用三种运放制作LP唱机的唱头放大器.docx
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用三种运放制作LP唱机的唱头放大器
用三种运放制作LP唱机的唱头放大器
2011年购买了一台皮带传动、全铸铝唱盘的LP黑胶唱机一一美国狮龙PM-9805。
此唱
机唱头是动磁型(MM)的。
狮龙PM-9805底噪非常低,即使戴上监听级别的耳机来听,其微弱的交流声也几乎不可闻。
但此唱机没有内置的唱头放大器,需要自己另外制作。
为了使用此唱机,DIY了MM唱头放大器。
先后用三种IC,实验了两种类型。
先用LT1057制作反馈型唱放。
LT1057是1992年专程去上海一家无线电/音响商店买的。
电路图和做好的实物及
印版图片如下:
+15W
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该线路放大倍数计算:
低频:
【(0.68K+910K+56K+4.7K)/1.2K】+仁810
中频:
【(0.68K+56K+4.7K)/1.2K】+1=52
高频:
(0.68K/1.2K)+1=1.57
RIAA均衡网络转折频率的时间常数计算:
高频(4.7K+56K)X1.2nF=72.84^S
中频(4.7K+56K)X4.3nF=260^S
低频910KX4.3nF=3913^S
与RIAA标准转折频率的时间常数相比,有些误差。
RIAA标准转折频率的时间常数如下:
t仁trebletimeconstant,75uS(2120HZ)
t2=mediumtimeconstant,318uS(500.5HZ)
这可能是此系成品机线路,采用非标准系列元件不方便所致。
由于我第一次DIY唱头放大器,没有经验,所以没有修改,照搬原线路的设计值挑选元
件。
所有元器件都从手头已有的元件中挑选。
LT1057采用金属封装的。
±15V稳压电源用美国线性技术公司LT317和LT337制作,而不是常见的LM317LM337。
LT317和LT337也是1992年在上海同一家无线电/音响商店购买的。
当时国内《无线电与电视》杂志介绍说,美国线性技术公司LT317和LT337的稳压性能特别好,共模抑制比很高,
输出紋波极小,输出电压漂移极小,特别适合用来制作土稳压电源。
电路图如下。
图中可调电位器采用多圈精密电位器,以避免阻值漂移引起输出电压波动。
稳压电源图片如下,土15V
分别用LT317和LT337。
整流元件采用60V10A肖特基二极管。
此管内部有2个二极管,本身是共阴极结构,
引出1个阴极,两个阳极。
我在外部再将两个阳极引出脚并联起来,实现两管并联运用,达到进一步降低内阻,提高开关速率,减少整流输出波形毛刺的目的。
此举效果很好,唱放做好后,没有来自电源的任何干扰。
试机在重播音乐时,反馈型唱放的定位、三维(3D)、空气感和速度反应等等的表现平平,很一般,尤其高频虽然较柔顺,但细节不多,有些暗晦:
中频不够饱满,人声底气有些不足;
低频的量感虽然较多,但无力一一较”肥”。
尽管听感上有这么多的缺点,但唯一的优点也是
明显的:
信噪比较高,唱头输入端对地短路时,唱放输出0.02mV(RMS),放唱片时输出5001200mVRMS),信噪比88〜94db。
对于唱头放大器,信噪比固然重要,但是听感更加重要。
然而定位、三维(3D)、空气感和速度反应等等表现平平正是反馈型唱放先天缺点,无法从根本上改变。
于是想试试RC衰减型唱放音音质如何。
二、用美国线性技术公司LT1058制作RC衰减型唱放。
(1)首先确定唱放所需的增益:
MM唱头输出2.5mV,
带前置放大的合并式功放所需的输入电平:
550m\〜1000mV(RMS
输入到输出所需增益:
20吨(550/2.5)=20log220=46.8db
RC衰减网路将衰减增益约20db,
所以电路总增益:
47db+20db=67db
第一级运放增益:
20g(160/1)=20log160=44db
第二级级运放增益:
20g(180/10)=20g18=25db
(2)再计算RIAA均衡网络转折频率的时间常数
采用Gautau版主(在中国音响DIY的网名)的建议,以英国新式的RIAA/IEC60098
2505卩S爲基礎计算
R1xC1=590.8018868^S
(R1+R2)xC2=2505^S
R2xC2=318卩S
R1//R2xC1=75卩S
另外2个电阻和2个电容取值,还必须满足以下比例关系:
R1-R2=6.877358491——这保证LP重放时低頻结像力与爆炸力可与CD一比。
C2十C1=3.701748503――这保证LP重放时高频既不暗晦又不刺耳。
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C12
一需
畫,cr2
i)IJT
R1B
1OOK
4SmfJ
1/4LT105S
44uF丄
1/4LT105S
2.2uF
时nwk1KUR4
线路图来源于“中国音响DIY”Gautau版主的设计,只是运放换成手头已有的LT1058:
由于RIAA均衡网络的阻容元件的参数准确性非常重要,任意一个失准都将影响音质,
所以用原装进口(madeinUSA)美国FLUKE79数字万用表,从自己20多年积累的元件库中仔细挑选,尽量准确。
下面是电容库的部分元件:
RIAA均衡网络的阻容元件都是串串并并地组合而成的。
由于LT1058输入级采用JEFT,输入电流是PA级的,所以为了防止印板上位于运放输
入端附近的正负15V电源线对运放的
Rf干扰,制作时注意了左右声道的第一级运放输入
端(2、3脚和12、13脚)的落地方式
采用地线将2、3脚和12、13脚分别包围起来,
元件用引脚或飞线跨过地线包围圈接往
2、3、12、13脚。
理论根据见书籍节录:
A.GND
f町■轨踣
(W緬的蝕睛制也
莊0!
用pA级侑号的微小取流电路中.元件焊接在用制电品検上,特别要注意漏电流,这时会经常使用一种称为Guard方'请看图札趴这是一个将从传廳器出来的pAfj.电流信号*变換磁电压的!
~v变换电路的示例。
例如*在该电器的附近,有北V的电源线・由于电位差丫信号电路可能有漏电流.这就会产
«4»■爪电辄诵糜輿换电幣中右时M的作搭
为『琏免其发生溟叢”対采用擁称嫩Guard的办法-
印版上做“Guard的方法见下图:
实际PCB图片,可明显见到两个用地线围成的“Guard:
试机在重播LP音乐时,其定位、三维(3D)、空气感和速度反应等等的表现很好,尤其高频虽然细节较多,但很柔顺,既华丽,又不刺耳:
中频够饱满,人声底气挺足;低频的量感较多,且有力一一不”肥”。
最大的问题是信噪比较低,唱头输入端对地短路时,唱放输出
0.05mV(RMS),放唱片时输出500〜1200m\(RMS),信噪比80〜87.6db。
唱放带唱头空载通电时,耳朵离音箱20厘米以内就能听到哼声。
这正印证了一句老话:
“有所得,必有所失”
信噪比劣于反馈型唱放正是衰减型唱放的先天不足,于是想到换性能更好的超低噪声单运放,试试音质和信噪比是否有所改进。
三、用美国线性技术公司LT1028制作RC衰减型唱放。
用美国线性技术公司4块LT1028超低噪声高速精密单运放重新制作了RC衰减型MM唱
头放大器。
LT1028输入晶体管是双极型而不是FET型的。
该运放最大优点是超低噪声,是美国线
性技术公司专门针对在高灵敏度仪器中运用而设计开发的。
LT1028运放的内部电路见下图:
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舐噜P审和hMTp打佥瑰負务亀’轴沪"MH厂僦区乜阻2厂別盘
LT1028也是1992年购买的。
元器件参数都严格按照电路图设计的数值,用原装进口(madeinUSA)美国FLUKE79数字万用表仔细挑选,尤其RIAA均衡网络的RC元件数值没有误差,多数R、C是用2个以
上元件串联或并联构成最后的精确值,最多的使用4个电容并联而成1个电容。
由于制作
LT1058RC衰减型唱放时,挑完了所有能合成20.632K的电阻,所以到杭州电子市场买了
20K和0.62K五环电阻各100个,从中挑选4个组成20.632K的电阻。
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线路和元器件参数与前一款来源于“中国音响DIY”Gautau版主的设计的相同,只是将
四运放LT1058换成单运放LT1028,如下图:
OPA627
虽然LT1028是输入电流nA级的全双极型运放,但为了以后能直接换用
OPA637等pA级输入电流的单运放(输入级是EFT),制作时同样注意了运放输入端(2、3
脚)的落地方式一一采用地线将2、3脚包围起来,元件用引脚或飞线跨过地线包围圈接往
2、3
2、3脚。
实际PCB见下图,图中可见到四个用地线围成的“Guard;运放的输入端的
脚位于“Guard包围圈的中间:
元器件的选择:
(1)电容
信号通路的的电容,包括RIAA均衡网络的电容,不能采用圆筒型卷绕式的,因为这种
类型的电容器有微音效应即麦克风效应,将严重影响音乐的重播效果。
我采用云母电容、
运放反相端的电解,
采用金属壳
湿”钽电解,因为这种类型电解的漏电和频率响应指标
MKP或CBB聚丙烯电容。
输出耦合电容采用耐压大(见印版上的长方形大电容,其叠片结构一目了然)
都优于铝箔卷绕式电解。
板上滤波电解选择余地较大,不必过于苛刻。
我采用手头已有的紫色和红色封皮的
ELNA音响专用电解,从封皮的颜色可以辨别出它的级别一一属于音响级”。
这电解也是
1992年买的。
正负15V稳压电源的滤波电解采用深蓝色封皮的普通级”。
棕色封皮的电解
则属于耐温125C的工业级”。
(2)电阻
采用金属膜或碳膜电阻均可以。
碳质电阻有热噪音和散弹噪音、金属膜有散弹噪音、线
绕电阻有热噪音,在选择电阻时须多加留意。
我采用五环金属膜电阻。
安装:
电源变压器采用成品R型铁芯、双18V绕组变压器,工作温升非常低,漏磁小。
变
压器唱头放大器板及稳压电源板一起装进一个“金利来”的木质包装盒中,见下图:
使用效果:
得益于Gautau版主的优秀电路设计,LT1028唱放的音质非常好。
高频:
细节很多,丝滑柔顺:
中频:
人声底气很足,饱满而甜美,美的没得说的一一听《蔡琴老歌》LP时,仿
佛蔡琴就站在面前似的。
低频:
下潜很深,厚实有力,富有弹性,但不肥,蔡琴“痴痴的等”中的强大的低音贝司表现得恰到好处。
整体空间感和空气感非常好,很接近真空管唱放的韵
味。
这不仅与RC衰减型电路形式有关,可能也与LT1028静态电流较大(约10mA有关一一连续工作几小时后,用手摸IC,感到有些烫手,手指在上面有些挺不住。
唱放的底噪很低。
唱头输入端对地短路时,唱放输出0.015mV(RMS),放唱片时输出
500〜1200mVRMS),信噪比90〜98db。
唱放带唱头空载通电时,耳朵紧贴音箱,听不到一点噪声;即使带上全罩耳的监听级耳机,也只能听到一点完全可以忽略的极其轻微的哼声。
LT317和LT337稳压电源非常稳定,连续工作8小时后,实测输出电压仍是精确的
±15.000V,没有丝毫漂移。
可能正是由于土电源对称性非常好,所以运放输入端失调电流
电压很小,才有可能在没接输入电容(唱头直接耦合)的情况下正常工作。
用来听音的放大器:
驱动音箱的是2A3和300B通用的电子管单端放大器:
此放大器的设计、制作、调试见
《DIY2A3和300B单端甲类胆机(设计制作篇)》和《DIY2A3和300B单端甲类胆机(修改调试篇)》。
这台放大器的信噪比达到90db:
LP唱机和唱头放大器通电(不放唱片),功放输入接唱放的输出,注意:
不是将功放输入端短路,音量电位器开到最大,耳朵紧贴音箱的低音喇叭听不到一点哼声,紧贴高音喇叭才可以勉强听到一点极其轻微的咝咝噪声。
驱动32欧姆耳机的是我自制的ECC82(12BH7)[SRPP]+5687[WCF]电子管耳机放大器。
此
放大器的设计、制作、调试见《自作电子管耳机放大器》一文。
图中前面两排共6个电子管是RIAA均衡放大器+前置放大器,还没有开始实际制作,插上电子管只是为了拍照片。
后面两排共8个电子管是电源稳压器+耳机放大器,已经做好。
驱动美国GRADO(歌德)SR225I32欧低阻耳机的效果非常好,频响很宽,动态很好,尤其信噪比达到100db。
戴上耳机,音量电位器开到16:
00也听不到一点噪声,要开到16:
00以后(也就是开到最大处),才有一点来自唱机的极其轻微的咝咝声,几乎可以忽略。
唱头放大器做好后,在“中国音响DIY”网站看到Gautau版主关于必须加输入隔直电
容,防止烧唱头的提示,于是我将0.56K的输入电阻去掉,在它的位置加入了4uF的玻璃釉
电容。
国内有书籍介绍这种电容是叠片结构,频率特性可以与云母电容相媲美。
电容图片如
下:
试机一开声,出乎意料,左声道无声,在线测无输出;停机检查无恙;再开机,好了,声音与不加电容直接耦合时没差异,用手指弹电容也没麦克风效应,很好!
但过了一会,右声道没声了,再重复上述检查后,再开机,右声道好了,左声道没声了,有时两个声道都没声了,反反复复,最后只好将电容拆下,换回0.56K的输入电阻,就一切
都好了,很稳定。
什么原因造成这种运放没有输出故障?
事后我分析可能有二:
一、电容器有时开路。
我在电容上加18V(RMS交流电压、通过10mA交流电流,用示
波器观察通过电容器的电流在1.8K电阻上交流电压降波形4小时,始终没有中断现象,这
个原因首先被排除。
二、输入隔直电容器的容量过大,电容通过MM唱头线圈电阻(约600欧)对地的较大
充放电电流,“拉走”了LT1028运放同相输入端的双极型晶体管Q1正常工作的偏置电流(正常值为4.5uA),使它处于截止状态。
LT1028运放的内部电路见前面的图片。
以下是我在“中国音响DIY”网站发帖向Gautau版主请教时与他的对话:
我:
由于双极型运放电路输入阻抗较低,如果采用较小的输入电容,是否会影响唱放的
低频频率响应?
用多大容量比较合适?
是否要在运放同相端对地加接一个较大电阻(470K
以上)以保证频应?
由于要为2、3脚的落地包围圈留出空间,所以印版同相输入端的焊点很小,反复试验很容易烫坏焊点铜箔,所以还没有试过小容量电容是否能使唱放正常工作,是否影响频应。
想请教G兄,一般用多少容量电容就可以不影响频应?
想明确方向后再试,尽量减少烫焊次
数。
先谢谢G兄了!
Gautau
恭喜!
其实这唱放当时与价值一至二万元的商品作較量(闭门)
当时这线路是用NiMH电池供电
输入电容的选择要十分小心•…曾因用湿鉭(无极接法)而废了一只唱头,若用普通的鉭貭,漏电更大。
故只能用PP(MKP、FKP)级以上的电容。
输入端必須加回隔直电容,如上面回帖所述。
在开关电源时或有脉冲出现,日久便有机
会损坏唱头。
我:
运放反相端的44UF和22UF的电容使用普通鉭电解电容可以吗?
Gautau钽质可矣。
输入部分可參考麥景图C33:
输入150KQ落地,串10订再并68.1KQ落地。
10卩F入IC。
或试将开关作不同”时段"间隔"操作”,若輸入端仍没有一丝脉冲电压出现,便可
直入OP,不用隔直电容。
MM头用或不用都不要紧,但勿用电解。
但MC头便須留意。
由于Gautau提示我:
如输入端没有电压脉冲出现,或是用MM头,便可直入0P,不用隔直电容,而这正符合我的唱头放大器的情况,所以一直没加隔直电容,用了5年都安然
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