系,相差的部分在電阻上消耗了,就沒(méi)有問(wèn)題了。

至于47歐姆這個(gè)電阻的阻值,我個(gè)人認為,針對不同的耳機,需要修改。比如說(shuō)針對低阻耳機,這個(gè)阻值就需要適當的降低,要不然放大的電壓全部消耗在這個(gè)電阻上了,耳機得不到有用信號了。我的個(gè)人建議是這個(gè)阻值取耳機阻抗的10~20%,因為我用K66(低檔了一點(diǎn),大家不要笑話(huà)),這個(gè)阻值我取8.2歐姆。

5、 運放

哈哈,到運放了,這個(gè)可是小弟我的特長(cháng)了,我就是專(zhuān)門(mén)作這個(gè)東東的,哈阿

好了,說(shuō)正經(jīng)。在47電路中,個(gè)人覺(jué)得,可以用得運放很多,從1、2塊錢(qián)的NE5532到大幾十塊的AD827都可以,不過(guò)如果您用AD827的話(huà),那也稍微太有錢(qián)了吧?其實(shí)如果是自己DIY的話(huà),一般來(lái)說(shuō)焊接的水平都不高,所以用AD827比較浪費了,我用的就是NE5532(哎,其實(shí)是沒(méi)有錢(qián),只能買(mǎi)得起這個(gè))。

也許有同學(xué)想知道為什么不同的運放價(jià)格差這么多,在性能上有什么區別,哈哈,小弟我就賣(mài)弄一下了。

運放有很多參數,個(gè)人覺(jué)得,對于做二房來(lái)說(shuō),比較重要的是帶寬增益積,也就是說(shuō)在信號增益為1時(shí)候的頻率。比如說(shuō)NE5532的帶寬增益積是10MHZ,看起來(lái)很高,其實(shí)芯片的-3dB點(diǎn)在1K左右,也就是說(shuō)在1K信號,衰減了30%了。再看看AD827的參數,AD827的帶寬增益積是50MHZ,芯片的-3dB點(diǎn)在10K左右,檔次比NE5532提高了不少。不過(guò)這個(gè)價(jià)格也貴了不少。需要注意是這時(shí)開(kāi)環(huán)的情況,閉環(huán)的時(shí)候-3db點(diǎn)就擴展很多了,不在是1K和10K了,這就與反饋的網(wǎng)絡(luò )有關(guān)了。






6、 題外話(huà),自激問(wèn)題


在做二房的時(shí)候,很容出現自激現象,自己現象,簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)如同上面,出于某鐘分布點(diǎn)容,分布電感等等了,運放的輸出端的輸出信號中某一頻率經(jīng)過(guò)了180度轉向,到達了運放的負端,然后通過(guò)運放在放大(不巧的是對于這個(gè)頻率放大倍數大于一),再到輸出端,再回到運放的負端,那就震蕩了,系統就完蛋了。

好在系統的震蕩頻率都比較高,都是MHZ數量級的,所以解決的辦法也很簡(jiǎn)單,在運放的負端和地之間加上一個(gè)小電容,注意要用陶瓷電容(對高頻響應比較好)。


這我做這個(gè)47二房過(guò)程中,得到了很多同學(xué)的幫助,覺(jué)得也應該把自己的心得寫(xiě)下來(lái),和大家一起討論,同時(shí)也給后來(lái)的同學(xué)可以借鑒參考的東西,哈哈。

不過(guò)再次申明,我還是比較菜的,自己的理解肯定在很多地方有問(wèn)題,各位同學(xué)一起討論。

7、失調問(wèn)題的討論

自己做好了47電路,但是發(fā)現存在一個(gè)問(wèn)題,就是輸出信號中含有不小的直流分量,一開(kāi)始的時(shí)候有80mV左右,后來(lái)改善了走線(xiàn)(我的板子是手工焊接的,走線(xiàn)很不好),降低到了4、50mV左右,再也降不下去了,很是解釋不通,測量運放2輸入端,電壓相差0.2mV左右,但是出來(lái)就有了4、50mV,一直沒(méi)有理解是怎么回事。
后來(lái),一個(gè)偶然的原因(我找到了一個(gè)音量控制電位器),焊接上去以后,發(fā)現失調電壓變小了,只有了20mV左右,于是很鼓舞,仔細分析了一下電路,覺(jué)得自己沒(méi)有改動(dòng)多少,唯一變化的是改變了運放輸入端的等效電阻,于是聯(lián)想到是否是由于運放2輸入端等效電阻不同造成的失調?于是很小心的調整音量控制電位器,看看隨著(zhù)電阻的變化是否失調電壓也發(fā)生變化?結果很讓人振奮,隨著(zhù)音量控制電位器的調整(也就是滑動(dòng)電阻器)的變化,失調電壓隨之變化,在2反饋電阻分別是4.7K 15k的時(shí)候,音量控制電位器調整到約10K電阻的時(shí)候,輸出失調電壓基本上將為零(由于自己工藝水平不行,左右聲道還不是完全匹配,大約差1-2mV左右)。這下完全明白了,由于由于運放2輸入端等效電阻不同造成的失調。

找到問(wèn)題,還需要解決問(wèn)題?,F在的問(wèn)題在于,如果為了降低輸出失調,將音量控制電位器調整到合適的位置,那么二房的放大倍數不夠,用示波器觀(guān)察,放大倍數只有在1. 1倍左右,遠遠不夠,等于沒(méi)有放大,于是想到更改那2個(gè)反饋電阻。為了避免過(guò)大的變化反饋端的輸入電阻,4.7K的電阻我沒(méi)有動(dòng),而是將15K的電阻一下子變成了82K,將放大倍數提高到了約18倍,呵呵,厲害了一點(diǎn)點(diǎn)。然后再調整音量控制電位器,同時(shí)測量輸出的失調,基本上再上次位置附近,找到了一個(gè)比較平衡的一段,這時(shí)候輸出失調比較小,左右耳機都控制在正負3mV之間,同時(shí),電壓放大倍數2~4倍之間。個(gè)人感覺(jué)是個(gè)比較好的平衡點(diǎn),現在就在聽(tīng)呢,感覺(jué)不錯,哈哈。


當然,這不是最好,也不是唯一的解決方案,只是我在做這個(gè)電路中遇到的問(wèn)題,所以寫(xiě)出來(lái),供大家參考,上面的數據,我還沒(méi)有具體分析。還有一點(diǎn),還不知道我用的5532是否是真貨?上面表明是TI的,不知道是不是假冒的。

總結一下,運放2輸入電阻的不匹配,給輸出帶來(lái)失調,各位同學(xué)做電路的時(shí)候不妨留心一下,針對失調做一定的調整。

8、運放電壓的討論


有同學(xué)討論到運放的電壓和放大倍數的問(wèn)題,我結合我知道和大家討論一下


就運放的輸入輸出信號如上圖(手畫(huà)的,比較簡(jiǎn)陋,大家就將就一下吧,哈哈)。從這個(gè)圖上,可以看出,只有在2個(gè)輸入信號比較接近的時(shí)候,放大信號最好,最線(xiàn)性,如果型號大了,就開(kāi)始失真了,特別是信號大的時(shí)候,失真非常嚴重。個(gè)人感覺(jué)這就是我們需要二房的原因。如果要推高阻耳機,同是要有一定功率的話(huà),就要輸出的信號大,但是如果用比較小的電壓供電,那得到的大信號失真非常嚴重。

說(shuō)遠了,圖上有2個(gè)圖,一個(gè)是底電壓的,也就是在中間的線(xiàn),一個(gè)是比較高電壓的,也就是上面和下面的線(xiàn)。從圖中我們可以看到,電壓的提高,可以讓那段線(xiàn)性區域的范圍大一些,這樣,就算前面輸入信號幅度比較大,運放也可以保證輸出的信號有很好的線(xiàn)性。

其實(shí)這個(gè)是比較簡(jiǎn)單的解釋?zhuān)鋵?shí)在這個(gè)曲線(xiàn)上,除了兩輸入相等的時(shí)候那個(gè)線(xiàn)的斜率是知道(也就是放大倍數),其他地方都是曲線(xiàn),加大電壓,使得曲線(xiàn)于直線(xiàn)的誤差相對變小。比如說(shuō)用雙9V供電,輸出信號正負10mV,線(xiàn)性失真1%,那么用雙15V供電,同樣輸出信號正負10mV,線(xiàn)性失真就可能降低到0.3%。(注意,數字只是打比方)

但是需要考慮的是運放能承受的最大電壓,如5532的最大電壓寫(xiě)的是22V,標準電壓是15V,我個(gè)人認為放到15~18V就很好了


以上是我對電壓的理解,不知道對不對,各位同學(xué)補充阿 

9、運放放大倍數的討論

至于放大倍數的理解,我覺(jué)得這個(gè)要綜合考慮,放大倍數是通過(guò)2個(gè)電阻來(lái)反饋達到的,而運放的波特圖如上(手工花的,比較難看的說(shuō))。


從圖上可以看出,放大倍數越底,頻帶越寬,也就越穩定,但是問(wèn)題是放大倍數低了,那就沒(méi)有二房的意義了。放大倍數高,頻帶就窄了,所以這個(gè)要在2者之間平衡選擇。一般來(lái)說(shuō),個(gè)人建議放大倍數的上限是20倍左右,再高了好象問(wèn)題很多。很多音頻放大芯片,如LM1875、LM3886,這些都推薦20倍的放大倍數。

當然了,如果想2者都要,那還有一個(gè)辦法,就是換運放,環(huán)好的運放,帶寬增益積大的,這樣就可以擴展頻帶,當然,好運放,這個(gè)價(jià)格也上去了,哎。


不知道我的理解是否有問(wèn)題,各位同學(xué)補充。
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