处女作……WCF 耳放制作流水账……

中泽洋造

先发个测试图吊一下大家胃口


一： 前言：

作为潜水两年的潜水艇，觉得是时候上浮一下了。两年间，我无数次拜读各位版主和高手的帖子，不停地学习着，羡慕着，却从来迈不开那真正的一步——自己DIY一部机器。之前很多次有过动手的念头，但自己却以各种理由把这个念头给扼杀了。

一年前，买了副T1，希望能够逼自己开始动手，可不曾想到，一年之后我才开始拿起烙铁，为这副耳机配一台符合她身价的耳放。

自己的处女作就此开工。

这个工程横跨了两个假期，但总算基本完成了。所以我决定今天把DIY的过程放上论坛，报答Gautao版，路版，超人胆等版主和高手的无私奉献。没有你们的帖子，没有你们的分享，我从未奢望能有这个成就，谢谢！


二： 电路选型与设计

作为新手，电路一定不能过于复杂；作为一个攻城狮（工程师） ，总想享受一下自己捣鼓电路的乐趣。思前想去，最后决定做一个电子管的阴出耳放。

作为新手，总会好高骛远。所以天马行空地想出不少电路架构，但发现这些除了增加用管和灯丝功耗之外没有任何变化。最后看了路版、llzqq、超人胆的帖子，发现White Cathode Follower（WCF）结构能满足我对600欧负载时失真度的要求（小于0.1%，越小越好）。

1. 耳机电路架构（WCF架构分析）

WCF的分析可以参考Morgan Jones 的《电子管放大器》一书，同时Tube CAD Journal 网页里头也有分析，大家可以参考下。

有趣的一点是，Tube CAD Journal的文章中虽然察觉了上管屏极电阻与失真度的关系，也正确给出了失真最低时的最佳取值（Ra=1/Gm，与负载无关），但却没有解释为什么。求助于路版，他的回答有如醍醐灌顶，所以特此贴出来：“WCF有本级负反馈，所以失真最小，输出阻抗最低。上管屏极那只电阻实质上是反馈信号取样电阻。”

如果大家还不是特别明白，我在这里尽自己能力粗略地解释一下，如有不对请各位指正：

General WCF Topology

大家知道，如果将其看做一个阴随+横流盛（假设Ra不存在的情况），那么信号进入上管的栅极，产生输出电压和电流驱动负载。

但是如果我们加上Ra，流过上管的交流电流（同时也是流过负载的交流电流）将会在Ra上面产生压降。如此来说，输出电流在Ra上产生了交流电压信号，所以Ra可以看做是一个电流-电压（I-V）转换器。

我们又知道，此时Ra和下管的栅极是有电容连接，意即Ra的交流电压就是下关栅极的输入电压，此时由于负载接在下管的屏极，所以下管以共阴形态驱动负载。

那么，此时变成了上管和下管同时提供驱动负载的电流（这是与阴随+恒流盛的最大区别，恒流盛下管不提供电流，只吸收上管的直流电流）。

但如果我们仔细想一下，就会发现Ra感应的电流（或者电压）是有失真成分的！那么这个失真成分被送入下管进行反相放大（共阴电路），与正相的输出电流刚好呈180度反相，可以互相抵消一部分！也就是说，这电路存在一个误差消除回路，这也就是为什么这个电路能有如此低的失真和输出内阻的原因！而Ra取值大小决定下管放大电压的大小，太小无法完成抵消，太大会使下管输出信号削波（也就是增加了新的失真成分）。

总而言之，WCF在各种输出电路中由于失真小，内阻小，相当适合驱动低阻负载（耳机）。

至此电路架构确定：一级共阴放大直耦入WCF输出级。

WCF Schematic

（P.S: 后面的经验发现，第一级用有源负载也许会更好，我在最后的总结里头会讨论下）

2. 选管：

这个耳机虽说是为了600欧的T1设计的，但也要考虑32欧左右的耳机，所以大电流的管子是必须的。5687和6DJ8系列都是相当适合这种应用的双三极管，线性不错，跨导（Gm）高，大电流。所以我电压放大选了6DJ8，WCF输出选了5687，因为5687的datasheet中有电流高达32mA的应用！但是这次为了延长管子寿命，我将5687工作电流减到20mA左右，但在这个情况下6DJ8其实更适合（因为5687的灯丝电流接近1A，灯丝功耗是6DJ8的近3倍！）。不过我已经买好了管子……所以……就只好用了5687。

3. 电源：

作为对噪音相当之敏感的耳放，电源是重中之重。

电子电路的噪声一般分为元器件产生的噪声，外界干扰行成的噪声，和供电的工频噪声。第一种可以通过优化电路架构、采购好原件来解决，第二项需要适当的接地和屏蔽，而第三种除了需要合理接地外，还需要电路本身PSRR好，和高压滤波尽可能完全。
由于电路架构和零件已经确定，接地也可以进行适当的设计，所以只有在电源上动脑筋了。最后决定采用Gautao版主的反馈型并联稳压电路，根据Gautao提供的计算方法，选用并管12AX7作为误差取样放大级（高增益），并管5687作为调整管：



调整管的大电流使得5687的阴极电容也是巨无霸……（至少820uf），这在后面让我相当之头痛……

另外，稳压电路的5687和WCF的上管5687都抬高了灯丝电压（附图中有简单的分压电路）。

同时也采用了路版的消除输出冲击电路（还在调试中，所以有一个电容取值未定）

（P.S: 后来发现，有源滤波应该会节省不少空间）

4. 电源变压器：

利用忘记咪咪的计算表格就好，在此不详细叙述：



（第一第二部分完，大家如果有什么问题尽情问 ）



补充内容 (2014-7-27 23:42):
最后那个wcf的图是错的，但现在我删不了，如果版主方便的话可以帮忙删下

补充内容 (2014-7-29 19:20):
65楼新增有关变压器屏蔽的内容（路版的方法）

coole

这贴不错，有教科书的感觉！期待下文。

天马飞云

第一张线路图V3  5687的栅极什么也没有接？

耳朵有毒

学习了，有点高深慢慢消化。

闭关锁国

英语写的很漂亮，

中泽洋造

天马飞云 发表于 2014-7-19 06:51
第一张线路图V3  5687的栅极什么也没有接？

不好意思……漏画了，很快补上

超人胆

电源好复杂。我的电源是CRCRC滤波，B十电压调整2个R电阻。
灯丝电压双线并绕3•15V串联，中点接地，

简单的电源，整机安靜，听不到一丝交流底噪。

中泽洋造

超人胆 发表于 2014-7-19 10:15
电源好复杂。我的电源是CRCRCRC滤波，B十电压调整3个R电阻。
灯丝电压双线并绕3•15V串联，中点接地， ...

确实复杂了些，所以打算下次用一下电子滤波看看。选用稳压的原因是想一次成功，后来发现Gautao版主的并联稳压几乎不用调试，所以就算电源复杂也没出什么问题。

超人胆

中泽洋造 发表于 2014-7-19 10:29
确实复杂了些，所以打算下次用一下电子滤波看看。选用稳压的原因是想一次成功，后来发现Gautao版主的并联 ...

除了没装过输出变压器的耳放，其他的较流行的都装过玩过。成功与否与用不用稳压没太大的关糸，我装过N台耳放都没用稳压都是阻容滤波，都很安静，（供参考，主意你自己拿）

超人胆

超人胆 发表于 2014-7-19 10:46
除了没装过输出变压器的耳放，其他的较流行的都装过玩过。成功与否与用不用稳压没太大的关糸，我装过N台耳 ...

老兄能说说牛出有什么优势吗

中泽洋造

超人胆 发表于 2014-7-19 10:46
除了没装过输出变压器的耳放，其他的较流行的都装过玩过。成功与否与用不用稳压没太大的关糸，我装过N台耳 ...

好的，谢谢您的经验！那么我对下次制作时简化电源电路就更有信心了！

中泽洋造

三： 细化设计与制作：

现在大致的计划已经成型，下一步就是做出那一群又重又大的玩意儿，然后尽可能塞进机箱里去。

1. 变压器绕制：

绕线机和骨架准备好，开绕！

初级绕前垫纸，因为线还算粗就没有层层垫纸（因为在忘记咪咪的表格中我的窗口占用率达到39%，只能精打细算）



初级绕完，垫纸以免漆包线和屏蔽层短路：



（还有，不要像我一样直接漆包线引出，可以参考其他高手的饶牛帖子用铜线引出）

屏蔽层的制作（笨办法，直接用铜片引出，铜皮不能互相接触）



搞掂屏蔽层后，开始绕次级：



本来打算不层层垫纸的，但绕到第三层就开始乱了，所以之后层层垫纸：



下面绕两组灯丝绕组……（又粗又难绕 ）

终于绕完了，用马拉胶带缠绕，同时把侧边也缠绕了，避免插片的时候伤到漆包线（因为我那个线包已经有点凸出去了）

插片：





没想到竟然还能插进去……太高兴了

可惜四月份绕完之后就得开学了……直到6月份才能继续干活。

用自干漆浸漆：

没有烘干设备怎么办？用焐窝！这玩意能加热东西，但不能控温，为了保证能达到热平衡，在那上面盖了个铁盆子来散热，这样就能维持一个恒定的温度（没有好设备伤不起啊 ）



浸好漆之后在外面晾干：



晾了一天以后二进宫，继续进焐窝：



之后自己做了一个接线架，裸露的线用黄腊管包着：



突发奇想用信号发生器测试一下这个变压器：

首先用50Hz正弦波测试各个绕组的空载电压比值，测试完发现基本吻合。

然后用1Khz方波测试了一下，发现有些奇怪的问题：



因此我怀疑有振荡，换回正弦波扫频测试，发现45kHz左右有个峰。

个人分析，此时如果电网有45kHz左右的杂波的话，就很容易通过变压器窜入放大电路，产生噪声，所以并联稳压电路的重要性就凸显出来了，希望到时候Gautao版主的电路能够抑制这个杂波。

2. 机箱安排和电路布局设计：

等绕完这接近2公斤重的变压器后，就等到了机箱。

本来机箱到达之前，按照13厘米宽的标准（店家给的数据）设计了一种布局，打算所有搭棚在环氧树脂板上完成，避免铝壳导电的问题（新手什么都怕 ）





等机箱一到……发现可用的宽度只有11厘米（因为侧板的突出部达到了1厘米）！实在太小了……所以不得已只好把输出电容放到第二层去了，两层之间通过3cm铜柱进行连接：







排布的时候，遵循从猫版帖子上学到的知识，各级星形接地，用母线连接（未画出）。这不是玄学，我读过的一本Circuit Designer Companion里面详细地解释过为什么不良的接地会产生问题，还有如何从原理上理解这些问题的解决方案。我希望以后有时间能翻译一下贴上本坛，让大家真正从理论上理解接地的原理。（这本书第一章就是接地，大家可想而知这在电子领域有多重要）

3. 切割环氧树脂板和机箱开孔：

首先是切割环氧树脂板（按照自己之前的设计）：

首先先用圆规的笔尖划出边框和打孔位置，然后用手锯锯开，用锉刀修正到合适的大小（空间太小）

之后用电钻打孔，先用手中找得到的最小的钻头（2mm）开定位孔，再逐渐扩到3mm，4mm等，电子管所需的大孔就先开一圈小孔再用锉刀修正：







（最后为了开那个长条形的孔，连之前做模型用的小锉刀也用上了……）



3mm铜柱由于与零件靠的很近，所以全部包上热缩管绝缘：



组合起来的样子：



机箱打孔时没拍照，所以只有和环氧树脂板组装的时候的照片：



4. 焊接电路：

本来当焊工还是所有制作过程中我比较熟悉的一个（因为在学校做lab的时候焊过一个只能收一个台的收音机）：



但是有鉴于这次空间实在小的可怜，所以焊接还是有点难度的：

走灯丝线（线买太粗了 ）：



固定大件（电容等）：



开始焊接：



基本焊完：



焊接完毕：



这次因为原件之间距离过近，我在一些比较容易短路的原件引脚都套上了废弃的线皮做绝缘。这次最大的经验教训就是：机箱一定要买大！一定要留够足够的空间！所有原件都要安排好。

uuuuuuuuu

建议用洞洞板搭起电源电路，你那样很不稳定的，又危险。不是贪快的。

中泽洋造

uuuuuuuuu 发表于 2014-7-19 16:42
建议用洞洞板搭起电源电路，你那样很不稳定的，又危险。不是贪快的。

是啊，不过这次已经搭好了，以后打算用PCB板来根除这个问题。这次可以说算作一个试验品，用来锻炼自己，吸取教训的。
没办法，这次机箱实在太小，很多线比较杂。
谢谢您的建议，这确实是下一步的改进方向

landemaomao

设计的挺好的，可是最后搭棚就不是那么一回事了。

出入之间

我还没做过耳放呀

金色闪电

呃，，，你应该按照下面这个顺序来做“

设计电路-----采购零件-----地摊实验-----定型------->最后买壳子。
这样就不会那么窘迫了。

超人胆

中泽洋造 发表于 2014-7-19 18:52
是啊，不过这次已经搭好了，以后打算用PCB板来根除这个问题。这次可以说算作一个试验品，用来锻炼自己，吸 ...

这机箱不小了，确实要改进，供参考http://bbs.hifidiy.net/thread-974916-1-1.html

中泽洋造

超人胆 发表于 2014-7-20 18:11
这机箱不小了，确实要改进，供参考http://bbs.hifidiy.net/thread-974916-1-1.html

是啊，您那个是WCF上下管同一管是吧？这样确实好像简单不少！不过这次供电电压达到了260多V，所以安全起见用了450V的电容，确实不好放。

这几天比较忙，过几天继续上测试部分。

yxm7293

我是来学习的