高品质全集成电路耳机放大器

高品质全集成电路耳机放大器

□徐

轶

图1

LME49600的内部结构、主要参数和引脚连接

耳机的种类很多，有些产品的音质非常不错，价格也合理。为了让耳机能在最佳状态下工作，最好配备一个放大器。本文介绍一款用NS 公司的高性能运算放大器组成的性能和音质均非常优异的耳机放大器，由于用运放组成，具有组装容易、元件少的优点。运放选用失真率极低、残留噪声极小的产品，用于输出缓冲器时最大输出功率可达25mW ，转换速率为2000V/μs 。

一、设计方针

要想正确地驱动耳机获得良好的音质，必须采用恒压驱动，即负载阻抗发生了变动，驱动电压仍保持不变。

盒式收音两用机和综合放大器的耳机端子大多数都是从扬声器的输出端经100Ω左右的电阻后输出的，这种驱动方式不是恒压驱动。

耳机的阻抗差异很大，从数拾到数百Ω。要恒压驱动，放大器的输出阻抗必须为耳机阻抗的1/10～1/100，即内阻应在数Ω以下，这完全可以实现。

对于经100Ω电阻后与耳机插座相连的驱动方式来说，可以在很大程度上减轻放大器的噪声。如果耳机直接连接放大器就必须采取措施减小放大器的噪声。同时，放大器的失真和频率特性等基本性能都必须尽可能地好。

二、使用的元器件和电路

选用NS 的音频专用集成电路，输出级选用LME49600，

AV 实

作

电压放大级选用LME49720。

放大器电路基本上沿用NS 推荐的电路，只在电源部分和总体设计稍做改动。

图1是输出使用的运放LME49600的内部结构、主要参数和引脚连接图。用它组成输出电流最大可达250mA 的小功率缓冲器，其电压放大倍数为1（0dB ）。电源电压范围为±2.25V ～±18V ，用4节干电池供电就可以正常工作。

相对于输入信号，输出信号的上升沿（转换速率）特性达到2000V/μs 的令人吃惊的值，这对于增益为1倍的电路来说是很自然的。该耳放前级的集成电路转换速率在±

20V/μs 左右。

另外LME49600还带有一个BW （带宽）引脚，用于控制放大电路的带宽。使用时，如果BW 引脚（第1脚）不做连接，放大电路的带宽为110MHz ，如果与第3脚（VEE 负电源）连接，放带宽将扩展至180MHz 。由图1可以看出，改变BW 引脚的连接状态，事实上是在改变驱动级Q1、Q2的工作电流。当BW 引脚与VEE 连接时，无信号时的工作电流从7.3mA 增加至13.2mA ，放大电路的带宽也随之从

110MHz 扩展到180MHz ，该耳放即采用这种扩展带宽的工作方式。

该集成电路最大输出电流为250mA ，实际工作输出的电流由负载电流决定，

负载电流由负载的电压和阻抗决

图2耳机阻抗与输出功率的关系

图3放大电路工作原理和参数的确定

照片1借助于衬垫和铝片将LME49600固定在散热器上

定，图2为这三者的关系，左下方的三角形表示电源电压±5V时负载阻抗与最大输出功率的关系，由此三角形可知当负载阻抗为14Ω时可以获得0.9W的最大功率输出。

由于该耳放的电源电压选定为±15V，所以由图可知当选用42Ω的耳机时的输出功率最大可达2.7W。

大多数的耳机的能量转换效率可以达到90～100dB/ mW的极高水平，而以普通音量听音乐时耳机需要的功率很小（0.01mW左右），所以对耳放的输出功率要求不高。

也就是说，耳机在实际工作的输入功率只有图2最下端的0.1W的千分之一，图2中所示的输出功率范围主要在设计电路时和确认工作状态时使用。

NS推荐的电路中没有串接电容，属直流放大器，并使用了运放组成的直流伺服电路。该放大器的工作原理如图3所示，最上边是简化后的放大电路，开环时A-1、A-2、A-3三个运放中，A-2的增益为0dB（1倍），A-1和A-2为/40dB(1000万倍)。虚线（T-1、T-2）是两个RC低通滤波器，截止频率Fc由图中的元件参数可知，Fc＝159/CR＝159/1[μF]×1000[kΩ]＝0.159[Hz]。也就是说，对于音乐信号来说A-3不起任何作用，相当于不存在。

中图是交流等效电路，此时总的增益A0＝1＋Rf/Re，Re是Re-1和Re-2并联后的值，在图中为500Ω，Rf＝1kΩ。所以对音乐信号来说其增益A0＝1＋1000/500＝3倍（约9.5dB）

下图是直流等效电路图，其中A-3的增益（开环时）为140dB，A-1输出的直流电压经A-3放大1000万倍后回馈到A-1的输入端。总的结果是输出端的直流成分减小至原来的100万分之一左右。

采用图3的电路只要选择好元器件，抑制噪声并不困难。

前级选用的LME49720HA

是一种金属外壳的低噪声运图4稳压电源电路的工作原理和参数确定

照片2放大电路板（元件面）

照片3放大电路板（布线面）

AV实作

放，它还有采有塑料封装的产品，价格只有金属外壳的四分之一，其参数是完全相同的。选用金属外壳是出于可靠性和音质方面的考虑。

图4是该耳放的稳压电源电路。上图是正电压的稳压电源电路，由LME49720（塑料封装）和LME49600组成。LME49720的开环增益为140dB（1000万倍），LME49600的开环增益为0dB(1倍)。输入信号从运放的同相端输入，组成非反相放大器，其放大增益A＝1kΩ/300Ω＝4.33倍，增益可以在1～4.33倍之间调整，所以输出电压也可以在E （V）至4.33×E（V）间变化。中图是负电压的稳压电源电路，基本结构与正压电源电路相同，不同之处仅于改用负电压供电。下图是将上面的两个电路合并后的正负稳压电源电路，选用价格便宜的塑料封装的LME49720。

实际使用时为了能与各种耳机配合使用，充分发挥耳机的特点，在放大的输入端增添了一个网络。除此之外，增设有进行基准校验的开关，在电源电路中还增加了傍路电容。图5是设计完成后的放大电路图，图6是设计完成后的电源电路图。

三、制作

实际制作时，决定将放大电路和电源电路分别装在两块常见的万用印刷电路板上。LME49600有五条引脚，必须使用散热器，并采用45°倾角的安装方式。在安装前如图7所示，将1、3、5脚搬直，使它们与2、4脚间的排间距离为1.8mm，并如照片1那样，通过衬垫和铝板将LME49600牢牢地固定在散热器上。

安装时要注意，所用的万能印刷电路板纵横间的孔距为2.54mm，由于LME49600是斜着安装的，

所以两排引图5设计完成后的放大电路图