山水／SANSUI音响维修网点森海塞尔HD600好伙伴 烧

　　森海塞尔/森海塞尔HD600阻抗300ω，不能插在德国REVOX B225 CD机的耳机插孔听CD，尤其不能带耳机听LP，所以想自己设计制作一个电子管前级+耳机放大器。

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　　最近在某宝上买了一副森海塞尔/森海塞尔HD600监听级高保真耳机。但是因为耳机的阻抗是300ω，不能插入德国REVOX B225 CD机的耳机插孔听CD，尤其不能用耳机听LP，所以想自己设计制作一个电子管前级+耳机放大器。

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　　Hessel HD600耳机

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　　锐视REVOX B225 CD播放器

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　　耳机的前级电路混合了marantz 7和marantz 1，但有以下修改:

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　　1.LP留声机的RIAA均衡放大器部分:可在线自由切换RC衰减模式和RC反馈模式(由两个4刀2位开关实现)；

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　　2.前置放大器:模仿marantz 1，增加RC调音控制电路，可在marantz 7的反馈网络和marantz 1的RC升压衰减调音网络之间自由在线切换(由两个3刀2位开关实现)；

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　　3.信号输入/输出有五种选择方式(由6刀5位开关实现):

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　　(a)LP→RIAA均衡放大→前置放大器→输出

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　　(b)LP→RIAA均衡放大→前置放大器→放大器

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　　(c)LP→RIAA平衡放大→输出

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　　(d)CD→前置放大器→输出

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　　(e)CD→前置放大器→放大器

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　　设计已经完成，按照前级+功放做了机箱开口和稳压电源容量。但由于LT1028运放制作的LP唱机的RIAA均衡放大器效果出乎意料的好，似乎没有动力马上去做前级，而是应该先把精力放在耳机放大器的设计制造上。下图显示了完整的放大器:

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　　图中前两排有6个电子管，分别是RIAA平衡放大器+马兰兹7结构的前置放大器。它实际上不是制造出来的。插上电源只是为了拍照。后两排共八个电子管是功率调节器+耳机放大器，已经完成。用功放驱动森海塞尔/森海塞尔HD 600和GRADO SR325耳机的效果非常好，频响宽，动态好，特别是信噪比达到100db。

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　　戴上耳机，音量电位器从开始打开到最大，听不到任何嗡嗡声。连轻微的嘶嘶声都没有，背景非常安静。 电路图如下，上半部分为前级(未实现)，下半部分为稳压电源+amp。

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　　一、电路简介

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　　耳机放大器的第一级是带有阳极恒流源的共阴极放大器。请注意，这不是SRPP。 与SRPP相比，恒流源的引入更早，其结构也几乎相同。不同的是，SRPP用上管的阴极作为输出，而阳极恒流源放大下管的阳极作为输出。此时，输出阻抗和增益大于SRPP。因为第二级是阴极跟随器，所以第一级的输出阻抗可以更高。

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　　第二个层次是WCF(韦氏尹穗)。 WCF的特点是对负载的容忍度大，所以经常作为放大器使用，在32ω~ 400ω范围内不成问题。这种电路也叫自推挽电路，没有电压增益。如果优化屏阻(等于电子管跨导的倒数)，输出阻抗将为1/2S，相当于两个电子管并联的阴极输出器件的输出阻抗。

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　　这个放大器最大的特点不是WCF电路，而是在输出部分增加了一个电容和两个电阻。 但这个阻容网络不是随便加的，而是参考了J.Broskie设计的合气道放大器结构，合气道放大器消除噪声的基本原理是:通过一个阻容反馈网络，将电源纹波和噪声电压分解后分别进入阴极输出器件上下电子管的栅极，使电源带来的噪声在放大器中相互抵消，获得噪声极低的输出效果。见下图:

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　　为了测试哪种类型的电子管适用于合气道放大器，J.Broskie做了大量的研究，获得了很多电子管应用于合气道放大器的数据。在合气道放大器中，两个最重要的电阻是R15和R16以及WCF阴极输出器件C。J.Broskie通过实验和软件模拟，给出了使用不同电子管时这两个电阻的值的推荐表格:

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　　并且电容器c的值由时间常数决定。 电源的纹波主要是DC所含的频率为100HZ的交流分量，所以一般为1uf。

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　　第二，设计每个电子管的工作点。

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　　电子管的工作点设计成工作在A类状态，此时失真最小，听觉最好。

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　　(1)确定第一阳极恒流源的共阴极放大器工作点和阴极旁路电容。

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　　A.固定工作点和阴极电阻

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　　根据Va=125V，在12AU7的栅屏曲线上Va=125V的阳极电压线的直线中点附近取一点，确定工作点为Vg=-3.1V，Ia=6.2mA，从而确定阴极电阻:Rk = Vg/Ia = 3.1/6.2 = 0.5K = 500欧姆，如下图所示:

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　　B.计算阳极恒流源的输出电阻，即共阴极放大器的负载电阻。

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　　输出电阻要根据公式R = ra+(U+1) * Rk求出Va=125V，Ia=6.2mA工作点下ra和U的值后首先画出图表:

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　　从图中得到:ra=8.4K，u=18.3，则r = ra+(u+1)* rk = 8.4+(18.3+1)* 0.5 = 18.05k。

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　　C.计算第一级的最大无失真输出电压。

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　　在12AU7的阳极电压Va、电流Ia和栅极电压Vg的关系图的横轴上，找出高电压Vht=250V的点；然后求电源电压Vht=250V，负载电阻RL=18.05K时的阳极电流:IAM = VHT/RL = 250/18.05 = 13.9MA连接这两点做一条RL=18.05K的负载线，正好通过工作点Q: VA = 125V，Ia=6.2mA

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　　沿负载线向左，在栅极电压接近出现栅极电流的Vg=0V之前的Vg=-1V作为电压摆幅的极限点，对应的电压为95V。

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　　沿着右边的负载线，在相同的振幅内没有极限点。因此，最大不失真输出电压摆幅的峰峰值是工作点电压与饱和极限点电压之差的两倍:Vp-p=2×(125-95)=60V，最大不失真输出电压摆幅的交流有效值:VRSM = VP-P/2 √ 2 = 60/2.828 = 22.22V

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　　D.下臂管阴极电阻两侧并联的交流旁路电容不仅影响增益，而且其容量对低端频率响应影响很大，需要进行设计和选择。根据摩根·琼斯的《电子管放大器》一书，电子管本身的阴极等效电阻为rk=(RL+ra)/(u+1)。

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　　从上图计算出:在Va=125V，Ia=6.2mA，RL=18K，ra=8.4k，u=18.3的条件下，代入上式:Rk = (18+8.4)/(18.3+1) = 1.368K。

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　　等效阴极交流电阻rk与阴极偏置电阻Rk并联，总阴极电阻为Rk′= Rk‖Rk =(1368×500)/(1368+500)= 366欧姆。

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　　摩根·琼斯的《电子管放大器》一书指出:“一个放大器要有良好的低频响应，不仅要有正确的幅度响应，还要对相位和瞬态响应有最小的影响，而且相位和瞬态响应所涉及的低频端比截止频率低10倍，所以截止频率f-3db通常选1HZ。”

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　　因此:CK = 1/(2∏f-3d brk ')= 1/(2×3.14×1×366)= 4350 uf。计算后的第一感觉是:哇！计算结果需要这么大的电容！我从来没有这样用过。

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　　回过头来仔细想想:当f-3db=1HZ时，对应的时间常数为159ms，响应时间为5×159=0.8秒，电路响应的中断时间接近1秒。对于回放音乐信号来说，这个延时太长，会导致低频拖沓浑浊，不干净利落。恐怕鼓一定是连在一起的，分不清楚。所以我觉得我宁愿牺牲一些低频响应的幅度，也要保证低频干净但不要太肥。设置f-3db=10HZ，响应时间为0.08秒。与RK并联的交流旁路电容容量为CK = 1/(2∏f-3dB RK’)= 1/(2×3.14×10×366)= 435 uf。

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　　最接近435uf的电容容量标准值是470uf。我选的是470uf/16V瑞典长寿命电容，型号:PEG124。下面的方波频响测试图也显示，20HZ的低频响应没有中高频响应完美，但是低频听觉很好:强，有弹性，深度足够潜水。

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　　(2)输出级的WCF阴极最重要的是它的阳极负载电阻和输出电阻，这关系到耳机能否驱动好。只有输出阻抗与耳机阻抗相匹配，才能保证重现的声音高保真，否则虽然能发声，但声音会失真，动态和细节，尤其是低频会减弱。

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　　A.首先，确定WCF的工作点。

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　　根据Va=125V，在5687的栅屏图上取Va=125V的阳极电压线的直线段中点附近的一点，确定工作点为Vg=-3.75V，Ia=21mA，从而确定阴极电阻:Rk = Vg/Ia = 3.75/21 = 0.179k = 179欧姆。特别是因为阳极电流越大，跨导gm越大，内阻rp越小，输出电阻越小，所以Ia一般取上侧中点。 见下图:

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　　587网格-屏幕曲线

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　　B.在Va=125V，Ia=21mA的工作点条件下得到ra，U，gm的值后，根据公式RL=1/gm，R = (RA+RL)/[(U+1) * GM * RL]进行计算。 首先映射:

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　　从图中得到:ra=2.5K，u=19，GM = 7.15ma/v .上管阳极负载电阻rl = 1/GM = 1/7.15 = 0.14k = 140欧姆。

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　　WCF阴极跟随器的输出电阻有两种算法:

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　　1.根据摩根·琼斯的电子管放大器，r =(ra+r)/[(u+1)* GM * r]=(2.5+0.14)/[(19+1)×7.15×0.14]= 0.132k = 130欧姆。 这个输出阻抗特别适合驱动120-300欧姆的耳机。尤其是低输出阻抗驱动的300欧姆耳机低频响应会非常好。

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　　2.根据经验公式R = 1/(2GM)= 1/(2×7.15)= 0.07k = 70ω，这个输出阻抗不仅适合驱动120ω~ 300ω耳机。即使是32欧姆的低阻耳机也能很好的驱动，森海塞尔/森海塞尔HD 600和GRADO(歌德)SR325耳机的对比测试也证明了这一点。

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　　最后需要检查WCF输出级的最大不失真输出幅度，是否会过载，即电流是从前一级偷出来的。

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　　在5687阳极电压Va、电流Ia、栅压Vg曲线的横轴上找到高压Vht=250V的点，使负载线通过工作点。 沿负载线向左，在栅极电压接近出现栅极电流的Vg=0V之前的Vg=-1V作为电压摆幅的极限点，对应的电压为93V。

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　　沿着右边的负载线，在相同的振幅内没有极限点。最大无失真输出电压摆幅的峰峰值是工作点电压与饱和极限点电压之差的两倍:Vp-p=2×(125-93)=64V，最大无失真输出电压摆幅的交流有效值为VRSM = VP-P/2 √ 2 = 60/2.828 = 22.6 V

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　　要检查WCF阴极是否过载，只需反转阳极电压中标记的读数(从左到右，现在从右到左)，并将其置于特性曲线的顶部。当没有阳极电流时，阴极电压将为零。 从下图可以看出，125V的工作点从左到右基本与横轴重合(见图中自上而下的蓝色虚线和自下而上的红色虚线)，与Vg=-1V相差甚远，所以绝对不存在电网电流和过载的可能。

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　　从网上下载的标准电路，用于电子管的稳压电源。除了输出端的采样电阻需要根据输出电压来选择，只要接线正确，元器件良好，其他都不需要调试。一旦成功，稳压效果非常好。

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　　第一级电子管也可以改成12BH7，因为我手头有6个这样的电子管。 500欧姆的阴极电阻能满足12BH7工作点的需要吗？更换12BH7后，测得的栅压为-3.9V ~-4V。在12BH7的栅屏曲线上，VA = 125V，IA = VG/RK = 7.8ma ~ 8ma对应VG =-3.9V ~-4V，低于曲线中点，也工作在A类，可以应用。

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　　[第页]

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　　第三，设计制造电力变压器和扼流圈。

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　　需要设计制造高压变压器、灯丝变压器和扼流圈。

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　　6件62× 38骨架尺寸

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　　(1)高压变压器

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　　采用22×38骨架和铁芯。

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　　(1)计算功率容量。

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　　次级302V×2，0.08A，全波整流。

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　　容性负载下P2=1.88×302×0.08=50.76(VA)，感性负载下P2=1.34×302×0.08=32.4(VA)，CLC滤波器下P2=1.56×302×0.08=37.68(VA)，使用220=0.191A。

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　　(2)初级220V，线径:3A/㎜2，d=0.65√0.191=0.284㎜，0.29㎜，外径0.34㎜，截面积S = 3.1416×R2 = 3.1416×(0.29 & pide；2) 2=0.06605㎜2。

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　　66个Z11铁芯，22×38，磁通密度14000高斯，功率42W，从图中测得:3.9匝/V. 20× 3.9 = 858匝。

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　　计算窗长29.6㎜，实测窗长29.6 ~ 29.8 ㎜，一楼至少29.6㎜& pide；0.34毫米= 87圈。88转& pide87匝=9.86层，取10层，厚度为10×0.34=3.4㎜。

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　　实际缠绕10层，30匝以上，30匝& pide3.9匝/V=7.7V，当市电为230V时可作为分接头使用

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　　第一级间屏蔽铜带厚度为0.1㎜，两侧绝缘带厚度为0.10㎜×2=0.2㎜，第一级间屏蔽绝缘总厚度为0.3㎜，第一级总厚度为3.4+0.3=3.7㎜。基本周长:(41.3+25.7)×2=134㎜，一圈平均周长134+3.7 × 2 = 141.4 ㎜，取0.142m 一次绕组长度:0.142m×858=121.8m，122m，20%余量122×1.2=146m线重M=8.89×0.066×146=85.66g，取0.1㎏。

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　　(3)二次302.5V-0-302.5V，302.5V×2×3.9匝/V=2360匝，单边1180匝。

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　　二次电流0.1A，线径:3.0A/㎜2，d=0.65√0.1=0.2055㎜，0.21㎜，外径0.25㎜，截面积S = 3.1416×R2 = 3.1416×(0.25 & pide；2) 2=0.0346㎜2。

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　　29.6㎜长，29.6㎜&pide左右一层；0.25mm = 118.4匝，取118匝和2360匝& pide18匝=20层，厚度20×0.25=5.0㎜，线圈绝缘0.1㎜，线包总厚度:3.7+5.0+0.1 = 8.80 ㎜。

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　　骨架允许缠绕厚度(43.4-25.7)& pide；2=8.85㎜，余量为0.05㎜，可以绕过。初级周长134 ㎜+3.7 ㎜× 4 = 148.8 ㎜，二级转弯平均线长148.8㎜+5㎜×2=158.8㎜，取0.16m

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　　二次母线长度为0.16m×2360=378m，绕组的DC电阻计算为r = ρ× l/s，其中铜的电阻率ρ = 0.0172，R = 0.0172×378 & pide；0.0346=188欧姆，测得的DC电阻为90+100 = 190欧姆，电流为0.08A时单边DC压降为7.2V+8V，为了平衡两个绕组带0.08A负载时的压降，外绕一个绕组大于0.8V×3.9匝/V=3匝，两个绕组带负载时输出电压的测量误差只有0.1 ~ 0.2V左右

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　　重量:M=8.89×0.0346×384=113.8g，取0.114㎏。

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　　(二)灯丝变压器

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　　采用22×38骨架和铁芯。 剩下的300B&2A3单端功放变压器和扼流圈的0.31㎜漆包线可以用。

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　　(1)荷载计算:

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　　二次组1: 12.6V，ECC83×6电流0.15A×6=0.9A，ECC82电流0.15A，5687×2电流0.45A×2=0.9A，合计1.95A，P2 = 24.57 va；；2组6.3V，EZ81电流1A+6C19电流1A+6J9电流0.3A=2.3A，P3=6.3×1=6.3VA，P4==6.3×1.3=8.2VA，合计14.5VA，合计P2+P3+P4=39.1VA，P1 = (P2+) 0.9=43.4VA，电流0.1973A..

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　　(2)一次线径:3A/㎜2，d=0.65√0.1973=0.289㎜，买0.29㎜的漆包线。

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　　如果用剩下的0.31㎜漆包线，电流密度可以是2.5A/㎜2，d=0.7√0.1973=0.31㎜，外径0.36㎜(最后用剩下的0.31㎜线)。

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　　采用66片Z11铁芯，22×38，磁通密度14000高斯，功率45W。从图中测得为4.286匝/v .初级220V，220×4.286=943匝，230V抽头10×4.286=42.86匝，共计986匝。

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　　计算窗长29.6㎜，实测窗长29.9㎜，一楼29.9㎜& pide；0.36毫米= 83圈。86转& pide3匝=11.88层，12层，厚度12×0.36=4.32㎜。第一级间屏蔽铜带厚度为0.2㎜，两侧绝缘带厚度为0.10㎜×2=0.2㎜，第一级间屏蔽绝缘总厚度为0.4㎜。

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　　初级总厚度为4.32+0.4=4.72㎜，初级基本周长为(41.3+25.7)×2=134㎜，一圈平均周长为134+3.8× 2 = 141.6 ㎜，初级绕组长度为0.142m 986 = 140。最后一根线就够了。

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　　(3)二次线径:

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　　所有绕组电流1.95A，取3A/㎜2，d=0.65√1.95=0.9㎜，外径0.99㎜。只剩下16.5米0.9毫米的漆包线，用于制作300B&2A3单端功放功率变压器。

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　　1组12.6v+2组6.3V，共25.2V，25.2×4.286=108匝，绕一层29.9㎜& pide；0.99mm = 30圈。 108转& pide30匝=3.6层，以上线长:157.12mm× 108 = 16.9m。

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　　绕4层有120匝，再绕12匝形成一个12 & pide4.286=2.8V绕组，夹在12.6V和6.3V绕组之间，当12.6V或6.3V灯丝电压改为DC稳压电源时，作为稳压电路必需的附加压降绕组。

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　　Win 12.6V+2.8V+6.3V×1，即14.6m用线后换线，6.3V×1用线4.2m。绕组共4层，厚度为4×0.99=3.96㎜，一次绕组外周长为134 ㎜+3.8 ㎜× 4 = 149.2 ㎜，二次绕组平均线长为149.2㎜+3.96㎜×2=157.12㎜，二次母线长度为157.12 ㎜× 120

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　　核算窗口:3.9+4.32+0.4 = 8.62 ㎜，窗口8.85㎜，即使最后一组6.3V绕组换成0.92㎜(外径1.01㎜)也能绕下来。

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　　灯丝的电压精度很重要，出线位置关系到电压精度。出线点设计如下:12.6V，出线54匝，中心抽头27匝；6.3V，27匝整数插座；2.8V，12匝整数插座。

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　　(3)窒息

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　　采用22×38骨架和铁芯。

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　　(1)电流0.1A，线径:3.0A/㎜2，d=0.65√0.1=0.2055㎜，外径0.25㎜，截面积S = 3.1416×R2 = 3.1416×(0.25 & pide；2) 2=0.0346㎜2。

。

　　29.6㎜长，29.6㎜&pide左右一层；0.25mm = 118.4匝，取118匝，骨架允许缠绕厚度为(43.4-25.7)& pide；2=8.85㎜，8.85㎜& pide；0.25㎜=35.4层，35层，总匝数118×35=4130，线包总厚度34×0.25=8.5㎜，基围(41.3+25.7)×2=134㎜，一匝平均周长134+8.5× 2 = 151。

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　　扼流电阻:r = ρ× l/s(其中铜电阻率ρ = 0.0172，L =导体长度，单位:m，s =导体截面，单位:㎜2)，线径d=0.21㎜，S=0.0346㎜2，r = 0.0172× 624。0.0346=310欧姆，在0.08A电流下DC电压降为24.8V。

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　　计算线重:20%余量，606米×1.2 = 727米，重量M = 8.89×0.0346×727 = 223.6克，0.224㎏。 0.21㎜螺纹毛重:0.114 ?+ 0.224 ?= 0.338?，取0.34?。

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　　(2)若用0.29丝，外径为0.34㎜，截面积S = 3.1416×R2 = 3.1416×(0.29 & pide；2) 2=0.06605㎜2。计算窗长29.6㎜，实测窗长29.6 ~ 29.8 ㎜，一楼至少29.6㎜& pide；0.34毫米= 87圈。

。

　　骨架允许缠绕厚度(43.4-25.7)& pide；2=8.85㎜，8.85㎜& pide；0.34㎜=26层，总匝数87×26=2262，线包总厚度26×0.34=8.84㎜，可绕过。

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　　基圆周长为(41.3+25.7)×2=134㎜，一匝的平均周长为134+8.84×2=151.68㎜=0.15168m，母线长度为0.15168m×2262=343m，扼流圈的DC电阻为R = ρ× L/s (其中铜的电阻率ρ = 0.0172，L =导体长度，单位为米，S =导体截面，单位为㎜

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　　线径d = 0.29mm，s = 0.066mm2，R = 0.0172×343 & pide；0.066=89.4欧姆，0.08A电流下DC压降13.6V，重量M=8.89×0.0346×343=105.5g，取0.106㎏。居然买0.11?。 铁芯采用进口Z11硅钢片，14000高斯。

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　　四。安装和调试

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　　我在网上买了三个美国惠普公司生产的航天仪器铝合金全屏蔽。尺寸刚好够装变压器和扼流圈，也刚好适合机器的底盘。就像量身定做的一样，很合适。 屏蔽罩通过螺纹孔用螺钉而不是螺母固定在底盘上，以确保其可靠接地。

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　　买的是半成品机箱，机箱和面板的孔需要自己开。电源滤波器和输出耦合电解电容都安装在底盘上，以便及时发现漏电。 按照布线套路，一点接地。灯丝的中心抽头必须接地。 内部接线图:

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　　放大器内部接线

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　　先调试稳压电源，输出250V电压，负载80mA电流(四个25W白炽灯泡串联)和所有的管丝，电压达标，正常工作12小时，然后连接放大电路。

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　　第一次通电，连接耳机，当然不是HD600。而是用惠普品牌电脑的耳机当“炮灰”，阻抗32欧姆。通电后，看到灯丝亮了，耳机里却没有声音。马上我把音量电位器从9点调到17点(最大)，依然不仅没有嗡嗡声，也没有咝咝声。很安静，好像没电了，让我惊出一身冷汗:是不是接线错误？于是我赶紧走近机器闻了闻——没有烧焦的味道，但还是感到不安。关掉电源后，我观察了一下里面，没有冒烟和烧焦的迹象。 连接CD音源后，再次打开电源，震耳欲聋的音乐把我吓了一跳。原来音量电位器还在最大位置，我赶紧回到9点，一首很好听的歌来了，把我的烦恼变成了快乐。该放大器的信噪比达到100分贝。戴上耳机，音量电位器调到最大，听不到任何噪音。GRADO 罗兰roland音响在那修 SR325和森海塞尔/森海塞尔HD 600的对比可以看出，这款放大器也可以很好的驱动32欧姆的低阻耳机，动态好，高、中、低频都不错。

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　　该测试放大器的20hz～20k Hz方波频率响应也令人满意:

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　　左右声道为20Hz

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　　左右声道为100赫兹

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　　左右声道为1KHz

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　　10KHz左右声道

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　　20KHz左右声道

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　　因为方波频率响应好，所以声音很好听。同样的音源，用功放+耳机听要比用功放+音箱听好很多，尤其是加入了很多音乐细节，令人陶醉。

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