【P19】耳机放大器输出保护电路

我始终坚持好的耳机放大器不应该出现输出直流烧耳机单元的情况，但是这只是成品阶段，在实验阶段，谁也说不准会不会出现故障，因为我在做实验的时候已经烧掉了一大把炮灰耳机，虽然是炮灰，但是后来也烧不起了，这时候我意识到必须做一个保护电路来保护 RMB。

市面上很多耳机放大器都配备保护电路，我的一般都没有，有很多顾客对此非常担忧，实际上，市面上绝大多数的保护电路都是无效的，因为触发电压都在 0.6V 左右，这个门限实在太高了，对于扬声器来说没有问题，但是对耳机来说，还是非常危险的。

要做一个低门限的保护电路，我参考了 ESP 的一个项目：

这个项目使用了窗口比较器来控制继电器，在这个项目的基础上，我又增加了门限恒压控制和故障显示的功能，下面就用比较粗糙的手绘电路给大家讲解一下，这个电路非常适合 DIY，当然要想保护电路本身不出现故障，也可以到我家店铺买一件成品或者 PCB 板。

一）简单理解窗口比较器

一般来说，你可以把窗口比较器比做一扇窗，电压超过窗框上沿（Vref-H）和低于窗台（Vref-L）的时候都无法通过，但是音频信号的参考点位 Vref 并不在地板的高度，而应该设置在窗口的中央高度，当输出的信号出现失调产生直流偏移的时候，可能会高于或者低于 Vref，即 Offset V+ 和 Offset V-，如果超过门限电压都会对耳机造成损害，所以我们需要做的就是一旦直流电压超过门限，就控制继电器断开输出连接。

二）设置窗口门限

通过一串电阻和可调电阻依据电阻分压的原理可以设置 Vref-H 和 Vref-L。

一般情况下，将 Vref 直接接入输入信号 GND 就可以，但有时候 BTL 输出中没有 Vref，此时可以通过最左侧的两个等值电阻来获取 1/2VCC 作为参考电压，实际产生门限参考的部分是：二极管、3.3k 电阻和 5k 可调电阻。

二极管提供了一个恒定的可调范围，无论 VCC 或大或小，门限参考调整范围始终在 ±0.7V 以内，大多数情况下，我会设置在 60mV。

三）输入滤波

因为保护电路检测的是直流电压，所以信号输入是要通过低通滤波只保留直流部分。

按照上面的设置，DC_Offset 的频率为 0.3Hz，对于大多数耳机，滤波频率在 20Hz 以下是没有问题的，但是市面上出现的很多设备响应频率都达到了 5Hz（虽然根本听不到），但是还是尽量向下压缩，避免输出设备给出低频信号时造成误触。

4.7uF 电容可以是薄膜电容或者电解电容，使用点解电容时，可以是极性或者非极性电容，都没有太大影响。

四）窗口比较器

上图示意了一个标准的使用 LM393 双比较器的单通道窗口比较器，Vin 接入 DC_Offset，当输入直流超过门限时，Vout 为低电平，可以理解为 NO，在门限范围内为 YES。

10k 电阻是为了拉高 YES 时的输出电压。

五）故障检测显示

这是一个简单的晶体管作为 LED 开关的电路，比较器输出为 YES 时，LED 常量，如果 LED 不亮，那就说明这个通道输出直流超过设置范围了，这个功能在实验时可以非常方便的判断是那个通道出现了故障。

六）双通道与门控制

因为采用双通道的信号继电器，所以需要两个窗口比较器分别检测每个通道直流偏移，但是继电器控制只有一个，这时候需要一个与门逻辑电路来控制继电器，按照上图的方案，无论哪一个通道输出为 NO，继电器都会关闭，只有两个通道同时输出 YES 时，继电器才吸合。

如果只有一个通道故障，继电器会关闭，两个通道的输出都会停止，但是故障显示灯则只有发生故障的通道会熄灭。

这里参与门逻辑的二极管推荐使用开关二极管，反应会比较灵敏。

1K 可调电阻可以用来控制继电器通过的电流，实际使用时，要先在无限号输出时将阻值调整到最大，通电后调整组织，直到继电器吸合，测量 10欧姆电阻两端电压，然后使用欧姆定律简单计算出通过继电器的电流，这个值应该与继电器标称的工作电流一致。

七）完整电路

完整的电路实际使用了 LM339 四通道比较器，它与 LM393 功能性能都是一致的，制造是大多数原件都采用了贴片元件，将整体模块尺寸控制的比较小（4cm x 5cm），双通道的整合方式可以用于立体声两个通道，也可以用于平衡信号单个通道的冷热输出。

唯一需要注意的是，在与放大器使用相同电源时，如果信号输入输出连接了信号地，那么保护板电源接入的时候就不需要再连接 GND 可以避免产生还地干扰。

感谢 Rod Elliott！

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