美妙绝仑的立体声前置放大电路

　　如今，低噪声和低失真的音频功率放大器只要几百英镑就很容易找到。实际上，它们融入了许多最新的多声道家庭影院系统中。大部分的设备是基于混合放大模块，通常失真率在0．02％的范围内。
　　
　　尽管内置有一个高性能的放大器，许多读者仍然询问怎么制作一个与之匹配的放大器。我们的设计非常简单：一个最基本的方法，重点在于较低噪声和失真，同时又有足够的功率去驱动任何功放，包括350W和500W的大单元。那么，是如何完成的呢?

　　离散与集成

　　起初，是打算做一个离散的甲类放大器，这可能是最好的减低噪声的方法。另一种方法是使用在高保真音箱上使用的“精密”运算放大器，如AD公司和TI的产品。
　　
　　在音频中应用甲类放大器的主要原因是由于它的高线性和低交越失真。然而，与同等运算放大器相比，离散甲类放大器占用了太多的空间，从而容易产生干扰。它同时也是难于制作的，因为它比运算放大器使用了更多的元器件。
　　
　　现在，让来看看音频运放的输出电流，以及它们是怎么执行的。在过去的许多设计中。使用的都是NE5534和LM833,它们相当便宜，并且易于实现。它们都能在1kHz的频率下驱动2kQ的负载时只产生O．002％的谐波失真(THD)。
　　
　　不要误导——这是一个很好的性能——但是对于新设计来说，它们还不够好。的目标是制作这样的一个放大器：当用15W的基准甲类放大器相连时不会产生任何信号失真。

　　从现有的可供选择的音频专用运算放大器看，绝大部分不是太贵了就是制作起来很复杂。但TI公司的OPA2134既不贵，也容易开发，并且1kHz下，它的谐波失真是O．00008％!与前面序到的运放相比，它的性能提高了不止一个数量(25倍多)，如果能将所有的方面都能考虑到，基它制作的放大器性能将会高于独立的甲类放大器。

　　额外功能
　　
　　一贯坚持简洁的风格，所以只是给基本置放大器添加了两个特性。第一个是，在面对前置大时的普遍问题：怎样才能在切换各种输入到前放大器输入端的信号时，还能保持低噪音和并不生串扰。
　　
　　通常，多路输入是通过莲花插座连接到前置板的，并且利用屏蔽线将它们连接到旋转开关。
　　
　　外，开关是连接到PC板上的，然后通过一个管状长轴连接到前面板。虽然这些能正常工作，但也有们的不足之处。更重要的是，它们不允许远程控*选择了一种机电式的解决方案。使用被(继电器)切换来使音频信号的影响减少到最少。
　　
　　个立体声输入都有它独自的小型继电器，位于莲插座的右边。即使与某些布线方案相比，这也能明地减少串绕引起的噪音。
　　
　　第二个特性是用于给高品质耳机功放减少率。为了实现这个想法，已经设计了一个中继路，它能将前置放大器的输出输出到莲花插座的端或是接线端子的里面，它会连接到一个单独耳功放板。
　　
　　总之，作为一个能独立运行的单元，前置放大模块只需要一个音量控制器、电源选择开关、静音电源。

　　工作原理

　　放大器由两个相同的从输入到输出的信号路径构成，为左、右立体声道提供输入。为了避免重复和节省空间，电路只提供了左通道的。也将前置放大器的图解分成了两部分，信号输入和放大模块。
　　
　　首先让来看信号输入模块(下图)，不少于5个的莲花插座(CON8～CONl2)用于各种音频输入。可以将他们标记为"CD"，"DVD"，"1APE"，当然，这些输入会接受任何的输入信号。第六个插座(CONl3)简单的循环选择的输入，在一些前置放大器和控制单元中重复“磁带循环“。
　　
　　每个插座连接到一个常开的继电器，而所有的继电器是连接在一起的。继电器是由+5V电源通过PNP三极管(Q1一Q5)来驱动的，这样，当三极管的基极为低电平时，三极管导通，从而可使继电器工作。从而使信号输入放大器。

　　
　　我们没有使用常闭型的继电器。通过简单的切换，我们可以将没有被选择的信号输入到“地”。比如，当从CD机输入的信号在一个较低的强度时。这会影响一个音频信号被人们听到。这一做法能确保地串扰源，但我们认为这是不可取的。在任何情况下，我们都将确保干扰维持在较低的水平，大概是-100dB。
　　
　　Q1一Q5的基极通过一个3．3kQ的电阻连接到一个插座(CON4)，因此很容易通过让引脚接地来选择一个信号源。一个可旋转的开关能胜任这份工作，它的示意图如下图所示。

　　场效应管运算放大器
　　
　　前置放大器的核心功能是由两个音频放大器OPA2134(ICIIC2)构成的，如下图所示。音频信号的来源是通过一个47 μF的电容输入到第一个运放的，同时一级100kΩ的接地电阻用来给输入提供接地。由1_2kΩ的电阻和56pF的电容组成简单的低通滤波电路，用来在输入运放之前去除高频噪音。在这里也可以使用一个大阻值的电阻，因为OPA2134是真正的场效应输入，它能提供超过10T欧姆的阻抗。它对音频信号有抑制作用。

　　
　　运算放大器的电压由417kΩ的电阻和2kΩ的反馈电阻钳制在大约3．3V(10．5dB)。417kΩ的电阻和220pF的电容联合输出了高端的频率响应。
　　
　　如下图所示的频率响应图，它提供了一个比较平缓的响应曲线，同时消除不稳定的高频。ICla(脚1)的输出驱动了一个10kΩ的电阻，电位计(VRla)通过一个22 μF的电容连接，作为一个简单的分压器来调节输入第二级运算放大器的信号。
　　
　　变阻器与第二极运放也是交流耦合的，同样使用了一个无极性电容。这样做是为了阻止任何直流通过变阻器，否则在变阻器触头滑动时会产生噪音。
　　
　　我们把第二级运放作为一个单位增益缓冲器，无论怎样调节音量控制，都能使放大器提供一个低阻抗的输出。一个47 μ F的无极性的电容通过一个100Ω的电阻将信号输出。再加上铁氧体磁珠。它也有助于减少那些能回到前置放大电路的射频噪声。

　　阻抗匹配

　　如前所述，运算放大器IC1b是用来作为单位增益的，所以它的输出(脚7)，通过电阻R1(R2)与反相输入(脚6)构成反馈。注意，在这我们放置了一个电阻(R1)在它的反馈路径上。熟悉运算放大器的人们都知道，在回路里加一个电阻可以匹配两个输入之间的阻值。
　　
　　与许多运算放大器一样，当正极和负极的输入阻抗不匹配时，OPA2134会出现非线性的失真。不幸的是，IC1b的负极输入阻抗是随着滑线变阻器而变化的。

　　虽然有这个缺点，但是OPA2134的失真率即使是在最坏的情况下也是是很低的。尽管如此。我们仍然在PC板上添加了两个阻抗匹配电阻(R1和R2)。
　　
　　如果需要的话，你可以在这两个地方使用阻值相同的电阻(替代连线)。这个额外的小功能可以使你将你的功放模块调整到最佳性能。
　　
　　当然，在已经使用了完整的立体声系统和喜欢的音乐一段时间后，这些阻值才能确定。因此在安装的时候这些地方用导线代替了。我们相信大部分的安装不会弄断这些连线。

　　输出开关

　　可以允许放大器的输出在莲花插座(CONl4)和接线端子(CON6)之间切换。后面连接的是用于高品质的耳机放大器。
　　
　　两个继电器(RLY6和RLY7)是用来使非驱动输入接地的。继电器的操作是由插入和拔出耳机来完成操作的—在插孔里面有一个开关。
　　
　　开关插座连接到CON7。它是用来控制晶体管Q6的。从而驱动两个继电器线圈。当有耳机插入插孔时，开关打开，Q6的基极通过二极管D6和两个1．5kΩ的电阻拉升到高电平。这样就使Q6导通，从而使能两个继电器，将输出信号输送到CON6和耳机功放。当耳机拔出时，开关关闭。“SWITCH”的输入为低，并且切断了Q6的基极电流。在一定时间后，晶体管(和继电器)关闭，使输出信号输出到CONl4和功率放大器。
　　
　　Q6基极电路的二极管、电容和电阻是在开关输入时使电路改变缓慢的。这有助于减低继电器在插座插入或拔出时震动。

　　供电

　　为了确保最好的性能，我们为放大模块设计了一个单独的、低噪声的供电板。它能向放大器提供可调的土15V和+5V输出，以及其他附加的特性。
　　
　　供电板的输入由一个30V的交流变压器提供，通常由环形变压器的两个次级绕组各提供15V的交流—如下图所示。通过四个二极管(D1一D4)和两个2200uF的电容整流、滤波LM317和LM337可以提供可调的正负电源。输出由连接到"OUT”的100Ω电阻和连接到“ADJ”的1.1kΩ的电阻控制在土15V。
　　
　　我们在设计中使用的是可调整的稳压器，因为“ADJ”端能够被旁路到地，从而改善纹波抑制，在这我们使用了一个10μF的电容。与之并联的二极管(D5和D7)可以在短路时为电容提供一个放电通道。
　　
　　两个反接的二极管(D6和D8)穿过输出。阻止各自的输出反相，尽管在正常情况下这些是不可能发生的。
　　
　　稳压器7805(REG3)是用来产生+5V电压的。
　　
　　串联在线路中的100Ω的电阻是用来给稳压器分压的。当只给放大模块供电时，这个电阻并不是必须的，它可能被用于其他用途，将需要更大的电流。
　　
　　因为+5V只从直流电源的一路输入，所以在负极与地之间跨接了一个330Q的电阻，从而使他们在断电后以相同的速率衰减。

　　前置放大器安装

　　安装前置放大器模块是非常简单的，因为所有的元件(除了音量控制器)都是安装在一个73rnm×192mm的单层PC板上的。按下图所示的来安装元器件。
　　
　　如果不打算接一个耳机功放到板上。可以安装可选的输出开关。这些相关的器件包括RLY6，RLY7，CON6，CON7，D6～D8，Q6，一个100 u F的电容和几个电阻。在图6中，这些器件用虚线圈起来了，以便于识别。
　　
　　如果需要的话，可以用OQ的电阻来代替11处的导线。他们的形状与普通的0．25W的电阻相似，在褐色的电阻体上标有一黑色的色环。虽然他们看起来很漂亮，但是它们与铜线一样，没有任何电气特性。
　　
　　同时，你也可以用导线来代替R1和R2。注意，两个100Q的电阻需要特别对待：需串联一个铁氧体磁珠。
　　
　　接下来是安装继电器(RLYl～RLY7)，注意，不要弄反了它们的方向。有白线的一头必须与示意图上有黑色短线的一头相同。如果不需要耳机功放开关的话，继电器RLY6和RLY7可以省略掉。但是你必须连两条线来替代继电器。
　　
　　接下来是两个8脚的芯片插座和10针的插座(CON4)。在插座的一面有一个凹槽。这面是朝向板子中心的。同样的，芯片插座也必须摆放正确。
　　
　　随后是螺钉接线端子，五个电解电容(。100 μ F和10uF)是有极性的，必须按如图所示的位置安装。
　　
　　其余的电解电容是非极性的，可以随意安装。
　　
　　接下来是莲花头插座(CON8一CONl4)。在焊接之前一定要确保所有的引脚都插入了板上的过孔里，并且要检查它与板子是否垂直。

　　电源装配
　　
　　电源板的设计比较简单，所以在安装时应该不会碰到什么困难。除了变压器和布线，所有的元件都是安装在一个54．6mm×80111m的单面PC板上的，包括整流桥、滤波器和稳压器。
　　
　　像以前一样，先安装比较矮的元件，首先是单线，电阻和二极管(见下图)。为了帮助散热，两个5W的电阻应该距PC板边2mm左右的距离。在安装电解电容时要注意它的方向，应该按下图所示的方向安装。同时。千万不要调换两个稳压器(REGl，REG2)，并且它们的方向是相反的。
　　
　　与REGl和REG2不同，REG3是水平安装的。
　　
　　将它的引脚弯成90。，留下大概5mm的距离到器件的根部，然后将引脚插入PCB的相对应的过孔里。在这得有些调整，稳压器和PC板之间安装一个T0—220散热片，散热片表面涂有导热胶。
　　
　　用M3×10mm的螺杆、平垫圈和螺母把散热片固定在PC板上。在螺杆拧紧后再将稳压器的三个引脚焊接好，否则PC板或稳压器封装可能受到损害。在连线之前，用四个M3×6mm螺杆将PC板固定住。

　　
　　布线
　　
　　在将电源模块连接到放大器模块之前对它进行仔细的检查是很重要的。要做到这一点，首先安装变压器，使其位于离功放板尽可能远的地方，尽量减少感应噪声。为了降低辐射建议使用一个环形模型。
　　
　　重点：我们建议使用一个全金属外壳，因为塑料外壳不能提供足够的静电屏蔽。一定要按照说明来安装，尤其是保险丝。
　　
　　所有的工作都要做得专业，按照布线的惯例。特别是确保所有的连线连接好并且相互绝缘，包括用橡胶包裹所有的开关和电源插座。将主地连接到金属外壳后，布线才算完成。做完之后，用万用表测试一下，看接地的引脚是否和金属外壳各个地方连接的很好。
　　
　　供电测试
　　
　　供电测试是很简单的，只需测量三相输入的几个空载电压。为了实现这一目标，首先将两个次级绕组(15VAC)连接到变压器的输入(CON1)。
　　
　　合上电源开关，然后用万用表去测量三路输出电压(CON2、CON3)。确保+15V、一15V和+5V的误差在土5％。
　　
　　低压线路如
　　
　　果确认已经正常供电了，断开电源输入，然后将土15V和5V的输出连接到放大器的电源输入。
　　
　　注意，这几路供电电源需要单独的线缆，5V的需要两根线(+5V和GND)，土15V(+15V，一15V合GND)需要三根线。

　　使用中型的排线将它们连接起来，这样不仅可以降低噪声，而且可以改善外观。然后，单独连接供5V使用的电缆；不要将它与土15V的线缠绕在一起。
　　
　　对大多数设备，前置放大器的共“地’'GND应该连接到机壳地。将放大器板上标有“地球地”的点和“主地”连接起来。不要将放大器的其他单元或是电源连接到“大地”。
　　
　　用于声音控制的滑线变阻器必须是参数以对数变化的，阻值最好是10kΩ。如果用的是电传动的滑线变阻器，应该用20kΩ的阻值。不能使用太大阻值的电阻，不然它会影响放大器的噪声性能。每个滑线变阻器必须用带屏蔽的双绞线连接，接法如下图所示。
　　
　　滑动变阻器的金属外壳必须连接到“大地”，以减少噪声干扰。不要将外壳连接到任何屏蔽线。通常，前板会提供足够的接地。如果不能，就近用飞线把滑线变阻器连接到“大地”。注意，因为焊料不会吸附到滑线变阻器的电镀层，所以在焊接之前应先去除一小区域，以便镀锡。
　　
　　如果你已经安装好了耳机放大器的开关电路(RLY6、RLY7等等)，并且有一个合适的功放板，就将耳机的音频输出(CON6)用屏蔽双绞线连接到耳机功放的输入。另外，开关插座必须连接到CON7。
　　
　　因为许多已隔离的开关已经安装好，所以需做的就是连接每个开关的常闭端。
　　
　　然而，某些开关共用一个接地的音频信号。如果有这种类型的接头，然后找到开关，当插孔被插入，并且连接它的反馈到CON7的“开关”输入时，它与地是断开的。这避免了在你的系统中形成回行地。
　　
　　注意：如果耳机开关没有连接到功放板，必须在CON7的两个触点短接；否则在CONl4的输出上将会没有信号。

　　电源选择

　　如前所述，每个莲花插座输入通过10线插座(CONJ4)单独配对。为了选择某一输入，只需将它连接到地即可(GND)。当我们打算使用一种远程控制手段时，一种更便宜也更简单的方法就是使用一个机械开关。所有的器件只是一个5线的单极旋转开关，一个10线的IDC有线电视插座和一根长IDC电缆因为电缆不携带低频音频信号，可以随意的摆放它，而不必在乎它的长度。

　　最终检查

　　在连接输入和输出之前加电，并将负极接地，并且测量两个运算放大器的电源引脚上的电压。显然，8脚应该是+15V，4脚应该是一15V。另外两个运算放大器的输出脚(脚1和脚7)相对于地应该有几mV的电压。
　　
　　最后，如果合上电源开关，在转动旋钮的时候会听到继电器合上的声音。