单电源运放高阻耳放实验制作

Jerry@m

0. 以前讨厌耳机，现在改变看法，入手了森海HD650（300欧）和铁三角ATH-R70XA(470欧），开始尝试制作耳放。

1. 打算先用双运放，输出分别针对两款耳机使用分压电阻输出；

图1：电路图


2. 电源制作完成后测试结果：

2.1 20毫安输出时，整流滤波输出纹波80毫伏（Vpp），317输入端、输出端纹波示波器不可见，毫伏表读数0.15毫伏；

2.2 50毫安输出时，整流滤波输出纹波150毫伏（Vpp），317输入端、输出端纹波示波器不可见，毫伏表读数0.18毫伏；

2.3 全部4个100n电容是特意后安装的，示波器、毫伏表测量均没有明显可见效果；

3. 运放放大器安装完成，采用芯片插座，先用NE5532（几毛钱一个的那种），测试结果如下：

3.1 输入对地短路，静态电流2.5毫安，输出噪声毫伏表显示0.1毫伏；

图2： 零输入时输出（负载300欧）


3.2 方波测试（负载300欧，输入1.8Vpp，电流应该是5、6毫安的样子）

图3：20Hz方波


图4：1KHz方波


图5：20KHz方波


3.3 RMAA测试

图6：总结，第一列是DAC直连ADC；第二、三列是1.8K输出电阻接ADC（去掉负载，否则达不到测试电平 - ADC输入阻抗太低）；第四、五列是直接测试运放输出（降低DAC输出使测试电平合适）；


图7：频响


图8：噪声


图9：谐波失真


图10：互调失真，我总感觉这个指标应该对听感影响很大，但没什么明确理由；


3.4 那个立体声互扰指标，不知为什么这样，搞不定，应该是ADC部分有问题；

swsw4321

MT4S301

R6 R7 R19 R20加上去不就不hifi了吗，因为耳机阻抗根本不恒定.也不太线性

zxhdoop

楼主的测试设备有问题，THD参数很低，但THD+扫频才-90dB绝对有问题。

Jerry@m

swsw4321 发表于 2026-2-14 03:54

反相放大考虑过，主要是输入阻抗低这个坎心理过不去，电阻增大噪声就来了，本来这个设计一个主要目标就是尽量控制噪声，再有我也不大介意反馈落地电容，所以最终还是选择了同相放大；另外，如果运放直接输出，输出电压太低，谐波失真相对要大，所以选择增加运放闭环增益，之后用电阻衰减；

Jerry@m

MT4S301 发表于 2026-2-14 16:02
R6 R7 R19 R20加上去不就不hifi了吗，因为耳机阻抗根本不恒定.也不太线性

确实有此问题，不过从频响曲线看我觉得这个影响应该不大；如前面回帖所述，我考虑运放输出电压不可过低（否则THD+N会大），毕竟电阻是线性的，所以即便耳机阻抗不恒定也不线性，如果影响不大还是可以的，RMAA测试数据感觉也证实了这个想法（如果那些数据比较靠谱的话～）；

Jerry@m

zxhdoop 发表于 2026-2-14 20:01
楼主的测试设备有问题，THD参数很低，但THD+扫频才-90dB绝对有问题。

嗯，应该有问题，但现在我没能力解决，先凑合用作参考吧～

Jerry@m

3.5 试听：硬伤没有，主要是噪声确实没有；两耳机同时插上听，来回换，音量没啥变化，音色有区别，但不大，好像森海300欧的好些；软伤：音质不好（同样的流行歌曲，感觉没有之前制作的蓝牙音箱听着舒服），不会形容，直觉想到的词是 - 解析度不好，白开水，不过低频倒是丰富；本打算换运放（先换个比较贵的5532）测试对比，无奈买年货贴对联把时间搞不够了，得等年后了～

图11：初版试听中

zm70

做耳放不能用反相输入模式，反相放大输入阻抗低输出阻抗高，耳放要求放大器输出阻抗尽可能低输出电流才能更大，前级里可以反相放大，失真更小

MT4S301

Jerry@m 发表于 2026-2-14 23:56
确实有此问题，不过从频响曲线看我觉得这个影响应该不大；如前面回帖所述，我考虑运放输出电压不可过低（ ...

你说得对，结果才最重要。
顺便能主观评价下铁三角那个高阻耳机的感受吗

Jerry@m

4. 换JRC5532DD运放（不记得多少钱买的，但比较贵是一定的。），测试结果如下：

4.1 输入对地短路，静态电流8毫安，输出噪声毫伏表显示0.1-0.12毫伏；

图12： 零输入时输出（负载300欧）


4.2 方波测试（负载300欧，输入1.8Vpp，电流12.5毫安）

图13：20Hz方波


图14：100Hz方波


图15：1KHz方波


图16：20KHz方波


4.3 RMAA测试

图17：总结，第一列是DAC直连ADC；第二、三列是1.8K输出电阻接ADC（去掉负载，否则达不到测试电平 - ADC输入阻抗太低）；数据显示这个芯片性能比之前的好太多！


图18：频响


图19：噪声


图20：谐波失真


图21：互调失真，比之前的便宜的NE5532好很多；


4.4 试听：似乎换了这个JRC的比之前音质有提高，也可能只是心理作用；总之没有本质变化，不满意；

5. 换OPA1612运放，测试结果如下：

5.1 输入对地短路，静态电流7.5毫安，输出噪声毫伏表显示0.05毫伏；

图22：未上电时示波器显示


图23： 零输入时输出（负载300欧）


5.2 方波测试（负载300欧，输入2.1Vpp，电流15毫安）

图24：20Hz方波


图25：100Hz方波


图26：1KHz方波


图27：20KHz方波


5.3 RMAA测试

图28：总结，第一列是DAC直连ADC；第二、三、四列是1.8K输出电阻接ADC；数据显示这个1612比之前便宜的NE5532好很多，但没想到的是比不过JRC5532DD；不过，通过方波测试，大致算得三枚芯片的压摆率分别是0.17（NE5532）、1.0（JRC5532）和4.3（OPA1612）伏/微秒，1612大幅度胜出；

图29：频响


图30：噪声


图31：谐波失真


图32：互调失真


5.4 试听：与JRC5532版对比，没听出不同；总体感觉是不通透，低音太多；不HiFi，不满意；

6 经过思考并上网查找相关文章，感觉整体电路设计思路错了，如之前3#楼MT4S301所指出，输出电容后面的电阻是最大的问题（我当时认为既然频响没问题应该就没问题，忘记了测频响是用的纯电阻负载），按网上说，森海厂商指出过：森海耳机是按照低输出阻抗放大器设计的，耳放阻抗越低越好，阻抗高了低音会太多，这个很符合我试听结果，同时有理由推断，铁三角耳机同样需要低阻抗放大器；所以，下一步将重新设计电路为低阻抗输出。

Jerry@m

7 修改后的放大器电路图（V2）：改运放闭环增益为2V/V，反馈电阻选1K；去掉输出电阻分压网络；10R输出电阻是为了防止自激；

图33：V2版放大器电路


7.1 简单测试及试听：简单测试了一下电路工作正常就开始试听，感觉确实比此前电路有明显改善，但还是有隔层纱那种不通透的感觉，比较沮丧，想来想去，会不会是音源问题？我用的是酷狗+蓝牙+解码。找来了尘封的播放器+TF卡上的FLAC文件，随便一试震惊了，效果太哇塞了，当时直接感觉就是-完美，项目结束！听了一个多小时，后面又是两个耳机同时插上来回听，都好，都满意，决定详细测试一下收工～

7.2 开始两路均连300R电阻作为负载（既然两耳机同时听没问题，这样也应该没问题），开机后电流稳定在7.5毫安左右即开始用毫伏表测噪声，发现0欧那路一接毫伏表就发生自激（电流增大到10+毫安），10欧的没有问题，于是去掉0欧那路只使用10欧那路，但这时这路也有一个声道自激。最终在反馈电阻上并22p电容彻底解决；静态电流7.5毫安，毫伏表显示噪声为0.05毫伏；

图34：电路未上电时示波器显示


图35：上电后零输入时输出显示


7.3 方波测试（300欧电阻负载，输入1.8Vpp，输出3Vpp，电流全程12～12.5毫安）：

图36：20Hz方波


图37：100Hz方波


图38：1KHz方波


图39：10KHz方波


图40：20KHz方波


图41：40KHz方波


7.4 RMAA测试

图42：测试数据对比表（第一列是DAC、ADC直连，二到六列是输出电容没有加104、105小电容的测试，最后两列是输出并联了104、105独石电容的结果，看来没什么正面效果）

图43：频响


图44：噪声


图45：谐波失真


图46：互调失真


图47：测试现场


8 总结：单个双运放采用最简单的电路完全可以搭建能接受的（至少对我来说，效果超预期）高阻耳放，不用扩流，不用双电源以及相应的保护电路。

图48：最终放大器电路（输出电容并联的1u、0.1u可以去掉）

zm70

图中Vref设计不合理，两个10K分压+1000uF储能，半电压建立时间10秒，其实完全没必要这么复杂，运放输入阻抗10K，用两个20K分压既可以得到10K交流阻抗，也可以得到半电源电压为运放提供直流偏置，对交流而言两个20K是并联的

Jerry@m

zm70 发表于 2026-2-22 06:03
图中Vref设计不合理，两个10K分压+1000uF储能，半电压建立时间10秒，其实完全没必要这么复杂，运放输入阻抗 ...

嗯，有道理，我测试时放大器要1分钟才完全稳定，和这个应该有关。我当时想的是：这个半电压是否稳定对放大器的效果来说举足轻重，因为它上面任何夹杂信号都会直接以输入信号形式加到运放输入端，所以我对它进行了额外处理，可能有些画蛇添足了～

zm70

Jerry@m 发表于 2026-2-23 23:48
嗯，有道理，我测试时放大器要1分钟才完全稳定，和这个应该有关。我当时想的是：这个半电压是否稳定对放 ...

如果在乎半电压品质可以用这个电路，两个100K分压，100nF退耦，5532接成跟随器提供极低内阻半电压，不过你这个耳放太简单，用两个20K分压就足够了

jacksl528

核心问题：
对于中高阻抗的耳机而言，需要的是“高电压摆幅”来展现动态。

用OPA1612本身就不合理了， 就算正负18V供电都只能算勉强。 还单电源。

Jerry@m

zm70 发表于 2026-2-24 15:20
如果在乎半电压品质可以用这个电路，两个100K分压，100nF退耦，5532接成跟随器提供极低内阻半电压，不过 ...

收到！这个电路一定记下，感觉日后必有用，谢谢指点！

Jerry@m

jacksl528 发表于 2026-2-24 21:43
核心问题：
对于中高阻抗的耳机而言，需要的是“高电压摆幅”来展现动态。

关于这个“高电压摆幅”和动态的问题，我确实比较困扰，毕竟耳机用的只有3V峰峰值，但确实看到很多关于供电电压高的好处的说法，只是以我现在的认知还难以理解，以后理解了再改吧～