我做我的“熊猫耳放”

无声游侠

mdes74 发表于 2017-4-22 21:12
现在做分立耳放毫无意义，性能比运放差了远去了。

不能说得这么绝对，前些日子方才领悟存在必然有其意义的道理请思索一下驱动耳机（特别是600Ω阻抗的）的放大器需要什么要素。另外，这也是一种爱好，就像苏格兰海岛上的美酒，历久弥香啊。

mdes74

无声游侠 发表于 2017-4-22 21:16
不能说得这么绝对，前些日子方才领悟存在必然有其意义的道理请思索一下驱动耳机（特别是600Ω阻抗的 ...

呵呵，+-15V 电压完全足够600欧姆耳机，更别说很多运放可工作在+-20V以上。 分立器件的离散性无法调整到最佳工作点，更别说业余状态下。 你眼观还停留在20年前的半导体技术上。 现在运放输出能力0.5， 1A，工作频段1MHZ以上，失真100dB 以下比比皆是。 业余终究还是业余。

无声游侠

不管怎样，深夜总是显得自由自在的

20170501

机器做到现在，已然半年，突然有一个不想继续的念头，如果不准备再折腾的话，那也是可以装箱了。

无声游侠

20170512

爱好从来就是生活的调味料，当忙碌奔波的日子来临的时候，爱好也只能暂时放一边了。前些天就有一个不再折腾了，就这样子罢的念头，余下的简单处理一下就可以装箱了。机器也有好些天没有通电了，只是刚刚在想起耳放的时候，又觉得拆两个K30A也不是什么难事，或许找两个10mA IDSS的K170换上吧，输入差分也没有说一定要多少电流的，如果按原计划K170 V 4mA的工作电流的话，那至少需要8mA的恒流源。装上试试？

无声游侠

20170518

是夜有暇，遂将耳放整理一番，看起来是清爽了许多，顺道将差分恒流源的K30A换成Idss约11mA的k170 V，输入差分Rd 由1K更换为510R，只是恒流源最大只能调整到1144/510*2=4.49mA，距离计划还有一大段的差距！这时，电压级和电流级的静态电流都大幅度下降，计2.3mA和18mA，听起来似乎没有原先那般燥。又简单计算一下，24V供电1ms电压波动1%至少需要181UF容量的电容器，由于原先线路去耦使用100UF电容器，于是拆除并联的0.1UFWIMA电容，换成100UF电容器。夜已太深，先这样吧。

无声游侠

20170521

从新调整一下输入级电流和输出电压飘移，给R12并联一个20R的电阻器，这样就可以继续增加恒流源K170的工作电流了，调整后差分输入K170 V工作于1428mV/510R＝2.8mA，这时输入级电流2.8mA*2＝5.6mA，电压级电流1.8mA*2＝3.6mA，预推动级1345/210＝6.4mA，输出级140/5＝28mA，整机工作电流计44.1mA*2＝87.2mA；输出直流电压计0mV和2mV。调整后的机器工作效果自己是满意的，驱动DT880和K702播放《花木兰》，声场广阔，细节清晰，特别对于敲击的大鼓，鼓点清晰能量澎湃，较之前有明显的提高，最重要的是那种轻松自如的感觉。这样，真的到了装箱的时候了！

下面的测量是在第二天进行的，还是有一点点的差别，但变化不大。

无声游侠

mdes74 发表于 2017-4-23 12:57
呵呵，+-15V 电压完全足够600欧姆耳机，更别说很多运放可工作在+-20V以上。 分立器件的离散性无法调整到 ...

物具其长也具其短，运放也好分立也罢，喜欢就行。虽然技术总在进步，但好像还是走不出原来的圈圈。

惩戒

楼主水平高，慢慢学习

mdes74

无声游侠 发表于 2017-5-29 01:04
物具其长也具其短，运放也好分立也罢，喜欢就行。虽然技术总在进步，但好像还是走不出原来的圈圈。

你去看看现在还有几家在发展单体晶体管。 IC技术却是突飞猛进，芯片上的管子性能远超独立管子了。 新的技术新的电路只会在新的IC上才有。 现在技术平台是建立在IC上的，而不是以前的管子上。

slt009

今天无聊把k246换成k170试了下，声音更加细腻耐听。

无声游侠

20180120

在又一个新年开始的时候，通过断断续续的几天工作，总算将Panda耳放装箱了：）尽管过程略有波折，但还是顺利驱动耳机发出美妙的乐声；完成这一个耳放之后，好像放下心头的一块石头，整个人都仿佛轻松了许多；或许一件事情记挂太久都会成为所谓的执念吧。


想法往往跟不上现实，现有的铝合金机箱不是很适用，PCB比机箱宽了了两个毫米，面板跟背板有太多的空洞，要用的话至少需要改造一下；背板简单，堵一下就行，PCB每边裁小1mm,因为在边上倒也不会影响到电路，而面板就只能简单制作一个了，家里刚好有一些铝塑板的边角，裁剪一下除了美观不佳倒是适用。
  

倒是翻箱倒柜时发现了意外的惊喜，琢磨着应该是多年前备料准备做JC 2的，不过也就想想而已：）
   

摆一下布局，电源用的卧式电容已不适合使用，找两个4700UF/40V的RIFA 169代替，但是使用之前需要激活。这一激活，时间又过去两个月！
   

新的一年又来，将必要的东东统统装进机箱。原来的输入电容体积太大，用两个高度一致的0.68UF的WIMA代替；从RCA到PCB的输入端使用在一段从老机器里剪出来的屏蔽线，屏蔽端直接连接机箱接地点，刚开始时，RCA水平放置，然后接近变压器的R声道有轻微的电流哼声，改成竖直摆放就没有问题了；输出电阻器使用51R，直接从输出到耳机座；电源连线使用普通的1mm＾2的绝缘电线。装完之后，感觉清爽。


接地是整机静噪的基础。我是这样连接的……写了许多，然后觉得不如一张图。其中RCA接地到机箱接地点通过22nF//10R连接。这样，机器通电工作，即使插上高灵敏度的DP100，也不会听到一点噪音。期间有一段小插曲，当机器通电开始工作后，输入正常输出正常电流正常什么都正常，除了没有声音：（苦思一夜，第二天才发现当插上耳机后耳机座的六个脚啊，有三个会跳开跟弹簧金属的接触的！
   

装上外壳，机器密封没有散热孔，散热完全由铝合金外壳与外界空气交换实现。耳放不设开关，不设音量调节，前接音源、前级，插上DT880，让机器大声工作半天后，测量机器内部温度29℃，其时室温17℃。


机器就这样子做完好了，但肯定尚有不足及可以改进的地方，由于没有测量设备，也就只能这样子使用。不管怎么说，以后都可以愉快地用DT880欣赏音乐，用K702看电影：）

无声游侠

slt009 发表于 2018-1-12 22:40
今天无聊把k246换成k170试了下，声音更加细腻耐听。

上回说到差分输入级的恒流管由K30A更换为K170V，对于放大器的声音绝对是正面的，声音的表现是更上一个台阶；究其原因，一开始时是以为恒流源就仅仅是为差分输入级提供恒流而已，偷工减料一下也无所谓的，没有意识到信号摆动时恒流源还负担着为电压放大级提供电流的重任；而更换恒流管以后，不论信号或正或反，都会至少流经一个K170V，所以这里一共三个K170最好还是选择一致性高的为好。

无声游侠

mdes74 发表于 2017-5-30 19:37
你去看看现在还有几家在发展单体晶体管。 IC技术却是突飞猛进，芯片上的管子性能远超独立管子了。 新的技 ...

每一个时代都会有东西被新的事物所替代，不管多么的不舍、多么的怀旧，也无法抵挡历史的车轮。在如今的电子领域，模拟技术也必然为数字技术所替代，模块化、集成化、工业化也必然会成为一种趋势，尽管数字化的功放至今还尚未进化到可以代替传统放大器的地步。只是作为一个DIYer，电子管、晶体管、IC还有其它的电子元件，又怎能孰轻孰重呢？使用分立元件设计或者制造机器，也是一个学习的过程，即便是使用IC这样的元件，也会因知道其内部的工作原理和优缺点，也可以通过外加分立元件的方式更加灵活和充分地发挥IC的性能；而分立元件的设计自由度更是IC所望尘莫及的。就放大器来说，挑选或者设计电路时就已经决定了机器所能达到的高度，制造过程中的工艺及精度将决定机器能否稳定工作，而调试维护将最终赋予机器抵挡时光的能力～～使用寿命。当然，放大器也就工具而已！

无声游侠

过去一年许多事，在新的一年开始时机器总算是做完了，但关于耳放的小结大概只写了一半，咱凡事不能半途而废，就算刻苦一点也要完成它！

熊猫耳放制作的几点小结（续）

负反馈与增益

负反馈，这是保持放大器低失真的一个重要因素。在这一要素下，负反馈的使用，当然是在保持放大器稳定不出现自激的前提下，负反馈越大越好。在实际应用中，放大器的作用在于放大信号并很好地驱动所连接的负载，这必然要求放大器需要具备合适的功率和放大倍数，也就是需要选择好一个负反馈的量。对于DT880来说，额度功率100mW，那充分驱动耳机要求放大器至少具备20dB的增益。

往往，设计师引入大环路负反馈，既拓展了放大器的频宽，也稳定了放大器的增益，最主要的是能够大幅度的降低放大器的本身的失真和噪音。在现代工艺的保证下，现在晶体管的频宽已然达到射频，在我们音频领域里，对于放大器的频宽只有要需要多宽的考量，而不再需要拼命提高频宽了。传统的音频放大器，没有引入负反馈的应该没有，至多就是所谓的无大环路负反馈放大器，但本级负反馈依旧还是存在的，只是这真的有必要吗？

负反馈与失真，这是一个大话题，也不想多说了。具体到熊猫耳放来讲，两级差分电路的本级负反馈电阻皆由100Ω修改为10Ω，固然有一个提高静态工作电流的作用，也在于减小本级负反馈，提高本级增益，这对于提高声音的鲜活度有明显的好处；2SA970作为电压放大级的核心，因为加入了密勒电容的补偿，对稳定整个放大器的工作状态起到最主要的作用，但在这里我增加了两个240K的电阻器与密勒电容并联，引入本级低频负反馈，这在理论上可以有效拓展放大器开环带宽，又不会影响高频增益，同时对于电压放大级的电源纹波抑制是非常正面的。具体可以参考《音频功率放大器设计手册》（DouglasSelf著）第四章，从他的结论来说，这个做法可以有效降低中频段的失真，实际上我们也能够听出比原来的声音更具圆润的感觉。

至于耳放增益的设定，最终还是使用一个2K19反馈和一个324R下地的结构，这样大约有8倍的放大倍数，折合增益约为18dB。这样，虽不足前边所说得20dB增益，却也具有比原机设计略大的增益，也比原使用2K55的反馈电阻是具略大的反馈量。

无声游侠

电路核心与差分输入级

何谓电路核心？这是我自己的叫法，也许不是很中肯，但确实每个电路都会有一个为其精确工作提供最基础最稳定的参照的一小块电路，这往往就是电路里的电压源、恒流源或时钟，而电路工作的稳定和精度就由其所决定。认真分析一下熊猫耳放的电路，其核心就是差分输入级所属的恒流源了；开始组装耳放时使用了一个K30A充当恒流源，尽管电路也能够正常工作，但其不到5mA的Idss却严重压制了输入差分对的性能，直到将其更换为K170V之后才将其性能大步的释放了出来；在我的机器里，恒流源的电流暂时定在5.6mA，这是单个差分管所能提供的最大电流，也是当信号负向摆动时从差分输入级为电压放大级的密勒电容所能提供的最大充电电流，这将直接影响到放大器的I/U变换速度，也就是所谓的转换速率。

我们知道，差分输入级的输入对管需要在其工作电流精确配对，差分两臂静态电流也需要尽可能地相等，这直接决定了放大器零漂电压的大小。尽管现代工艺的进步，但实际使用时就算是使用孪生对管也无法确保差分管的100%精确配对，所以使用直流负反馈的放大器是不可避免地存在着零漂电压的。熊猫耳放也是如此，但我们可以在R13处再串联一个电容器下地、也可以引入直流伺服电路来抑制零漂；或者可以像我一样通过修改R1或R2的方法来迫使差分级在其静态工作点处相互对称，这时，只要求放大器在达到最大输出功率是差分输入级仍能稳定工作在甲类状态就可以了；这也是熊猫耳放得以保证其仅有几个mV的输出零漂电压的原因。

至于差分管的选择，我会选择低噪音的、高β值/高跨导的晶体管。

无声游侠

电压放大级和转换速率

电压放大级为整机提供所需的电压放大，同时为输出级提供必要的偏置。熊猫耳放的电压放大级看起来就是一个差分电路的样子，粗粗想来可能无法做到两臂完美平衡的，可是在耳机放大器那最大几百mW的功率状态下，好像也不是不可能的样子。这里，真正起电压放大作用的是晶体管Q2，Q1与Q2互为对称，起到稳定工作点、降低失真和提高抗干扰能力的作用；下半部分的Q9、Q11构成吸收电流镜，更好地平衡稳定差分两臂的电流精度，增强上半部分的功能；晶体管Q10，不能简单地看成是两个下地的二极管，更重要的是为电压放大级正负电源提供一个平衡点，能够有效地抑制和减小非对称削波这一个问题，这是整个电路里最巧妙的应用！稳压管DZ2为末级提供偏置电压，取值当由输出级和负载决定，这里我使用1.8V的发光二极管串联1N4148代替，电压值为2.53V。其中电阻器R3＝R5＝10R，R4＝110+110//33=135.4R，这样两臂电流取值跟输入级一样，都是2.8mA；密勒电容后来修改为Ｃ１＝Ｃ２＝２０ｐｆ，Ｃ８、Ｃ９拆除了；R15、R16的取值待有必要时再考虑吧。

电压放大级输出某一频率信号达到最大电压摆幅同所需时间的比值就是所谓的转换速率了，这一般就由并联在电压放大管的BC两极的密勒电容及其Cob所决定。这样，提高放大器的转换速率或许可以简单地理解为：增加输入级的工作电流、增加电压放大级的工作电流、减小电压级密勒补偿电容的数值（这可能需要增加放大器的增益来维持其自身的稳定，而这又必然引起输出级和负载状态的变化）整个放大器有一个需要考量平衡各级工作状态的过程，不能想当然耳。在熊猫耳放这个特定的放大器里，如果有强迫症的话，通过示波器可以调整输入级和电压级的静态工作电流使电压正负摆动的转换速率达到一致。尽管对转换速率说了一小段，但转换速率其实并不是放大器里重要的工作参数。

slt009

写得好呀，值得学习。

slt009

今天学习楼主的，把恒流源的k246gr改成了k170bl，感觉解析高了许多，原来有些蒙的感觉没有了，推力也好像变大了。

slt009

三支k246换成k170声音变化有些大呀。

heju

谢谢楼主分享，看来我也要把我的熊猫二房搞一下了