用三种运放制作LP唱机的唱头放大器.doc

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。一、 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：该线路放大倍数计算：低频：【(0.68K+910K+56K+4.7K)/1.2K】+1=810中频：【(0.68K+56K+4.7K)/1.2K】+1 =52高频：（0.68K/1.2K）+1=1.57RIAA均衡网络转折频率的时间常数计算：高频（4.7K+56K）1.2nF=72.84S中频（4.7K+56K）4.3nF=260S低频910K4.3nF=3913S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：t1=treble time constant, 75uS（2120 HZ）t2=medium time constant, 318uS （500.5HZ）t3=bass time constant, 3180uS （50.5HZ）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LM317、LM337。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，15V分别用LT317和LT337。整流元件采用60V、10A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5001200mV(RMS)，信噪比8894db。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：550mV1000 mV（RMS）输入到输出所需增益：20（550/2.5）=20220=46.8 dbRC衰减网路将衰减增益约20db,所以电路总增益：47db20db=67 db第一级运放增益：20（160/1）=20160=44 db第二级级运放增益：20（180/10）=2018=25 db（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 / IEC 600982505 S 為基礎计算R1 x C1 = 590.8018868S( R1 + R2 ) x C2 = 2505SR2 x C2 = 318S R1 / R2 x C1 = 75S另外2个电阻和2个电容取值，还必须满足以下比例关系：R1R2= 6.877358491这保证LP重放时低頻结像力与爆炸力可与CD一比。C2 C1 = 3.701748503这保证LP重放时高频既不暗晦又不刺耳。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（made in USA）美国FLUKE 79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：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5001200mV(RMS)，信噪比8087.6db。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：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（made in USA）美国FLUKE 79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LT1058 RC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。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：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OPA627、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2、3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、MKP或CBB聚丙烯电容。输出耦合电容采用耐压100V的叠片型聚丙烯电容，尽管体积较大（见印版上的长方形大电容，其叠片结构一目了然），但频率响应较好。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125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5001200mV(RMS)，信噪比9098db。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DIY 2A3和300B单端甲类胆机（设计制作篇）和DIY 2A3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+5687WCF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）SR225I 32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 150K 落地，串 10F，再并 68.1K 落地。10F 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OP，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年都安然无恙。