電子管功放音色純真而柔美，諧韻豐富，膽味濃郁，深受廣大發(fā)燒友青睞。今特推薦一款適合普通家庭使用和欣賞音樂(lè)的電子管合并式功放。本機(jī)通用性強(qiáng)，制作簡(jiǎn)便，成功率高，升級(jí)換代方便。
電子管功放的負(fù)載能力很強(qiáng)，當(dāng)額定輸出功率能達(dá)到30W+30W時(shí)，其音樂(lè)功率可達(dá)120W+120W，可帶動(dòng)一對(duì)中型音箱，完全能滿(mǎn)足家庭影院和欣賞各種室內(nèi)樂(lè)的要求。
本功放電路采用通用型設(shè)計(jì)方案，功率放大管可采用6L6、6P3P、EL34、6CA7、KT88、6550等，工作狀態(tài)根據(jù)制作者的偏愛(ài)，可分別制成A類(lèi)或AB類(lèi)放大形式，電路基本不變，只要調(diào)整功放柵極負(fù)壓與部分元件參數(shù)即可。
常用功率管作A類(lèi)與AB類(lèi)推挽功放應(yīng)用參考數(shù)據(jù)表:
字串5  字串5
一、合并式功放電路簡(jiǎn)析
字串5
 字串4
圖1 電子管合并式功放電原理圖
圖l為電子管合并式功放電原理圖。輸入電壓放大級(jí)采用目前最流行的SBPP電路，由雙三極電子管6N11擔(dān)任，該管屏流與跨導(dǎo)值大，屏極線(xiàn)性范圍寬，輸入動(dòng)態(tài)范圍大。輸入的音頻信號(hào)由下管柵極輸入，工作于共陰極方式；上管工作于共柵極方式，經(jīng)放大后的音頻信號(hào)由上管陰極輸出。本輸入級(jí)的特點(diǎn)是：輸入阻抗高，輸出阻抗低，因此，本前級(jí)放大具有傳輸損耗小，抗干擾性能好，頻率響應(yīng)特性好，特別是高頻特性極佳，高頻瞬態(tài)響應(yīng)特性好的優(yōu)點(diǎn)。
倒相放大級(jí)采用長(zhǎng)尾式倒相電路，將輸入級(jí)的音頻信號(hào)直接耦合至倒相級(jí)。這樣不但拓寬了頻響；同時(shí)又減少了因極間耦合電容帶來(lái)的相位失真。本電路由雙三極電子管6N1l或6N6來(lái)?yè)?dān)任。上管為激勵(lì)管；下管為倒相管。兩管共用陰極電阻，并具有深度電流負(fù)反饋的作用，故穩(wěn)定性能好，相移失真小，共模抑制能力強(qiáng)。對(duì)上管來(lái)說(shuō)是串聯(lián)輸入；對(duì)下管來(lái)說(shuō)是并聯(lián)輸入。當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，利用兩管陰極的互耦作用，使屏極與陰極電流均隨之變化，由于兩管屏極負(fù)載電阻的阻值相同，兩管輸出電壓的幅值相等，而兩管屏極的輸出電壓方向相反，從而完成了倒相放大工作。
字串2
值得注意的是：前級(jí)輸入放大管與倒相級(jí)放大管的陰極電位均接近100V，所以在選用雙三極電子管代用時(shí)不能忽視，因?yàn)橐话愕碾p三極電子管，其陰極與燈絲之間的耐壓均不超過(guò)100V，超過(guò)此極限電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致燈絲與陰極間的擊穿。故比較適合使用的雙三極管有：6Nll、6N6、12AX7、12AU7等。
此外，還必須注意的是倒相管柵極對(duì)地電容的容量可從0．1—0．22μF，耐壓400V以上，不允許有絲毫的漏電，否則將會(huì)影。向倒相級(jí)的工作狀態(tài)，因此必須選用高質(zhì)量的CBB電容為最佳。
推動(dòng)放大級(jí)采用陰極輸出電路，并將音頻推動(dòng)信號(hào)直接耦合至功放管的柵極，由雙三極電子管6N6擔(dān)任。本電路具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻率響應(yīng)寬，失真系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)殛帢O輸出器實(shí)際上是串聯(lián)輸入式電壓反饋電路的特例。對(duì)于音頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，屏極是接地點(diǎn)，而由陰極輸出，此種電路其電壓無(wú)增益，電流有增益。
為了使陰極輸出器能獲得較高的輸出，就必須要求前級(jí)有較大的輸入信號(hào)電壓，而且要有效地利用陰極器非常優(yōu)越的特性，其前級(jí)也必須輸出幾乎沒(méi)有失真的信號(hào)電壓。本電路的輸入放大級(jí)與倒相放大級(jí)在設(shè)計(jì)上均保持了足夠的增益，而且為確保放大信號(hào)的高質(zhì)量，兩級(jí)放大器中均有適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋。 字串7
陰極輸出器帶負(fù)載能力極強(qiáng)，它能給出強(qiáng)勁的無(wú)削波的推動(dòng)功率。同時(shí)，由于陰極輸出電壓全部反饋，因而利用負(fù)反饋能大為改善功率放大器的各項(xiàng)性能，如非線(xiàn)性失真、頻率響應(yīng)、信號(hào)噪聲比等均能得到近乎完美的改善。
功率放大器采用高保真超線(xiàn)性電路，超線(xiàn)性功放的顯著特點(diǎn)是輸出級(jí)加有簾柵極的負(fù)反饋。在功放級(jí)輸出變壓器一次側(cè)中增加一抽頭接到簾柵極，因此，簾柵極上就從屏極輸出電壓中得到一部分反饋電壓。如果功放管柵極上加上正向信號(hào)時(shí)，此時(shí)電子管的屏流增加，于是負(fù)載電阻兩端的信號(hào)電壓也增加，也就是說(shuō)，功放管柵極輸入信號(hào)和屏極輸出信號(hào)電壓兩者相位相反，而增加了簾柵極反饋后，使功放級(jí)輸出電壓有所降低，這表明，應(yīng)用簾柵反饋時(shí)功放級(jí)的非線(xiàn)性失真可顯著減小，噪聲輸出降低，頻率特性得到改善，功放管等效內(nèi)阻降低。
在超線(xiàn)性功放電路中，簾柵極反饋電壓的深度與抽頭位置有關(guān)，當(dāng)抽頭位置越接近屏極時(shí)，則反饋越深，最終如全部反饋時(shí)即成了三極管接法，此時(shí)放大器的增益將大幅度減小。為了確保放大器的增益與性能兩者兼顧，輸出變壓器上簾柵極抽頭位置按阻抗比0．18計(jì)算為最佳，則線(xiàn)圈的匝數(shù)比為其平方根，即應(yīng)設(shè)置在0．43處。如功放管采用6L6、EL34時(shí)，該管柵極與簾柵極之間放大系數(shù)μ約等于8—9，則可求得反饋系數(shù)β＝0．43／(8—9)≈1／20。 字串7
二、合并式功放底板布局
字串9  字串3
圖2 電子管合并式功放底板圖
圖2為電子管合并式功放底板圖。電子管合并式功放的底板布局經(jīng)多次實(shí)踐后確定，本底板采用通用型設(shè)計(jì)方案，有利于改裝與今后的升級(jí)換代。
底板尺寸為400mmX360mm，方便于放置在標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)架之上。底座后排中央安裝電源變壓器，兩側(cè)分別安裝左、右聲道輸出變壓器，垂直方向放置，電磁場(chǎng)感應(yīng)最小。
電子管的布局分成三排，最后一排安裝左、右聲道兩對(duì)功率電子管，采用標(biāo)準(zhǔn)型瓷八腳燈座，可適用于6L6、EL34、6P3P、6CA7、KT88、6550等各種功率電子管，這樣與左、右聲道輸出變壓器距離最近，接線(xiàn)最短，相互感應(yīng)也最��；中間一排為左、右聲道推動(dòng)電子管，采用瓷九腳燈座，這樣與功放級(jí)及前級(jí)距離最近；前面一排安裝左、右聲道輸入放大管與倒相管，采用瓷九腳燈座，適合于6N1、6N2、6N11、6DJ8、12AX7、12AU7等雙三極電子管。
底座前下方為電源開(kāi)關(guān)與左、右聲道音量控制電位器；底座后下方為左、右聲道輸入端子與輸出端子，電源進(jìn)線(xiàn)與保險(xiǎn)絲盒。
字串2
三、A類(lèi)與AB類(lèi)功放型式的選擇
根據(jù)制作者的偏愛(ài)，本機(jī)可制作成A類(lèi)或AB類(lèi)功放型式，功放電路基本相同，只要適當(dāng)改變推動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度與功放管柵極負(fù)偏壓，即可制作成不同類(lèi)型的功率放大器。
為了使制作者能了解A類(lèi)功放與AB類(lèi)功放的特點(diǎn)，故特作如下簡(jiǎn)要的分析，使制作者可根據(jù)不同功放類(lèi)型的：特點(diǎn)加以選擇后確定。
圖3為A類(lèi)與AB類(lèi)推挽功放特性曲線(xiàn)圖。
A類(lèi)功放的特點(diǎn)是：保真度高，音色純真而柔和，但功放級(jí)的輸出效率較低，一般只能達(dá)到25％—30％。
A類(lèi)功放輸出音頻信號(hào)電壓的波形，與柵極輸入的波形完全相似，要達(dá)到此目的，功放管必須工作于柵壓與屏流特性曲線(xiàn)中點(diǎn)Q的直線(xiàn)部分，功放管的柵極負(fù)壓必須配置適當(dāng)，使柵極上的輸人推動(dòng)電壓在正半周最大值時(shí)，不超過(guò)所規(guī)定的柵極負(fù)壓值；同時(shí)在負(fù)半周時(shí)，也不能使柵負(fù)壓太低，致使達(dá)到屏流截止點(diǎn)或屏流曲線(xiàn)的彎曲部分，而引起失真。
字串8
圖3 A類(lèi)與AB類(lèi)推挽功放特性曲線(xiàn)圖
所以說(shuō)，A類(lèi)功放柵負(fù)壓必須配置在特性曲線(xiàn)中心段的直線(xiàn)部分，并在屏流截止值一半的位置上。例如EL34功放管的柵負(fù)壓作A類(lèi)放大時(shí)，其屏流截止規(guī)定值為—18V，因此該管的柵極負(fù)壓值應(yīng)配置在—9V左右，而前級(jí)輸入的推動(dòng)電壓變化亦要限制在最高不超過(guò)±9V范圍之內(nèi)，這樣性能最好、保真度最高。
A類(lèi)推挽功放中功放管的柵極負(fù)壓，通常采用自給柵負(fù)壓方式，使輸入電壓低于柵負(fù)壓，功放級(jí)始終工作于線(xiàn)性放大的區(qū)域內(nèi)，故柵極始終處于負(fù)電位，不會(huì)產(chǎn)生柵流，失真也最小。只要按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好電路中所規(guī)定的數(shù)值，一般無(wú)需進(jìn)行調(diào)試，功放均能正常地工作。
A類(lèi)推挽功放級(jí)的屏極電流在零信號(hào)與滿(mǎn)信號(hào)時(shí)起伏變化很小，如采用EL34作功放級(jí)推挽放大時(shí)，其功放管的屏極電流在零信號(hào)與滿(mǎn)信號(hào)時(shí)，均保持在100—120mA之間，這樣即保證了A類(lèi)功放性能的穩(wěn)定，因此，A類(lèi)功放重放音的音質(zhì)細(xì)膩而圓潤(rùn)，溫順而柔美，不像AB類(lèi)功放的大起大落，重放音質(zhì)粗獷而豪放，強(qiáng)勁而雄壯。
功率放大器的輸出功率最終應(yīng)是揚(yáng)聲器負(fù)載上所得的有效功率，因?yàn)檩敵鲎儔浩髟趥鬏斶^(guò)程中還存在一定的損耗，除去傳輸損耗后才是實(shí)際輸出功率。 字串1
本機(jī)作A類(lèi)推挽放大時(shí)，在8Ω負(fù)載下，每個(gè)聲道的輸出有效電壓值為14V，則額定輸出功率P=142／8≈25W。
AB類(lèi)功放的特點(diǎn)是：功率強(qiáng)勁，動(dòng)態(tài)范圍大。功放級(jí)的屏極效率比A類(lèi)功放高，可達(dá)到50％左右，輸出功率比A類(lèi)增加一倍，功放電路與A類(lèi)基本相同。推動(dòng)信號(hào)比A類(lèi)強(qiáng)，因此功放管的柵極負(fù)壓必須用得高一些，使功放管在不工作時(shí)，屏極電流比A類(lèi)放大略小，但當(dāng)前級(jí)有推動(dòng)信號(hào)時(shí)，屏流即隨之增高，推動(dòng)電壓越大，屏流也越大。
AB類(lèi)功率放大器如果遇到輸入的推動(dòng)信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)，柵極亦會(huì)產(chǎn)生柵流，故AB類(lèi)功率放大器又可分為ABl類(lèi)與AB2類(lèi)放大，ABl類(lèi)放大時(shí)不產(chǎn)生柵流，因輸入推動(dòng)電壓低于固定柵負(fù)壓，故柵極始終處于負(fù)電位，不會(huì)產(chǎn)生柵流。而AB2類(lèi)放大器的特性已接近于B類(lèi)功率放大器，其工作點(diǎn)已接近特性曲線(xiàn)的彎曲區(qū)域，故在強(qiáng)推動(dòng)信號(hào)輸入的瞬間，亦會(huì)產(chǎn)生柵流，但輸出功率顯著增大。
本合并式功放如功放管采用EL34作A類(lèi)推挽放大時(shí)，柵極負(fù)壓用—18V，而作ABl類(lèi)放大時(shí)，則柵負(fù)壓取—26V：為了提高推動(dòng)級(jí)的輸出電壓，可將推動(dòng)管6N6陰極電阻的阻值適當(dāng)加大，這樣輸出電壓即會(huì)提高。ABl類(lèi)放大器的工作點(diǎn)并不在特性曲線(xiàn)的直線(xiàn)部分，但由于推挽輸出變壓的作用，其失真系數(shù)亦可大大地減小。 字串9
ABl類(lèi)功率放大器的柵極負(fù)壓，同樣可以取自于功放管的陰極電阻，陰極的自給柵負(fù)壓電阻Rk是利用功放管陰極電流產(chǎn)生的壓降作柵負(fù)壓之用，其陰極電阻Rk的阻值是依據(jù)功放管屏流大小而變化的。如功放管EL34作A類(lèi)或ABl類(lèi)推挽放大時(shí)，如推挽兩管的總電流按照0．1A計(jì)算。當(dāng)功放管柵負(fù)壓取—18V時(shí)，則陰極電阻的阻值Rk：18／0．1＝180Ω；如柵負(fù)壓需加深一些取—26V時(shí)，則陰極電阻的阻值Rk：26／0．1＝260Ω。
功放級(jí)一次側(cè)的負(fù)載阻抗取決于功放管屏極電壓與電流，同時(shí)與功放輸出功率的大小均有關(guān)系。如功放管采用EL34，屏極電壓取400V，屏極電流為0．1A時(shí)，則負(fù)載阻抗Rz＝Va／Ia＝400／0．1＝4000Ω。但在實(shí)際中還必須考慮到功放級(jí)的工作狀態(tài)，如屏極負(fù)載阻抗過(guò)小時(shí)，功放管的工作可能進(jìn)入特性曲線(xiàn)的彎曲區(qū)域內(nèi)，從而引起失真，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加其屏極的負(fù)載阻抗，當(dāng)輸出功率為25—30W時(shí)，其負(fù)載阻抗應(yīng)為5000Ω左右；而當(dāng)輸出功率增大到50—60W時(shí)，則負(fù)載阻抗應(yīng)取6000Ω左右為宜。
本合并式功放如采用EL34功放管作ABl類(lèi)推挽放大時(shí)，其功放級(jí)柵至柵極的推動(dòng)信號(hào)電壓，由A類(lèi)功放的38V增加到58V，功放管柵極的負(fù)電壓亦由A類(lèi)功放的—18V加深至—26V，因此輸出功率亦隨著柵極負(fù)壓的加深而大幅度地增加。功放管屏極電流的變化，亦由A類(lèi)功放的100～120mA， 變?yōu)锳Bl類(lèi)90～180mA大幅度地起伏。本機(jī)實(shí)測(cè)功放級(jí)的輸出電壓可達(dá)到20V，所以每聲道輸出功率P＝202／8＝50W。 字串9
ABl功放在使用時(shí)，音量控制電位器起初越開(kāi)越響，繼續(xù)增大時(shí)，當(dāng)響到一定程度聲音即會(huì)發(fā)毛，揚(yáng)聲器中有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)撲撲聲，這表明功放級(jí)輸入的推動(dòng)電壓過(guò)強(qiáng)所致。因?yàn)锳Bl類(lèi)功放管柵極回路內(nèi)不容許有柵流產(chǎn)生，當(dāng)推動(dòng)信號(hào)電壓過(guò)強(qiáng)時(shí)，超過(guò)了功放管柵負(fù)壓的規(guī)定值，此時(shí)功放級(jí)的工作狀態(tài)已進(jìn)入特性曲線(xiàn)的彎曲區(qū)域內(nèi)，故導(dǎo)致產(chǎn)生失真。
四、超線(xiàn)性輸出變壓器的試制
如市售品中難于購(gòu)得合適的超線(xiàn)性輸出變壓器時(shí)，亦可自己動(dòng)手進(jìn)行試制。
先選定推挽型超線(xiàn)性輸出變壓器的輸出功率為50W，一次側(cè)屏至屏的負(fù)載阻抗取5000Ω，直流工作總電流取240mA，二次側(cè)的負(fù)載阻抗為4Ω與8Ω，要求變壓器的頻率范圍為60Hz～16kHz，變壓器的效率取0．8，先進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算：
為了確保變壓器通頻帶范圍內(nèi)的頻率特性，一次側(cè)的電感量必須滿(mǎn)足下限頻率的要求，則變壓器一次側(cè)的電感量 Lp=Rp／(4．8×f0)＝5000／(4．8×60)≈17H。
變壓器鐵芯的選擇：音頻輸出變壓的鐵芯體積Vc＝Sc×Lc，式中Sc為鐵芯的截面積，即等于鐵芯中心舌寬A與鐵芯疊厚高度H的乘積。Lc為鐵芯的磁路長(zhǎng)度，一般為中心舌寬A的5倍左右。Bm為磁通密度，—般熱軋片為5000—7000高斯；冷軋片為8000-10000高斯。則 字串9
Vc＝Sc×Lc
＝51×Um2／fD2×Lp
＝51×2×50×5000／602×17
≈360cm3。
鐵芯中心寬度A＝（Vc／8)1/3 ≈3．5cm。則
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格應(yīng)選用GEIB35型硅鋼片鐵芯，該鐵芯的磁路長(zhǎng)度Lc＝19cm。
鐵芯的疊厚應(yīng)為H＝Vc／A×Lc＝360／3．5×19≈5，4cm。則
Sc＝A×H＝3．5 ×5．4＝18.9cm。
一次側(cè)總匝數(shù)
Np=450(Lc×Lp／Sc)1/2
＝1900匝
二次側(cè)匝數(shù)
N1＝Np／(Rp／Rz)1/2η
＝1900／(5000×0．8／4)1/2
＝60匝
N2＝1900／(5000×0．8／8)1/2
＝86匝
導(dǎo)線(xiàn)直徑根據(jù)推挽輸出中總電流為0．24A推出，為提高傳輸效率，現(xiàn)電流密度取2A／mm2。則 字串2
Ip＝(I2+I0)1/2
＝[P／R+(Ip／2)2]1/2
＝[(50／5000)+(0．24／2)2]1/2
≈0．15A
一次側(cè)的導(dǎo)線(xiàn)直徑
dp＝0．8(Ip)1/2＝0．8(0．15)1/2
≈0．3mm
二次側(cè)導(dǎo)線(xiàn)直徑
d2＝dp／(1／n2)1/2
＝0．3／(86／1900)1/2
≈1．40mm
圖4 超線(xiàn)性輸出變壓器數(shù)據(jù)圖 字串6  字串7
五、超線(xiàn)性輸出變壓器的繞制
超線(xiàn)性輸出變壓器比普通變壓器繞制復(fù)雜一些，為了取得優(yōu)良的電性能，在繞制工藝上必須注意如下事項(xiàng)：
要求推挽放大管兩組屏極負(fù)載回路應(yīng)完全對(duì)稱(chēng)，超線(xiàn)性輸出變壓器要求以B+為中心端，將一次側(cè)線(xiàn)圈分為P1與P2兩組，每組各分成3段，上下相同，相鄰放置，同方向繞制。并將二次側(cè)線(xiàn)圈分為3段，夾繞于一次側(cè)中間，這樣輸出效率高，頻響特性好。
一次側(cè)線(xiàn)圈的電感量必須符合技術(shù)要求，這樣才能滿(mǎn)足低音頻段頻響特性的要求。并選用鐵芯截面積足夠大的優(yōu)質(zhì)GE型硅鋼片，如0．35mm的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片或D42以上的熱軋高質(zhì)量硅鋼片。
要求線(xiàn)包的漏感和分布電容應(yīng)盡可能小，這樣才能滿(mǎn)足高音頻段頻響特性的要求。為此，一次側(cè)線(xiàn)包必須采取分層分段的交叉疊繞方式。見(jiàn)圖5的超線(xiàn)性輸出變壓器排線(xiàn)圖。
圖5 超線(xiàn)性輸出變壓器排線(xiàn)圖
字串7  字串9
六、繞制須知
首先應(yīng)制作一只與鐵芯尺寸相同的木芯，中心鉆一只與繞線(xiàn)架相同直徑的圓孔，然后再按照鐵芯窗口面積制作線(xiàn)框，線(xiàn)框材料可選用1mm厚的膠木板、玻璃纖維板或硬電纜紙板，制成與鐵芯窗口相同尺寸的線(xiàn)包框。
兩組線(xiàn)圈同時(shí)繞制時(shí)，須將Qz-2型高強(qiáng)度漆包線(xiàn)分成兩筒，并做好定位準(zhǔn)確的、能移動(dòng)的排線(xiàn)木夾，在繞制時(shí)只要輕輕來(lái)回移動(dòng)木夾，則漆包線(xiàn)即可自動(dòng)排整齊。
如果繞制不夠熟練，覺(jué)得兩組線(xiàn)圈同時(shí)繞制不方便，亦可分邊繞制，但注意每層圈數(shù)必須相同。
線(xiàn)包的層間絕緣應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)的絕緣電纜紙，由于線(xiàn)包的引出頭較多，必須分清頭尾，不能接錯(cuò)，在焊接處必須加黃蠟綢包好，以防止短路。
線(xiàn)包繞好與全部焊接好以后，用萬(wàn)用表測(cè)量無(wú)斷路及短路現(xiàn)象存在，即可安裝鐵芯。對(duì)于推挽型輸出變壓器的鐵芯，可采取2—3片交叉安插的方法，不留空隙。
當(dāng)輸出變壓器全部安裝完畢后，必須先放置在loooc左右的干燥環(huán)境中焙烘一h左右，然后乘熱放人絕緣清漆中浸至無(wú)泡溢出，取出后瀝干，再烘24h即可備用。
|
66821730(技術(shù)支持)
