SOLO 耳機放大器的制作及研究史記錄筆記
SOLO 耳機放大器的制作筆記
http://www.haodiy.net/m/view.php?aid=280
電阻的安裝位置很局促，電阻彎腳要緊靠電阻才行，有點小家子氣，PCB的銅箔線條也很細，略微寬點也許更好些。 套件中的電晶體用數位萬用表測試了下，337三個的放大係數分別是14，14，15，就把15的那個用到了電源部分。 327兩個的放大係數是25，34，差的比較多，好在是有環路回饋，有些失真有回饋可以消除，如果是無回饋電路，電晶體配對就非常重要了，實際試聽也沒有什麼不妥。
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z0d.6639537/tb.1997196601.167.3d385886H1dnHk&id=610863556937
對岸老虎魚直刻的SOLO PCB板
SOLO版本研究 引用部份
Graham Slee
Solo Mark III
原圖來自 http://www.rock-grotto.co.uk/soloreview.htm
元器件搭配
反饋回路耦合使用了鉭電容，主退耦電容使用了ELNA的RE系列，按年代推算應該是RE2，輸出耦合電容也使用了ELNA，應該是RA系列，這一系列可以算作是便宜大碗的普通級音訊電容。
SOLO 04版
04版起，SOLO的外殼就基本固定了，電路和PCB結構也固定並保持了很多年，然後元器件的搭配還在反複試錯中。元器件的搭配選擇主要集中在輸出耦合電容，回饋耦合電容，輸入耦合電容，和主退耦電容。
電路設計
注意輸出電阻（輸出電容旁邊那個比其他電阻都大一號的就是，有兩顆），阻值選擇是33R。07版之後這個電阻一直是120R，SRG版中間重新變成33R，最後在ULDE版本裡變成15R。
元器件搭配
上圖這一版來自Graham Slee 官網的超線性升級頁面，輸出耦合電容疑似ELNA，主退耦電容可能是ELNA的RE2系列也可能是松下M系列，輸入耦合疑似RIFA的製品，而回饋耦合電容使用了Nichicon的FW系列。這一版可能是官方自己的庫存，做一個合理的猜測，庫存可能是最早期的樣品，或者最晚期改版之後沒賣掉的庫存，我更傾向後者，這是一個最晚期版本。
而下圖這一版，輸出和回饋耦合電容都使用了Nichicon的FW系列，輸入耦合看上去像日系，有可能是松下的薄膜電容，並聯了一個Nichion的FW系列，主退耦電容使用了松下的標準品M系列，而運放的退耦電容使用了松下音訊級的AM系列。
LM7818很多廠家都在做，SOLO用的牌子的是onsemi，是同類器件中最貴的，貴就一定最好嗎？我也不知道。
耳機插座用的是日本的JALCO，在國內很難買到，不過很多大牌器材都用過，比如Mark Levinson。電源插座上標了SWC，是美國Switchcraft。RCA插座不清楚，不過看做工應該也是Switchcraft。電位器是ALPS
16型，50KA表示音量專用型。
SOLO 07版
07版也叫紅燈版，因為LED指示燈的顏色是紅色的，從07版開始SOLO的設計定型了很多年的時間，也是國內討論的最多所謂的SOLO最初、最常見的範本。我推測07版SOLO的元器件搭配很大程度是並不是為了拼湊出更好的聲音，而是因為歐盟在2006年7月1日開始推行RoHS，04版的許多元器件沒有不符合規定，不得不改。手裡有這一版的朋友如果想換電容mod，無妨試試把電容搭配回退到04版，把輸出耦合電容換回Nichicon FW系列，有奇效。
電路設計
SOLO 07版原理圖
07版的電路還是一個教科書式的電路，並不太複雜，不過還是有幾個非常有特色的地方值得一說。電路的增益偏大，適合輸出為-10dBV（大約0.3Vrms）的標準民用器材電平的前端設備，典型的如唱放。現代DAC為了追求大動態低失真，輸出電平非常大，比如雙木三林（SMSL）、拓品（Topping）的部分DAC輸出在2Vrms左右，接SOLO把音量調大肯定會爆音。
我猜這是最早07版SOLO的聲音表現為什麼爭議這麼大的原因，這個耳放要搭配高檔的黑膠唱機和GSP自家的唱放才有最好的聲音表現。
運放用的是AD823AN，有人說這是一顆視頻運放，質疑為什麼選這種冷門運放，這種說法大錯特錯，恐怕是和AD827弄混了。
OLO 07 AD817雙運放版本
AD817的開環增益很低，只有75db左右，失真偏大，但聲音特別溫暖，這個版本可能是後來超線性版的伏筆。
背面飛線了兩個電阻R10和R11，Graham老先生自己的解釋是為了在弱信號下，輸出管關閉時，運放能夠輸出一部分電流，幫助減輕B類輸出級的交越失真。
另一位元英國電路設計大師Douglas Self認為這樣可以使輸出管更快的關閉，輸出級三極管的基極和發射極之間的PN結存在結電容，當輸出級處於關閉週期時，這個結電容上存儲的電荷會妨礙輸出級關閉，這個電阻可以加速電荷的釋放。
我實測加入這個電阻可以減少2次諧波失真，但3次以上諧波失真都會增加。所以這個電阻的是否有正面作用存疑，SOLO SRG版本之後這個電阻取消了。
使用二極體簡單偏置的B類三極管輸出級存在熱失控問題，R12和R13在發射極起到了輕微的本地負反饋，能夠緩解熱失控的問題，如果去掉了，Q1和Q2會發燙。3.3R是一個經驗值，經我實測，減小到2.2R都不行，會導致輸出管顯著發燙，如果像萊曼、A1那樣增加到10R以上又會顯著增加失真。
R5和C11構成了一個低通濾波，音量調到最大時極點在1.5Mhz左右，音量調到中間位置時是150Khz，100pF容量是個經驗值，D.Self在《Small Signal Audio Design》一書中解釋過這個問題，干擾電路的微波輻射來源很複雜，典型的比如手機信號，頻率不能確定，同時前端的源阻抗也不確定，現代DAC的源阻抗很低，但古董設備很高，兩個都不確定的情況下，100pF差不多是不會出錯的選擇。D.Self建議這個電容直接放在RCA介面旁邊就可以，Graham放在了運放輸入前面。
多層次的充分退耦是SOLO電路設計的另一個特色，C6和C7構成了運放供電的退耦，其中C7直接飛線焊在了運放的背面。充分退耦能夠保證高頻大輸出的情況下，輸出級的導致的壓降不至於影響到輸入級，形成意料外的反饋回路導致電路不穩定。
輸出電阻的作用
特別值得注意的是輸出電阻從33R變成了120R，這個輸出電阻有什麼作用？為什麼取值120R？這事的源頭應該是一個上古時期的音訊輸出規範 1996 IEC 61938，年輕人不一定知道這個東西了。
07版開始固定使用了一個電容套路：
輸入耦合電容從EVOX變為黃色湯姆遜470nF 回饋補償電容繼續使用藍色RIFA 100pF
電源濾波電容和輸出級退耦電容使用了松下的標準品M系列，鋁腳，小體積，低阻抗/高紋波電流/長壽命三項特性一概沒有。是松下的基本款。
值得一提的是輸出耦合/回饋耦合/運放的退耦，這3處電容使用了松下AM系列，參數上和M系列沒有任何區別，但明確標注為音訊級電容，價格不算太貴。如果你特別喜歡發燒元器件，現在還在產的主流電容裡最貴的是ELNA的Audio SILMIC II系列，2500顆批量價格是7元，單獨買就要20了。至於已經停產的各種傳奇電容比如BG什麼的，如果說不清楚為什麼好，盲目迷信崇古沒什麼意義。
這個電容組合效果很好，但也不必迷信，SOLO的電容選擇首先要考慮合規，如我之前所說，04版的電容組合已經很完美，07版的改進大概率不是為了聲音，而是為了RoHS合規。其次Graham有意控制自己的庫存，不會隨意增加BOM的品種。最後才會考慮聲音是否足夠好。
SOLO SRG版
07版之後SOLO進入了SRG版本，這一版把LED指示燈的顏色改成了綠色，因此當時也叫綠燈版。這段時間SOLO進入了電路設計大調整時期，輸出級，反饋回路頻繁變化，版本很多。這也是SOLO的電路設計開始進入深水區的時刻，大致上說，有SRG和SRGII兩個版本，中間有帶運放架子和不帶運放架子的，使用NE5532運放的SRGII應該是最終定型的版本。這一階段調整的原因據我瞭解有2個：
根據耳機俱樂部小白透露，Graham Slee老先生這一時期的音源從Linn
LP12黑膠切換成了CD，因為音源音色的差異，黑膠唱片遠比CD醇厚耐聽，07版接唱放很好，但接CD音色就有些過於亮了，耳放需要變得更醇厚更溫潤才能搭配。並且CD的輸出電平比唱放要高些，一般唱放在-10dBV（大約0.3Vrms），CD在0dBu（大約0.775Vrms），因此耳放的增益要適當低一些。
據說這一時期法國的飛利浦5532運放工廠失火，且飛利浦不打算重建，得知這個消息老先生迅速收藏了世面上能買到的所有飛利浦5532運放，因此他要圍繞5532這個運放的特性打造SOLO，至於為什麼老先生迷戀5532，這又是一個很長的故事，和英國電路設計的歷史傳承有關係，5532某種程度上脫胎於JLH 1969電路，因此有著相似的溫暖的聲音，有興趣可以去官網blog看。
根據拆機的時間推斷，OP27運放架子版本在前，NE5532版本在後，因此OP27運放架子應該是SRG初版，估計是因為第一個原因SOLO開始了SRG的改版，幾經變化，最終因為第二個原因定型在了NE5532運放版。
這是SRG版，運放使用的OP27，通過運放架子轉成雙運放使用。
5532版本原理圖
回饋
與07版相比，SRG版本將反饋回路做了徹底的調整，整合設計思路和NOVO一致，可以參考我寫的NOVO電路設計解密一文。將原本的1條反饋回路，變成2條。
一條直流反饋回路，經過R14位於耦合電容和輸出電阻之前，從直流角度上看，所有的輸出都送回，輸出電位固定在中間點。值得注意的是R14是6環電阻，1%精度，50ppm溫漂
一條交流反饋回路，R15/R17決定了電路的交流放大倍數，回饋點取在了耦合電容和輸出電阻之後，有兩個作用，第一可以通過回饋消除輸出電容造成的失真和頻率回應問題，第二推動低阻耳機時可以降低耳放的輸出電阻，可以適配更廣泛的阻抗類型。
C9是背面飛線，不是所有版本都有，也不是所有5532的版本都有，用來補償運放輸出側的容性負載。
輸出級
在初版SRG中觀察到把偏置二極體和三極管物理熱耦合在一起，這樣如果三極管發熱導致PN結電壓下降，二極體的也會同步下降，這也是英式電路設計的傳統做法之一。
有些版本橫跨輸出管基極和發射極的電阻消失了，有些版本保留，輸出管也經過一些變化，部分版本的輸出管換成了BD139、BD140。
BD139、BD140輸出管版本
上圖的版本使用了BD139、140輸出管，同時退耦電容換成了松下FC系列，輸出電阻減小到33R，這應該是向SOLO ULDE版本過渡過程中的某個實驗性型號。
電源設計
供電部分特別妙，回顧一下07版的供電，07版如果帶電插入DC線，會有火花，無傷大雅但有些人會覺得不安。SRG版電源退耦電容串聯了一個1R的電阻，不會有火花了。輸出之後的退耦從1000uf提升到了2200uf，這麼大的電容LM7818帶不動，因此串聯了一個3.3R的電阻。從背面的照片看，合理懷疑3.3R還是不夠，會引起LM7818進入過流保護，因此再串聯個3.3R的電阻。最後貼近輸出級的地方放了一個小電容退耦。
供電回路有電阻可能會讓一些人焦慮，但其實還好。電容的容抗計算公式：
1000uf電容在20Hz的容抗大約是8Ω，2200uf大約是3.6Ω，因此串聯一個電阻之後，也沒有比之前阻抗高。LM7818的輸出阻抗大約是1mΩ，串聯3.3Ω電阻之後和退耦電容的阻抗大約在同一個量級。
SOLO 超線性版
2009年之後，新一代旗艦耳機森海塞爾HD800，拜亞動力T1發佈，SOLO推動這些新世代旗艦耳機力有不逮，在這種背景下，Graham Slee推出了新的超線性版來解決這個問題。初期的超線性版和SRG版本電路設計基本一致，區別僅僅在於增加了一個超線性模組。
運放實現超線性
2022年Graham在另一篇文章中詳細解釋了具體的做法：
Inside op-amps - Graham Slee Audio Forum | HiFi System Components - Page 1
首先你需要一個可以外接補償電容的單運放，然後通過增益頻寬積、開環增益算出主極點頻率，然後輸入級電阻，內置補償電容容量兩者要知道一個，一般是內置補償電容，最好還有運放的內部原理圖，然後用一顆電阻替代補償電容的位置，給VAS級（電壓放大級）施加額外的電流回饋，就可以實現超線性的效果。
以LF411（AD711的前任型號）為例，內部原理圖：
輸入級電阻R1、R2是2k，因此差分阻抗是4k，補償電容Cc是10pF，如圖所示連接一顆回饋電阻就可以起到降低開環增益的作用。那麼具體取值是多少呢？
從datasheet可以看到增益頻寬積是4Mhz，開環增益是200V/mV，因此主極點頻率是：4M/200k=20Hz。如果有開環增益圖從圖上也可以大致數出來：
提出一個虛擬電阻的概念（Imaginary Resistor），對於VAS級來說，就當主極點頻率（20Hz）上補償電容Cc的容抗和輸入級的阻抗決定了VAS的電壓放大倍數，對於LF411來說，圖上可以看到Cc=10pF，在20Hz的容抗 ：
根據反向放大器的增益公式：
和標稱的200V/mV開環增益可以說是剛好一樣。
那麼如果我們想要40dB的增益（像膽機五極管一樣），那麼應該取值390K，這裡給一個LF411的範例：
開環增益40dB，閉環增益20dB，增加一個對地的390K電阻用於平衡輸入級。
如果用LF356來配置超限性，主極點在25Hz，容抗是636M，電阻取值應該是316k。用NE5534則是490K。
分立元件實現超線性
D.Self在《音訊功率放大器設計手冊》書中也討論過類似的電路構型：
SOLO 鑽石版
超線性之後，據耳機俱樂部的小白博文，為了解決推動低阻耳機時的底噪問題，推出了鑽石版。
電路設計
這一版電路設計大改，又重新變得簡單，以前歷次改版的伏筆都有體現，有一點返璞歸真的意思。
首先最重要的要解決底噪的問題，超線性運放降低了開環增益，也就降低了回饋對雜訊的抑制能力，導致了底噪問題。怎麼降低底噪？可能很多人首先想到的是增加電源濾波，減少電源的雜訊，錯。正確的做法是減小運放外部電阻值。R19/R21比SRG版本減小了一倍，R6/R7/R8也成比例縮小的了。關於電阻值的選取，我摘抄一段西安交通大學楊建國教授在《你好，放大器》一書中的說法，最關鍵的是第4條：
《你好，放大器》第28頁
然後，回饋點改了，不再從輸出電容C9甚至輸出電阻R17後面取出回饋點，而是從輸出級這裡就地取回饋。其實這才是一般認為正確的回饋設計。之前在SRG版本中回饋點後移，可以通過回饋優化輸出電容、電阻造成的低頻失真。但代價呢？代價是輸出電阻和耳機的寄生電阻形成了額外的極點，輸出電阻120R，耳機電容取500p，那麼極點頻率大約在2Mhz，在200Khz處就有相位變化了，這個對於耳放整體的相位裕度還是有很大的挑戰。
輸出電阻進一步減小到15R。輸出級的偏置電阻從3K減小到2.2K。我試過專門模擬一個SOLO的輸出級，用梯度下降的方法，得出失真最佳的偏置電阻值是2.1K，不知道Graham是不是做過和我一樣的實驗。
元器件搭配
這一版的電容很奇怪啊，我一度都以為是不是假的。這個電容是什麼牌子，什麼系列？我研究過主流大廠所有的電容系列，但完全認不出這一系列電容的牌子。是否是為了節省成本?
然後是輸出管，從BC337/327換成了BD139/140，是為了更大的輸出能力？我認為不是，他們的
曲線顯示，他們的最佳輸出電流都在100mA~200mA範圍，從曲線上看BC337/327輸出電流的能力還要更強些。BC139/140顯然能承受更大的功率沒錯，但SOLO的輸出級基本不發熱，還沒到需要考慮功率承受能力的時候。
我認為這還是供應鏈問題。這一段時間製作Proprius功放需要消耗大量的BD139/140，因為庫存問題所以換用的這批管子。
最後提一句PSU1電源，很多人可能有對這個有一些幻想，覺得這個電源好，開關電源不好。Graham老先生對此是不以為然的，我也如此。這就是個最基本款的電源，設計上沒有什麼特別的地方，濾波容量給的比較足，能用罷了。
補充圖片:
留言
張貼留言
圖片及引用文章來源於網絡，如有侵權請聯繫刪除，謝謝。