價廉物美安全的電子管耳機放大器 電子管耳機放大器
基本特點
大家知道，電子管放大器的聲音不同於晶體管放大器，從音色上說，可能更容易被人們接受，造成這種情況的因素很復雜，可以說眾說紛紜，莫衷壹是。
不過，從放大器本身特性看，首先表現在二者的放大特性曲線的不同上。電子管的特性曲線變化比較平緩，其失真隨輸入信號增大而增加的趨勢比較慢，尤其是在不加負反饋的情況下使用時表現得更為明顯。現代晶體管放大器則有所不同，大多要加較深的負反饋以獲得較低的失真，但是壹旦出現過載，失真便會突然大增。雖說電子管放大器也會出現過載失真，但它仍是平緩地逐漸增大的。對於這兩種失真類型，人耳的感覺是不同的。由於人耳在高聲壓下的聽覺呈非線性，對於電子管產生的那種緩種而“自然”增長的失真，人們聽起來更象是壹種音量的提高而不象是失真的增大。對於晶體管那種具有“突變”性質的失真，人耳的感覺則是相當敏感的。
電子管和晶體管放大器的另壹重要不同之處便是，電子管放大器的內阻比晶體管機高，因此對跨接在它兩端的換能器（耳機或揚聲器）阻尼較小，而晶體管放大器的低內阻輸出特性將對換能器產生強烈的阻尼作用，這種阻尼作用將使換能器的頻率響應變得十分平直， 應該說性能相當理想。不過與此同時也“磨平”了換能器的獨特個性，而電子管的種種個性正是它有別於晶體管而產生獨特音色的重要因素之壹。
作為本電路設計上的壹大特色是它的直流高壓供電不是常見的200~250V直流電壓，而只是+40V。換言之，是用類同於晶體管放大器的電源電壓來制作電子管放大器。因而雖是電子管放大器，但制作起來像晶體管壹樣安全。此外，電壓低，元器件的耐壓也低，這當然有利於大大降低成本。下面還會看到，電子管的燈絲供電與40V直流電壓的取得，由同壹個12V繞組（最好是兩個6V繞組）提供，而無需電子管專用的電源變壓器。特別是電子管放大器制作中的壹大難點――輸出變壓器，本機中也用小功率（5VA）電源變壓器加以代用，而且高低頻性能相當好，能夠滿足HiFi聽音的要求。
總之，這款耳機放大器取材容易，制作方便，成本特低，安全可靠，特別適合初學者制作。就是對於耳機發燒友來說，也很有借鑒意義。在此電路基礎進行種種實驗，不難進壹步提高它的性能和音質。
電源本耳機放大器的電路如圖1所示。這是壹個雙聲道電路。大致可以看出，輸入有音量控制，輸出有32Ω和600Ω兩種接口，采用壹個6V×2（10VA）小功率電源變壓器供電。也許讀者會對這個耳機放大器使用5W輸出的“大”功率電子管EL84（等效管為6BQ5）感到不解。不過只要想到本機工作於40V的條件下時，就不會感到過於奇怪了。實際上EL84工作在+40V屏極電壓和5mA的屏極電流下，其功耗僅為200mW，僅為EL84普通正規應用時的功耗的1/50以下。由此也可看出，本機不僅在電氣上是安全的，管子本身的發熱也不像普通膽機那樣燙手，因而從熱的方面看也是安全的。
選用EL840/6BQ5的原因，主要是它們的價格相對便宜，而且目前它們還在繼續生產並應用於許多HiFi放大器中，長期使用不大會有後顧之憂。此外，采用6.3V供電的EL84/6BQ5，對於簡化電源的設計也有有利的壹面。因為利用燈絲繞組進行三次倍壓整流恰好能獲得所需的+40V直流屏壓。
EL84/6BQ5的燈絲電壓為6.3V，燈絲電流為0.7A，功率消耗約4.5VA，左右聲道兩只管***同需10VA。由於屏極電流很小，因此本機只要有壹個10VA的小功率電源變壓器即已足夠了。至於次級電壓，實際上有二個6V繞組即可。從理論說，把兩只EL84/6BQ5的燈絲串聯起來，用壹個12V繞組供電也是可行的。不過從實際使用情況看，當兩只管子燈絲串聯後接到12V繞組上，每只管子得到的燈絲電壓往往並不相同，所以還是以采用兩個6V繞組的更好壹些。
EL84/6BQ5屏極所需的40V直流電壓也由6V×2繞組經三倍壓整流取得，其工作原理如圖2所示。在選用電容器時註意耐壓值，本例中C1、C2取35V，C3則為63V。
放大
為便於說明，把圖1中放大部分的電路畫在圖3中。這是壹個典型的單管A類放大器。輸入信號經音量控制後通過柵極防振電阻R1加到EL84的控制柵，經EL84放大後的輸出信號經耦合電容C4加到輸出變壓器的初級，次級可接32Ω阻抗的耳機。如果采用高阻抗（600Ω）耳機，則可直接與耦合電容相接。輸出變壓器與EL84屏極采用電容耦合，因而變壓器初級沒有直流電流過，可防止變壓器因直流磁化作用而產生的失真。
圖4是EL84在屏極和簾柵極電壓均為40V下的柵壓屏流特性曲線。EL84的靜態工作點可由此圖確定。作為A類放大，工作點照例要這選取在特性曲線線性部分的中點。顯然，負柵壓以下的線性範圍的中點就是圖中的P點。相應於該點的柵壓為－0.5V，屏流為5mA，此時放大器的非線性失真最小。據此，EL84的陰極電阻R2設為100Ω，5mA屏流在其上壓降0.5V恰好可以作為它的工作偏壓，通過音量控制器P1和R1加到EL84的柵極。
由於電子管必須在負柵壓下工作，以防出現柵流，由圖4可知，在上述工作條件下EL84柵極輸入信號電壓允許的擺幅0~-1V。從理論上說，只要柵極相對於陰極為負電位，陰極發射的電子都“飛向”電位為正的屏極而不會“飛向”柵極形成柵流。不過實際情況並非壹定如此。特別是本機的屏壓較低，當輸入信號擺幅到到0柵壓時，仍會產生20uA的柵流。遇到壹些特別強的信號，柵壓瞬間為正而會出現更大的柵流，本機柵壓為+1V時的柵流可達300uA。出現柵流會使放大器的輸入阻抗急劇下降而產生失真，因此要盡量避產生柵流。但是偶然在0柵附近出現壹些柵流也是允許的，其前提是要保證這些柵流及時得到泄放。否則，來自陰極的電子不斷地聚集在柵壓上得不到泄放，柵偏壓將越來越負而影響正常的放大特性。為了及時泄放柵流，柵極回路到地的電阻不能過大。普通放大器中，這個電阻（也叫柵漏電阻）大致在100K~1MΩ範圍內。這個電阻也不能過小，否則放大器的輸入阻抗可能太低而不能與信號源獲得良好的匹配。本機中這個電阻是由音量電位器P1來兼任的，這時選取100KΩ，能夠兼顧信號源匹配和泄放柵流的要求。
EL84的低壓工作條件與其標準工作條件大相徑庭。這會不會影響它的音色特點呢？對此不必擔心。因為只要仔細比較壹下二者的特性曲線，就可以知道二者是很相似的，而實際的制作實踐也證明了這壹點。
輸出
本機的最大特點之壹是用小功率電源變壓器代替專用的輸出變壓器。雖說降低了成本，方便了制作，但也要選擇合適的變壓器才能獲得滿意的效果。這是因為壹個好的輸出變壓器需要滿足諸多方面的要求。
首先，輸出變壓器要滿足阻抗匹配的要求，即把電子管的高阻抗轉換到耳機的低阻抗。電子管的負載阻抗RL可以由它的靜態屏極電壓Ua和屏極電流Ia來估算：RL=Ua/Ia。
EL84標準工作狀態下的Ua=250V，Ia=48mA，故RL約為5KΩ。實際推薦值在4.5~5.2KΩ範圍內。對於低壓工作態狀，上面已知Ua=40V，Ia=5mA，故RL約為8 KΩ。實際的負載阻抗可在8 KΩ的上下範圍內選取。不過壹般傾向於選用較小的負載阻抗，這有利減小失真，特別是有利於減小三次諧波失真。
本機選作輸出變壓器的電源變壓器的初次級匝數比（也即其初次級電壓比）為230V：18V=12.8:1。按變壓器理論可知，它的初次級阻抗比為匝數比的平方即164:1。市售HiFi耳機最常見的阻抗為32 Ω，把它接到上述電源變壓器的次級後，其初級阻抗即為32 Ω×164=5240 Ω，基本符合EL84的要求。應該說明，上述情況是輸出變壓器直接接在EL84屏極回路裏時的情況。實際上，本機與變壓器之間采用阻容耦合。也就是說，EL84屏極多了壹個1 KΩ的直流負載電阻。這個電阻降低了EL84的實際的RL值，故選用作為輸出變壓器的電源變壓器的匝比低壹些，也許匹配會較好壹些。換言之，如果使用次級電壓為20~24V的變壓器，阻抗匹配會更合適壹些。
同時，為了獲得足夠寬的頻率響應，要求變壓器的初級電感要大而漏感要小。圖5為輸出變壓在低頻和高頻時的最簡等效電路。低頻時漏感可以忽略，初級電感則與負載電阻RL並聯（圖5b）。顯然，初級電感越大，低頻時它對RL的旁路作用越小，即重放頻率越低。高頻時初級電感可以忽略，而漏感將起作用，由於漏感是與負載電阻相串聯的，因7此高頻時它會減小負載電阻上的信號電壓，使高頻響應跌落。為此，在EL84的直流負載回路中串入電感L1，L2，連同輸出變壓器的作用，獲得了平直的響應曲線。本機使用的電源變壓器規格是230V（50/60Hz），次級18V，功率容量4.8VA，實際頻響為20Hz~45KHz。鑒於電源變壓器的繞制工藝都相當簡單，能取得這樣的響應是十分理想的了。其實，要買到這樣規格的變壓器也可能不太容易，這樣設計的更實在的意義在於，與其花時間去尋覓這樣的變壓器，還不如自己繞制壹個來得更方便壹些。因為這個“電源”變壓器並不用在對絕緣性能要求很高的市電網中，可以說它對絕緣幾乎沒有要求。自己繞制時，還可通過采用簡單的分層或分段繞制工藝來改進其性能。本機的其它性能指標是：
上面的特性表中給出了EL84陰極有無負反饋時的部分特性。有陰極負反饋時（即去掉100u陰極旁路電容），失真較低，但聽古典音樂時可能少壹些電子管的“溫暖”，多壹些透明感，而聽搖滾樂時會產生壹些電子管類型的失真。並根據自已的愛好來選擇到底要不要施加陰極負反饋，或加壹個開關來實現有無負反饋之間的轉換。
制作
有關變壓器的要求，以上已作了詳細說明。EL84屏極補償電感L1、L2的電感量為330mH，市售小型電感線圈的電感量最大也僅100mH左右，可以用2~3個串聯起來代替。也可利用這些電感線圈通過加繞匝數來改制。不過改制應註意的是，新加上去的繞線方向應與原來繞線方向壹致。因此實際繞制時最好把原線圈外絕緣剝去，拆下全部繞線並記住它的匝數（設為N1）和電感量（設為L1），如果重新繞制後的電感量要求為L2，那麽應繞制的匝數N2為：N2=N1×√L2/L1。由此可見，如要把原來的100mH電感改為300mH，只需把原來的匝數增加到1.7倍即可。電感中只通過5~10mA電流即可，只要體積不過大，可用原來的線經繞制，否則也可選用較細壹些的導線繞制，壹般只要繞線電阻不超過500Ω左右就可以了。不過應指出，當使用高阻抗耳機時，L1、L2可以省去。
有關元件的耐壓已在圖1中註明。其余元器可按壹般要求選用。由於整機僅屈指可數的幾個RC元件，完全可以利用電位器、管座及變壓器等的焊片作為支架進行直接搭接。圖6的布局可供參考。
大多數年青的音樂或音響愛好者選用耳機欣賞音樂，可能主要出於經濟方面的考慮。作為耳機放大器，本機具有很好的性價比，應該是他們入門的理想“伴侶”。