ic 797前级功放板 性能超各种发烧运放！老虎180教您打造Hi-end电压放大模块（一）

性能超各种发烧运放！老虎180教您打造Hi-end电压放大模块（一）

此文写于十四年前。当时，老虎还在一个国内顶级的团队做硬件设计...下面就是老虎当年的文章。

从初中开始，到参加工作，历时二十多年，DIY音响就一直是我的最爱。本贴就音响系统中最重要的环节---小信号放大器的打造，予以详解。

一套优秀的Hi-end音响系统，必不可少的三个环节是：优秀、低失真的电压放大级；能够输出高电压和大电流的电流放大级以及优秀充沛的电源供应。

经过近一个月的设计、备料、仿真、调试、对比试听等工作，历经周折，老虎设计的电压放大模块终于诞生了。经过和一些经典模块的对比试听，对其表现也已经满意。特将全过程发表，请大家批评、指正。

老虎180设计的电压放大模块

常见的放大器（运算放大器）电路架构形式有：

1、三级电压放大+相位补偿，如NE5532。

被称为HiFi运放之皇的 NE5532 电路架构

2、两极差分放大，如OPA637。

OPA637 的电路结构

3、单极放大---折叠共源共栅，如OPA655（AD797也是类似架构）。

OPA655 和AD797 电路架构

网上有文章谈到了单极点放大器的问题。其中有一个结论就是：”回Shou”会让两个极点以上的放大器发生谐振现象！”估计这个文章是翻译的，回授就是负反馈的意思。所谓“单极点”，就是指这个电路可能的谐振频率只有一个。换句话讲，理论上，单级电压放大就只引入一个极点（每个极点会引发90度的相移），多级电压放大就会引入多个极点。每一个极点就是一个谐振频率，需要在电路中利用补偿电容将可能的振荡抑制掉，电路才会在各种增益情况下都是稳定的。单极点的放大器的一个重要优点就是不易谐振，瞬态响应容易得到满足。

针对多极点放大器，由于多个极点，会导致幅度（相位）---频率特性出现多个转折点，有可能导致在深度负反馈的时候，高频相移达到180度，由此引发高频震荡。多极点放大器的稳定性处理方面，常见的手段例如尽可能将这个曲线的第二转折点（甚至第三转折点，如果是三级放大的话，以此类推...）和第一转折点（即主极点）在频率轴上尽可能远离，或者引入零点补偿等方式，来使得在增益大于1的情况下，相位裕度小于180度（工程上，一般要小于135度）。而这些调试和补偿，需要通过仪表或仿真工具来实现。业余条件下，精确调整难度略高一些。

对于开环增益，我的理念和某些人的观点不同。其实开环增益不是够用就可以的。在电路稳定的前提下，负反馈加深，失真自然降低。关于负反馈引发瞬态互调失真的问题，可以通过增加电路的响应速度，提高带宽，并辅之低通滤波器完全消除它。如果注意的话会发现，每个音频放大器的输入级都有RC低通网络，其作用也是在这里。

常见的“单极点” 电压放大器的类型有：共射（源）极放大器，共基（栅）极放大器，共射（源）共基（栅）放大器等。其中折叠型共射（源）共基（栅）放大器在运算放大器等场合得到了广泛的应用。

在这里，准备用折叠共源共栅(Folded Cascode)架构来打造电压模块。本设计的主要目的是为了设计一款超低失真，动态特性也非常理想的电压放大极。该架构可以满足我的需求。当然为了将该电路架构的性能发挥到极致，还带有实验性质。同时我认为架构虽然重要，但更重要的还是设计者对该电路架构的理解和认识。如果认清了该电路结构形式的优点和缺点，并且能够从设计上去充分下功夫，将影响指标的因素一一消除，并辅之正确的电路设计方法和理念，最终一定可以修成正果。

采用折叠Cascode电路架构还有以下考虑：从制作的简易程度来看，折叠Cascode电路的零极点补偿对DIYer来说更有把握一些。如果采用多级放大，稳定性和零极点补偿会是一个比较大的问题。如果补偿失当，就会画虎不成反类犬。我们不应仅仅希望电路的静态指标如正弦波响应和失真比较理想，还应希望动态响应、幅频特性、稳定性等指标都达到比较好的水平。多极点放大器不借助防真工具和仪表要想实现理想的动态响应还是不太容易的事情。业余条件下没有特别的仪表，一些元器件缺少仿真模型。若采用通用模型替代，实际器件分布参数对电路影响也比较大。因此我选择了单极点的折叠Cascode的架构形式。

本电压放大模块原理图如下：

老虎180 DIY放大模块电气原理图

谈到折叠Cascode，首先就要想到该电路的特点，其特点是：和多级放大器相比，其增益适中、输出摆幅适中、但响应速度快。因此本电路胜在稳定性和动态特性上。如果再在失真削减方面下足功夫，综合指标自然不会差。

下面针对本模块的电路进行解说。本模块可以按照如下电路单元进行划分：

老虎180 DIY放大模块功能示意图

1、工作点产生电路解说：该电路包括两个部分，一是基准电流产生电路，另一部分是电流复制电路。它包括一个基准电流源和若干个电流镜像电路。基准电流源部分是以Q20、D19、R3、R8、R10、C1等器件组成，用于产生一个基准电流，作为整个放大器的一个电流基准。Q2、Q3为电流复制电路，从输入级Q28基极那里复制电流。由于输入级两个FET源极处已经有了Q30、Q31组成的一般电流源，因此Q2和Q3的电流中的一部分要分给输入级，另一部分则分配给共基级的两个晶体管Q4和Q7。

电流复制的原理在很多专业书籍上均有介绍，就不重述了。Q2和Q3发射极对电源接的两个电阻R4和R7主要起到改变电流复制系数的作用。改变阻值，即可改变输入级和共基极的电流分配比。

大量采用电流镜的优点有两个，一是电流镜像精度比较高，基本不用考虑电源电压等波动的影响；另一个优点是可以提升放大级晶体管的负载阻抗，从而有助于提高开环增益。

2、输入级电路解说： J1、J2为输入级晶体管。为了保证高的输入阻抗，选用了JFET作为输入级。

Q11、Q12、R13、D7、Q9构成Bootstrap电路。该电路在《晶体管电路设计》上册P234-236已有介绍。书上的观点是“电路发生的“电路能输入的同相信号的振幅被限制”的问题没有了”。这对于同相应用而且增益往往只有6dB（这意味着输入幅度可能会比较大）的电路显得尤为重要。

输入级采用Bootstrap的另外一个相当大的好处是---------可以削减失真。谈到这个问题，就必须先谈谈输入级管子的VDS/ID特性。常见的JFET 2SK170的VDS/ID特性如下：

2SK170 的 VDS -ID曲线

在这个特性曲线中可以看出，随着VDS变化，ID并不是一个定值，而是有一定斜率的。实际的FET配对，都是在一定的VDS下进行的，很难保证在VDS变化时，两个管子的特性都能够做到完全的匹配。实际上由于FET的离散性，即使是用上2SK389之类的管子，也不能保证两个管子的这两条曲线始终完全重合。一旦不重合，即会产生失真。由于失真是随着输入信号幅度变化动态产生的，因此无法通过调零电路消除。

输入级渥尔曼化的另一个好处是拓宽频率特性。参见《晶体管电路设计》P232。

固定VDS的另一个好处是，可以固定输入级晶体管的输入电容。同样可以减少失真。理由同上。 FET输入电容和VDS的曲线：

2SK170 CISS-VDS曲线

看来，输入级采用渥尔曼+boot真的是有百利而无一害呀。唯一的缺点就是管子多了一些。

下面谈谈折叠共源共基的后半部分电路----共基部分的设计思想: Q4、Q7为典型的共基极放大电路。共基极放大由于没有米勒效应，因此频响很宽。Q4的集电极输出通过电流镜镜像到Q7一侧，和Q7共同输出。

基本的折叠Cascode电路(例如下图的电路)存在的缺憾:

Cascode放大器

在其中的共基放大电路的Pai参数等效电路如下：

共基放大的Pai参数等效电路

在这个等效电路中，Cob是晶体管的集电极-基极等效电容，在电路中起到了补偿电容的作用。但问题是，这个补偿电容的容量是会变化的！下面两副图片分别是2SA970和2SC2240的Cob和Vcb的曲线：

A970 Cob-Vcb 曲线

C2240 Cob-Vcb曲线

可以看出，P管和N管的Cob/Vcb的曲线是不相同的，变化规律也是不相同的。而输出的时候P管和N管的Vcb变化却是大小相等方向相反的。这样一来，等效的补偿电容的容量将随着幅度的改变发生变化，将带来比较大的失真！ Cob随着Vcb变化而变化的主要原因是由于在不同的极电结偏压下，b区和c区形成的PN结的厚度不同导致的。

由于P管和N管半导体材料不同，因此这个变化规律完全不一样.

怎样才能消除Vcb变化和由于P管和N管材料差异引起的失真呢？请期待下集

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四核SoC支持802.11ac Wi-Fi®

强劲的四核SoC（System on a Chip）处理器可以同时执行多个处理任务。它大大拓宽了网络功能，在兼容802.11b/g/n双频路由器的同时，也可支持最新的802.11ac（2x2 MIMO）高速无线网络规范。

* 无线信号强度和Wi-Fi的使用会受到国家或地区的规定影响。

灵活的2区/B区线路输出

只需通过RCA模拟音频线，即可把功放的2区/B区线路输出与另外一个房间的音频系统连接起来。有了2区功能，您可以同时在两个房间中播放相同或不同的模拟或数字信号源（包括SPDIF和HDMI）。B区模式能让功放与无线发射器完美匹配，您可以通过兼容的无线耳机聆听包括电视音频信号的各种音源，非常适合用于观看电影或电视节目。

一键提高对白的清晰度

快速有效地解决观看电视节目和电影时，时常听不清对白声音的问题。TX-NR797具有DSP控制的Vocal Enhancer功能，可识别人声频率，并允许您使用遥控器或功放前面板上的音调控制按键升高或降低人声音量，一步设置出让您满意的人声。

具有AccuReflex™技术的AccuEQ房间声学校准技术

AccuEQ房间声学校准功能可以为您的听音空间营造出和谐的声场。它能检测扬声器的位置、尺寸和距离，并设置合理的声压级，随后您再选择理想的低音炮分频点，并对所有扬声器设置均衡器。AccuReflex™则能对杜比全景声反射式扬声器还原的3D声音进行优化，它解决了由直达声和反射声路径差异引起的相位差，改良了声音的定位，从而营造出带有顶部音效并可垂直移动的3D声场。

专为定制安装准备的接口

TX-NR797具有用于外部组件的12 V触发输出和用于扩展遥控范围的IR输入。另外，它还支持定制安装工程常用的IP控制、RS-232C和OSD输出。

产品特性

每声道185W THX® Certified Select™认证的动态音频放大系统

支持Works with Sonos，AirPlay 2，DTS Play-Fi®，和FlareConnect™*1多房间音频技术以及TuneIn网络音频

9.2声道放大，支持5.2.4声道杜比全景声（Dolby Atmos®）和DTS:X® 播放

Dolby Atmos Height Virtualizer*2

具备IMAX® Enhanced*1认证的IMAX®数字娱乐体验

重新设计的HDMI®板，SoC板材，以及功率放大器

HDMI副输出/2区输出能将媒体共享到另一个显示器或投影仪

四核SoC支持802.11ac（2x2 MIMO）高速Wi-Fi®规格*3

带有DAC解码的2区/B区线路输出能分享数字/模拟音频（包括HDMI/SPDIF*4）

支持主区5.2声道 + 2区扬声器输出 + 3区扬声器输出，能同时或独立播放数字/模拟音频

立体声分配模式可将前置播放切换为顶置通道

DSP控制的人声增强功能，一键提高对白的清晰度

图形化用户界面可显示媒体输入/输出信息

HDMI支持4K/60p，4K HDR，BT.2020，HDCP 2.2

具备AccuReflex™的AccuEQ Advance 9点声学校准功能

用于A/V输入端口的一键式音量记忆存储设置

IP控制，RS-232C，12V触发输出，以及IR输入接口

功放特性

每声道185W（6 Ω，1 kHz，10%，单通道驱动，JEITA）

获得IMAX Enhanced以及THX Certified Select认证

动态音频放大技术

定制大电流低噪声变压器

大型定制音频电容器

Non-phase-shift无相位偏移放大电路分立式输出

可承受大电流的加强型电源线

重新设计的HDMI板，信号传输路径更短，有效降低噪音

SoC电路板隔离式设计，降低干扰

大电流驱动能力，可应对4Ω扬声器

AKM（AK4458）384 kHz/32-bit多声道D/A转换器

VLSC™（矢量线性修正电路）消除（左/右声道）高频噪音

S/PDIF音频具备PLL时基误差纠正电路

支持所有声道（除3区）独立音调控制

音视频支持

HDMI接口支持HDCP 2.2，4K/60p，HDR（Dolby Vision™，HDR10，HLG），BT.2020，4:4:4色彩空间，24-bit色彩，3D视频，ARC音频回传（Audio Return Channel），DeepColor ™，x.v.Color ™，以及唇形同步

Dolby Atmos，DTS:X，Dolby® TrueHD，以及DTS-HD Master Audio™

Dolby Atmos Height Virtualizer 3D声音处理

Dolby Surround®和DTS Neural:X®上混技术

专为IMAX Enhanced内容设置的IMAX模式

专为电影、音乐以及游戏设置的THX®聆听模式

专为游戏开发的音效（摇滚，运动、动作以及角色扮演）

剧院虚拟环绕声功能

网络特性

支持网络电台，多房间音频，Onkyo Controller应用控制的网络音频串流*6

能在Sonos家庭音响系统内使用Works with Sonos*7

支持AirPlay 2 多房间无线音乐和Siri声音控制*8

通过Onkyo Music Control App*6使用DTS Play-Fi®支持无线串流音乐

FlareConnect ™多房间音频串流到兼容的设备

四核SoC处理可大大提升网络性能，支持802.11ac（2x2 MIMO）高速Wi-Fi规格

支持Onkyo Controller遥控以及音乐串流应用*7

支持网络Hi-Res音频播放（DSD 11.2 MHz/5.6 MHz/ 2.8 MHz*9；FLAC，WAV [RIFF]，AIFF，和192 kHz/24-bit ALAC格式*10）

连接特性

7个HDMI输入（1前置），2个输出（主输出支持ARC，副/2区）

1组分量视频输入（可分配）

2个复合视频输入（可分配）

2个数字音频输入接口（光纤和同轴，可分配）

6个RCA模拟输入（可分配）

3.5mm立体声模拟输入（位于正面）

1个唱机输入，内置用于黑胶唱机的MM均衡器

3.5 mm AccuEQ测试麦克风接口（位于正面）

6.35mm耳机接口（位于正面）

2组低音前级输出接口

2区/B区RCA线路信号输出

9组旋钮式扬声器接线柱

用于网络连接和IP控制的以太网接口

USB（5 V/1 A）接口支持音频文件播放（位于背面）

RS-232控制输入接口

用于遥控器扩展的IR（红外）输入接口

12 V触发输出接口（主区，可指定，100mA）

可拆卸电源线

高级特性

AccuEQ Advance 9点测量以及AccuReflex™

DSP控制的人声增强功能，一键提高对白的清晰度

蓝牙无线技术支持自动唤醒，支持智能音箱音频输入自动通道切换功能

Advanced Music Optimizer优化技术能够提升压缩音频的播放质量

2区和3区输出支持同时或独立播放数字或模拟音源（包括HDMI/SPDIF）

立体声分配模式支持前置声道切换至顶置扬声器

带独立2区DAC的2区/B区线路输出（RCA模拟接口）可将音频传至兼容的音频系统，可在主区和2区同步/独立播放数字/模拟音频（包括HDMI/SPDIF）

通过前面板实现A/V输入的一键音量记忆设置

支持1080P全高清画面提升至4K超高清

HDMI通过图形用户界面与OSD显示媒体输入/输出信息

每声道可进行独立分频调整（40 / 50 / 60 / 70 / 80 / 90 / 100 / 120 / 150 / 180 / 200 Hz）

A/V同步控制（48kHz采样率下5ms步进，最高500ms）

多种待机模式以及HDMI待机直通功能

以太网接口通过IP控制功能支持智能家居控制

3种液晶屏显示亮度（正常、暗、更暗）

40个FM/AM电台频道预设

重新设计的遥控器

*1 FlareConnect是一种专有网络协议，可在兼容产品之间共享音频。有关产品兼容性的详细信息，请访问Onkyo网站。*2 需要日后固件更新支持。*3 无线信号强度和Wi-Fi信道的使用会受到某些国家或地区的法规会影响 *4 当2区启用时，HDMI音频仅限1-3输入接口，SPDIF且HDMI仅支持PCM信号，并且可以同步播放多个音源。设置为B区时，可同时在主区和B区中播放所有输入的编码音频及PCM音频。*5 当2区启用时，HDMI音频仅限1-3输入接口，SPDIF且HDMI仅支持PCM信号。可以在主区，2区以及3区同步播放多个音源。3区支持 supports 模拟/网络/蓝牙音频。通过2区输出和2区/B区线路输出进行输出。

*6 登陆App Store苹果应用市场或安桥官网下载应用程序http://www.cn.onkyo.com/。*7 需要Sonos Connect设备（需另行购买）。*8 需要使用Apple HomePod进行Siri语音控制。*9 转换为PCM. 由于无线网络环境差异较大，通过Wi-Fi播放DSD音频无法保证在所有网络环境中顺畅。*10 通过无线局域网支持的采样率取决于网络环境。ALAC最高支持96kHz。

动态功率

250W（3Ω，左右声道）

220W（4Ω，左右声道）

130W（8Ω，左右声道）

0.08%（20 Hz-20 kHz，半功率）

200 mV rms/47 kΩ （线路电平）

3.5mV rms/47 kΩ （唱机电平）

额定RCA输出电平及阻抗

1 V rms/470Ω（低频信号前置输出）

200 mV rms/470kΩ（B区/2区信号线路输出）

±10 dB, 20 Hz (低音 )

±10 dB, 20 kHz (高音)

106 dB (线路电平, IHF-A）

80 dB（唱机电平，IHF-A）

1.0 Vp-p/75Ω（Component Y）

0.7 Vp-p/75Ω（Component Pb/Pr）

1.0 Vp-p/75Ω（Composite）

530 kHz–1,710 kH z

522 kHz–1,611 kH z

无声音输出功耗

75W

*AccuEQ设置麦克风 *快速上手指南 *遥控器

9.2声道网络影音接收机TX-NR797

官网建议零售价：¥8880

线上购买地址：

https://dwz.cn/qQyLeJwV

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