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完整word版耳放DIY相关资料

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虚地

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虚地

鉴于许多朋友在地通道，多通道，单电源供电，分离电源，正负平衡，地扰动等方面问题的困惑，本人特意翻译此外国优秀文章以供参考,内容仅供参考，正确性有极小部分本人未能苟同，但尚在考证中,不过，总体来说，对于无论新老耳放diyer来说，都是不可多得的上佳参考和学习资料。

参考其中作者的电路设计请注明来源和出处，请尊重知识。

选译自

部分内容加入了译者个人见解

  模拟电路经常会碰到这样的情况,电路却需要双电源，但你只能使用单电源来供电，比方说，你的设计是要用一节电池。

你要“分开"单电源，方法有很多,都可以让你令单电源工作得就像双电源那样。

本文就是要来介绍几种这样的电路和其中的利弊.

两节电池

  解决这个双电源问题最简单的方法莫过于使用双电池，如下图

  这个电路的缺点在于,当一节电池消耗得比另外一节快，更严重的，在另外一节还没有怎么下降电压，它就已经压降到1v左右的时候，我所测试的运放都会开始输出直流（译者:

注意，并非+-供电不平衡便会出现严重直流，而是要在供电压降到了一定程度，状况貌似于双电池供电的时候，突然拔掉一节会出现的直流,所以,一定范围内，正负供电不平衡不要紧，当然，下面提及的续航因素的情况，正负平衡是有一定重要性）。

电池之所以会消耗不恒等的原因,可以是因为你的买了太久，新旧混用,可能你用的是充电电池，但是有几个到了寿命末期，也很可能——只是因为你那时候人品差。

  话说回来，在典型耳放电路上，这样的情况不会出现得很快。

事实上放大器会在电压降到这样低之前已经开始削波失真了,同时，一个电池在还有0.9v的时候已经变得没有用了，放大器会在多芯电池压降到1v范围开始出恶声.所以，最有可能发生这种状况的场合是，你让一个电池供电的耳放开着但是没有音乐播放，或者是开着音乐但是没有听—-有没有试过听着音乐睡着了？

  当这情况发生的时候，高偏移直流很可能会损害了你的耳机。

所以，我们尝试很多虚地架构去让我们使用单电源同时也能提供双电源供应。

电阻分压

  Cmoy便携耳放（http:

//tangentsoft。

net/audio/cmoy-tutorial/）的供电部分是一个电阻分压类型的虚地:

  两个4.7k电阻构成一个虚地.假设有12v夹在这个电路上，电阻组成了一个0.5x的分压电路,会有6v在分压中点。

分压中点和电源负极的“距离"是—6v，而对正极是+6v。

就这样,两个相等但相反电压构成了一个简单的供电电路.

  不幸地，这个简单的架构很容易会变成不平衡的。

要了解为什么，我们不妨以Cmoy电路为例，下图为其直流透视图：

  假设那个1mv的电池仿真运放的输入偏移电压（对于opa132来说这是个合理值，虽然其他运放各尽不同）。

  因为运放的机理，两个输入口总是相等的，所以R3同样被1mv夹着，接下来R4会有10mv夹着（因为放大增益）。

就如你看到的那样,11mv直流就会夹在负载上，如果负载是直流32欧阻抗的耳机，0。

34ma就会流经它。

这些电流只能从分压供电那里获取，而那里对于负载相当于一对并联电阻.应用欧姆定律（译者:

直流电压下，流经的电流与两端的电压成正比，与电阻成反比——I=V/R），已知电流0.34ma和电阻2.35k欧（4.7k两个并联），分压中点的电压会偏离理想中点0。

8v左右.

  在这种特定情况下，那么，一个9v电池就会分成了+3.7v和—5。

3v而非理想的+/—4。

5v。

不同的运放,耳机，和分压阻值会构成不同的分压效果。

因此，最好明白透这样的偏移电流对于低阻耳机来说是个严重的问题，同时它会随着阻抗降低而恶化,而非用什么办法去修正。

正负非平衡的问题

  在一个像Cmoy那样的耳放上面，不平衡的虚地分离电路本身并不会对音质有什么损害。

输入输出都参考同一个地点,所以没有值得去关心到底虚地是不是精准地定位到了电源中间。

那么，为什么我们要担忧这个问题呢？

  大部分运放并不能输出电压做到轨对轨（Rail—to—Rail，简单来说，+5v供电，就有最大+—5v输出摆幅），他们有一些最少“距离”.opa231为例，带耳机这类低阻抗的时候，输出和电源有大约3v距离。

  设想我们在用一个9v电池，无负载厄时候它从虚地分离出了+4v和—5v。

再假设我们输出信号峰值离地有1v。

算上运放需要的3v裕量，那么我们现在削顶失真点就在V+上了。

因为我们的供电是一节电池，他的电压会随着使用时间而降低,所以在发生削波失真之前我们只有很少可以正常运行的时间.

解决问题的方法

  解决这个问题的一个快捷和粗鲁的方法，就是加大供电电压.但是,这方法占地很大,而且不便宜,比方说用变压器或者多节电池。

  另外一个方法就是降低虚地分压电阻的阻值.这样带来的坏处是它使得流经分压器的电流增大。

这是个矛盾——如果额外的电流足够大，它同样能够花掉你播放时间。

  下面大部分电路都是使用一种完全不一样的方法:

给虚地缓冲（译者：

也就是扩流，后面只用“缓冲”一词）。

这些技术让分压电路既有非常低的阻抗同时保持小量流经的电流。

这能很好地保持虚地在电压中点。

多出来的部分有其价值，因为他们让你可以使用更小的供电系统，或者是增加了运行时间。

简单的缓冲虚地电路

  最爽的缓冲电路莫过于Ti的TLE2425芯片.这东西被叫做电源分离器：

它把一个单电源分成两个，因而你可以得到两个电源端和一个地。

基本上他是一个增强了的分压电路，所以他能代替那些分压电阻在上面的简单虚地电路里面：

你把电源接上IN和COM，他会输出对COM的1/2电压。

他并不会像简单分压电路那样，他有一些缓冲电路在里面因此他不会变得不平衡.（事实上还有有一点点，不过可以忽略不计了。

）下面是改过的供电电路：

  第一个图画的是简单的三端封装版本，第二是带有降噪端的Dip8封装的版本.后者表现稍微好一点点。

  注意看那里只有一个电容夹在电池而不是电源端对地和一对电容。

在电阻分压电路里面，一对电容是必须的。

下面，我会讨论用一对电容的好处和坏处.现在，我们首先假定，在有源分离电路上用一个电容在电路前面比一对好。

  TLE2426最主要的问题是他仅仅能供应20—40ma电流，因情况而有所变化。

如果你的负载需求比这个数值大的话，一个TLE2426构成的供电电路会变得不平衡。

对于重荷情况下，你可以尝试用一个基于缓冲芯片的供电电路来代替：

  这其实跟TLE2426的内部很像。

通过外部组合的电路，我们能够获得一个高输出电流的电路。

需要注意的是，上面的阻值比Cmoy的分压器高得多.通过增加一个缓冲（Buffer），我们不需要低分压阻值去维持偏移在控制范围内。

因为阻值那么高,所以静态电流仅仅由缓冲的来决定,分压器的小到可以忽略不计.

  更高的阻值是可行的只有只要电量流动在这个电路里面是恒久平衡的.如果你的应用是不平衡的流动，那么分压器可能会变得更不平衡。

在那种情况下，你可以用TLE2426来替代分压器。

TLE2426的另外一个有点是占地少，你也不需要做阻值配对去获得高精准度。

我们就是在META42（http：

//tangentsoft。

net/audio/meta42/）耳放里面使用那样的虚地。

  我试过在这位置用BUF634.他可以处理高至150ma，在DIP8封装试，带上散热的金封的时候甚至可以提供250ma。

有很多其他开环缓冲提供同样的表现在这种电路上面。

相对于TLE2426而言，他的缺点是更复杂，更昂贵，有更高的输出阻抗和更高的静态电流。

  如果你不能买到TLE2426或者你不想邮购的话，这是一个比较效果接近的替代方案。

  你可以用便宜的普通的运放，比方说到处有的uA741。

在这里，运放扮演的是缓冲器的较色，就像前面的电路里面那样.最大的不同在于运放的输出电流比较小，但是他有负反馈所以他的输出阻抗比较小。

低输出阻抗有很多益处，在耳放电路里面,最大的就是降低了串扰。

  上面的1k反馈电阻是需商榷的。

他的目的是用来保持运放在应付大容性负载时候稳定,例如在退藕电容充电的时候.

  如果你使用一个廉价普通的运放，这个电路的效果不会比TLE2426好同时占用更多地方,所以你不必使用这个电路当你可以获得TLE2426.但是，如果你用一个高质量的预防囊，你可以得到比TLE2426更好的效果。

这里,最重要的指标是高输出电流，可供选择的有LMH6642和AD817

  输出电流最大的运放是电流反馈型的。

但它比常见的电压反馈型需要更多的仔细处理地方。

看下面的电路,它可以提供250ma：

  C2是补偿电容，R3是用来降低供电电流。

  如果你需要比250ma多的电流的话，LT1206的大哥,LT1210是你的选择。

他们可以工作在非常相似的电路下。

其他厂商生产的电流反馈运放同样适用，但是在用之气那读读他们的说明文档.记住：

电流反馈运放通常不能直接代换而没有任何改动.

  再另外一种选择就是分立元件做的缓冲。

下面这个简单的设计是来自于

miniaturizationguruSijosae：

  二极管是常见的小信号类型，可选替代是1N914

  这个电路有比简单分压虚地更好的效果,成本也是最低的。

但是，他也是最不精准的扩流虚地电路。

来点更复杂的

  上面提及的虚地电路或多或少都有一些问题.TLE2426和电压反馈运放电路输出有限。

其他的电路就有很大电流，但是缺少反馈使得他们阻抗相对高。

这些会导致耳放电路里面的串扰。

对于简单电路来说，电流反馈运放电路是当中比较平衡的一个。

  如果你可以牺牲简洁性，你可以继续用电压反馈运放来接连一个缓冲，像这样：

  把缓冲放在运放反馈环内，你可以得到高输出电流和来自负反馈的精准度.

  在运放和缓冲之间的电阻的阻值不是固定的.如果你在高频有刺峰或者不稳定,你需要增加阻值，上限大概1k；同样,补偿电容需要增加如果你有不稳定的情况出现,电容容值最好在100pf以下

  你可以用TLE2426代换分压器去获取一些上面提及的好处.这样的设计离地通道概念已经不远了。

  地通道概念最有效是在你有许多小地电流和一个大地电流的时候.在耳放系统里面，有很多电阻接地,但实际上最大的动态电流流入地是来自耳机的电流.缓冲过的运放负责大电流，而TLE2426负责小电流和控制后面运放的中点输入。

  对于音频来说，我偏向在信道通道和地通道使用同样的运放和缓冲。

例如，如果信号通道使用ad8610和ha-5002，那么虚地地通道也使用这样的组合.这识得电路有对称平衡性，因为两个通道实际上就是在复杂两端,一个通路上.

虚地输出路上电容

  之前我说过当使用有源分离器的时候，你需要认真考虑在分离器前面使用电容。

在电阻分压虚地使用电容的原因是，无源分离器只能供应非常小的电流,所以我们需要电容来供应。

分压电阻仅仅在维持虚地的直流电位.一个理想的虚地应该有无穷的电流输出，因而放电容在那里是毫无好处的，而且事实上，还有损害。

（可惜都不是理想的,所以。

。

.。

.）

  有源分离器电路有它自己的“带宽”：

意思就是，他有一定的有效作用频率范围。

如果你把电容放在他输出的地方，就会降低了他的带宽：

随着频率升高，电容会充电到越来越广范围。

一旦电容足够大的话，虚地的带宽就会完全被淹没了，最后变成了仅仅维持直流电位的虚地。

  输出电容可以是拥有的如果分离器输出电流小，比如说在TLE2426应用时,当电流到达上限，它的输出就会处于负端，造成虚地中点十分大的偏移，这是我们不能允许发生的情况。

一个重荷的耳机需要的电流肯定是超过20ma的，所以放置电容在输出的地方有一定帮助。

尽管TLE2426在音频频率范围内没有影响,但他比电阻分压来得好.第一，它输出阻抗低，所以中点偏移不容易发生。

第二,他需要更少的电流来维持工作。

  另外一个在虚地输出放大电容潜在的问题是稳定性。

有些电路会变得非常稳定:

没有带宽没有增益,因此没有振荡。

毕竟大部分电路并不是天生用来对抗容性负载的。

他们会变得比较不稳定当驱动大容性负载的时候.参阅芯片的说明文档.除非他们规格书吹嘘说他们能驱动大容性负载，否则要使用他们在虚地电路要非常小心。

不要忘记考虑退藕电阻,他们从两端连接到地：

有很多芯片会变得不稳定只要nf级别电容在他们输出路上,退藕电容会被认为不利于他们.总之，你还是得搭好真实的电路和测试它是否芯片在对抗着大容性.

  虚地输出接电容还有一个大问题：

浪费了容值，因为两个电容是串联在路上。

两个电容相等的话,总容量减半.