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【中图分类号】TN11 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2009)8-0160-02
【摘要】电子管音频功率放大器(简称功放)的音质柔和动听,晶体管功放的动态大、速度快。集二者优点制作的胆石混合Hi-Fi功放电路很多。本文介绍一款电子管为前级,晶体管为后级的胆石混合功放电路的简易设计与制作。
【关键词】电子管;晶体管;Hi-Fi功放;胆石混合功放
1 引言
制作一台Hi-Fi级功放,需要经过功放电路选择、电路主要参数的确定(设计)、元件选择及电路制作、调试等过程。以下谈谈自己设计、制作与调试的这台胆石混合功放过程。电路如下图。
2 确定功放主要参数
额定输出功率P0:50W(RL=8Ω)
频率响应BW:20HZ-20KHZ
谐波失真HTD:输出功率为50W时,HTD≤1%
3 电路选择及参数确定(简易设计)
3.1 音频功放电路及交流参数选择:选择(设计)功放电路时,应根据 “电路简洁、音质至上” 的Hi-Fi功放宗旨。其开环增益一般设计在40-50分贝,闭环增益一般为26-35分贝左右。
前级电子管部分:电路选择两级电压放大,由1.5枚6N3J(μ=35)的中μ电子管组成。第一级由因工作在较小信号电压,主要考虑电压放大倍数。因此选用1/2(剩一半作为另一声道用)枚6N3J电子管,组成自给删偏压共阴电压放大电路,如图中的V1部分电路。其增益计算公式为AV1=-μR,L/(Ri+R’L),这里用经验取值AV1≈-0.7μ=-24倍电压放大。第二级工作于大信号电压(uOM≥28V),应考虑大信号输出电压和增益,故选用由一枚6N3J组成低输出电阻的SRPP电路,如图中的V2、V3部分电路。其增益经验计算值AV2≈-0.4μ=-14倍电压放大。两级总增益AV12约336倍(50分贝)。
后级晶体管部分:电路选用具有高输入阻抗、低输出阻抗的OCL功放的末级电流放大电路,使输入端与前级SRPP电路具有良好耦合,输出端驱动低阻抗负载8欧姆。如图中Q5～Q8的电路。其交流参数电压增益一般在AV3≈0.9倍,电流放大增益为Ai3≈β5β7(或β6β8),Ai3要求大于4000。原因是前级SRPP电路,要保证在输出大信号电压时,具有低的非线性失真度。其负载阻抗RL1=β5β7(或β6β8)*RL>30KΩ(设取30 KΩ),则要求Ai3=β5β7(或β6β8)>RL1/8Ω=3750。
为了使电路简单、提高音质,R2、R5两端不并电容,建立本级交流负反馈,使两级开环电压总增益降到(实测)约110倍。最后加入R8电阻组成闭环路负反馈,其增益约Avf=A0/(1+FA0)≈30倍(约29分贝)[其中A0=AV12•AV3;F=R2/(R2+R8)]。
3.2 电源电压及直流工作点选择:
前级电子管部分:电子管电源电压E,其范围约(0.5～1)Ea手,取250V(‘手’表示电子管手册上给出参数,下同)。第一级阳极电流Ia1取(0.3～0.6)Ia手,由阴极电阻R2(RK)阻值决定,R2范围(0.1～1)KΩ,取510Ω;R3约为(80～120)R2、取51KΩ;栅漏电阻范围(0.1～0.5)Rg手,取300KΩ。第二级是SRPP电路,电流Ia2= Ia3取(0.6～1.2)Ia手,则取R5=R6=330Ω,此时Ia2≈10mA。
晶体管部分:电源电压VCC=-VDD =(2RLP0)1/2+VCES7+VR21≈28+5+3= 36(V),取40V。功率末级Q5Q6、Q7Q8的静态电流分别取8mA、50mA(工作于甲乙类)。此外,因功率末级是晶体管组成,需要有带温度补偿的稳定偏置电路,且偏置电路是前级负载的一部分,要求具有高阻抗特性。因此,偏置电路选择如图中Q1～Q4组成的电路。其中Q1为OCL直流中点电压变化检测比较放大管,驱动受控恒流源Q2,控制中点直流电压漂移。Q4是Q2的恒流负载,Q3为带温度补偿并联稳压电路,这样的偏流电路有很高阻抗特性。
4 元件选择
电子管选用6N3-J(或6N1、6N4、6N11)低噪声双三极管;晶体管Q1、Q4用2N5551;Q3用C1815;Q4用2N5401;Q5～Q8分别用TIP41C、42C、D718和B688,或用其它音响专用管,要求β值配对使用,在业余条件下β值误差不要超过20%;电阻除图中注明外,均用1W金属膜(5色环);电容C0、C3、C4用金属化电容或其它音响专用电容,耐压250V以上;电源滤波电容最好也用音响专用。
5 电路制作与调试
电路制作:电子管部分用搭焊连接,元件排列不要太密,有利于散热。安装时应注意各级接地元件的接地点不要利用底板就近接地,可取一根直径1.0mm以上的无氧铜线,用接线柱架空在底板上为专用地线。然后将架空地线前一端与信号输入座地端连接,架空地线后一端与电流级地端连接。晶体管部分的电路设计安装在一块PCB敷铜板上。应注意喇叭、电源滤波大电容、变压器次级中点要三点归一连接,防止交流声。
工作点调试:电子管部分只要元件质量良好、焊接无误,无须调试。功率末级调试时,先用2K微调电阻置中间位串联7.5K电阻代替R12*;用1K微调电阻置最小位置串联1.5K电阻代替R17*。接通电源,调2K微调电阻使输出端中点电压,在±50 m V之内;再调1K微调电阻使Q7、Q8两发射极电位差约50mV,这时Q7、Q8的电流约为50mA。然后静态通电10分钟,再重复上述调节过程2遍,最后测出两个微调支路的总电阻值,用同阻值固定电阻接入R12*、R17*位置,电路工作点调试就告结束。此时可接入音箱,输入音频信号试音。使用一段时间后进行摩机,方法可参阅其他文献。
本机测试结果:本功放电路在前级电源电压250 V,功率末级电源电压±40V、RL=8Ω时,有①最大正弦波不失真输出功率可达65W。②用XD22H多用信号发生器,取20个点频率,输出为1W时,其频率响应BW:20HZ-30KHZ。③用SZ-3型失真度测量仪,在频率1000HZ输出功率为50W时,谐波失真THD≤0.5 %。
电路特点:该电路经过多次摩机,其音质很好。电路特点如下:①电路简单。信号通道中只有两级电子管电压放大和一级复合晶体管电流放大。②瞬态失真小。信号通道中几支耦合电容,容量在204以下。且各级放大器均有本级交流反馈,开环增益低。③功率末级偏置电路稳定,又有高阻抗特性,使SRPP电路大信号低失真的优点得到充分发挥。实测在电源电压±45V降到±30V时,末级静态电流只下降约20%。
6 结束语
本功率放大器制作后,经试听一年多,音质确实很好。个人体会:在设计或选用混合功放电路时,应注意几点:①不盲目追求降低THD值,电路应尽量简单,只要在P0时,THD值不大于1%即可。②电路信道中尽量少用电抗元件,防止瞬态响应变坏。③用SRPP电子管做前级大信号电压输出时,要求后级输入阻抗大于20K。否则SRPP电路在大信号电压输出THD值快速变坏。
参考文献
[1]仲元昌.电子管放大电路实践.福建科学技术出版社,2001.5
[2] 郑国川,李洪英.电于管手册.福建科学技术出版社,2002.10
[3] 陈衍洪.电子整机原理-音响设备.机械工业出版社,2003.1
【摘要】电子管音频功率放大器(简称功放)的音质柔和动听,晶体管功放的动态大、速度快。集二者优点制作的胆石混合Hi-Fi功放电路很多。本文介绍一款电子管为前级,晶体管为后级的胆石混合功放电路的简易设计与制作。
【关键词】电子管;晶体管;Hi-Fi功放;胆石混合功放
1 引言
制作一台Hi-Fi级功放,需要经过功放电路选择、电路主要参数的确定(设计)、元件选择及电路制作、调试等过程。以下谈谈自己设计、制作与调试的这台胆石混合功放过程。电路如下图。
2 确定功放主要参数
额定输出功率P0:50W(RL=8Ω)
频率响应BW:20HZ-20KHZ
谐波失真HTD:输出功率为50W时,HTD≤1%
3 电路选择及参数确定(简易设计)
3.1 音频功放电路及交流参数选择:选择(设计)功放电路时,应根据 “电路简洁、音质至上” 的Hi-Fi功放宗旨。其开环增益一般设计在40-50分贝,闭环增益一般为26-35分贝左右。
前级电子管部分:电路选择两级电压放大,由1.5枚6N3J(μ=35)的中μ电子管组成。第一级由因工作在较小信号电压,主要考虑电压放大倍数。因此选用1/2(剩一半作为另一声道用)枚6N3J电子管,组成自给删偏压共阴电压放大电路,如图中的V1部分电路。其增益计算公式为AV1=-μR,L/(Ri+R’L),这里用经验取值AV1≈-0.7μ=-24倍电压放大。第二级工作于大信号电压(uOM≥28V),应考虑大信号输出电压和增益,故选用由一枚6N3J组成低输出电阻的SRPP电路,如图中的V2、V3部分电路。其增益经验计算值AV2≈-0.4μ=-14倍电压放大。两级总增益AV12约336倍(50分贝)。
后级晶体管部分:电路选用具有高输入阻抗、低输出阻抗的OCL功放的末级电流放大电路,使输入端与前级SRPP电路具有良好耦合,输出端驱动低阻抗负载8欧姆。如图中Q5～Q8的电路。其交流参数电压增益一般在AV3≈0.9倍,电流放大增益为Ai3≈β5β7(或β6β8),Ai3要求大于4000。原因是前级SRPP电路,要保证在输出大信号电压时,具有低的非线性失真度。其负载阻抗RL1=β5β7(或β6β8)*RL>30KΩ(设取30 KΩ),则要求Ai3=β5β7(或β6β8)>RL1/8Ω=3750。
为了使电路简单、提高音质,R2、R5两端不并电容,建立本级交流负反馈,使两级开环电压总增益降到(实测)约110倍。最后加入R8电阻组成闭环路负反馈,其增益约Avf=A0/(1+FA0)≈30倍(约29分贝)[其中A0=AV12•AV3;F=R2/(R2+R8)]。
3.2 电源电压及直流工作点选择:
前级电子管部分:电子管电源电压E,其范围约(0.5～1)Ea手,取250V(‘手’表示电子管手册上给出参数,下同)。第一级阳极电流Ia1取(0.3～0.6)Ia手,由阴极电阻R2(RK)阻值决定,R2范围(0.1～1)KΩ,取510Ω;R3约为(80～120)R2、取51KΩ;栅漏电阻范围(0.1～0.5)Rg手,取300KΩ。第二级是SRPP电路,电流Ia2= Ia3取(0.6～1.2)Ia手,则取R5=R6=330Ω,此时Ia2≈10mA。
晶体管部分:电源电压VCC=-VDD =(2RLP0)1/2+VCES7+VR21≈28+5+3= 36(V),取40V。功率末级Q5Q6、Q7Q8的静态电流分别取8mA、50mA(工作于甲乙类)。此外,因功率末级是晶体管组成,需要有带温度补偿的稳定偏置电路,且偏置电路是前级负载的一部分,要求具有高阻抗特性。因此,偏置电路选择如图中Q1～Q4组成的电路。其中Q1为OCL直流中点电压变化检测比较放大管,驱动受控恒流源Q2,控制中点直流电压漂移。Q4是Q2的恒流负载,Q3为带温度补偿并联稳压电路,这样的偏流电路有很高阻抗特性。
4 元件选择
电子管选用6N3-J(或6N1、6N4、6N11)低噪声双三极管;晶体管Q1、Q4用2N5551;Q3用C1815;Q4用2N5401;Q5～Q8分别用TIP41C、42C、D718和B688,或用其它音响专用管,要求β值配对使用,在业余条件下β值误差不要超过20%;电阻除图中注明外,均用1W金属膜(5色环);电容C0、C3、C4用金属化电容或其它音响专用电容,耐压250V以上;电源滤波电容最好也用音响专用。
5 电路制作与调试
电路制作:电子管部分用搭焊连接,元件排列不要太密,有利于散热。安装时应注意各级接地元件的接地点不要利用底板就近接地,可取一根直径1.0mm以上的无氧铜线,用接线柱架空在底板上为专用地线。然后将架空地线前一端与信号输入座地端连接,架空地线后一端与电流级地端连接。晶体管部分的电路设计安装在一块PCB敷铜板上。应注意喇叭、电源滤波大电容、变压器次级中点要三点归一连接,防止交流声。
工作点调试:电子管部分只要元件质量良好、焊接无误,无须调试。功率末级调试时,先用2K微调电阻置中间位串联7.5K电阻代替R12*;用1K微调电阻置最小位置串联1.5K电阻代替R17*。接通电源,调2K微调电阻使输出端中点电压,在±50 m V之内;再调1K微调电阻使Q7、Q8两发射极电位差约50mV,这时Q7、Q8的电流约为50mA。然后静态通电10分钟,再重复上述调节过程2遍,最后测出两个微调支路的总电阻值,用同阻值固定电阻接入R12*、R17*位置,电路工作点调试就告结束。此时可接入音箱,输入音频信号试音。使用一段时间后进行摩机,方法可参阅其他文献。
本机测试结果:本功放电路在前级电源电压250 V,功率末级电源电压±40V、RL=8Ω时,有①最大正弦波不失真输出功率可达65W。②用XD22H多用信号发生器,取20个点频率,输出为1W时,其频率响应BW:20HZ-30KHZ。③用SZ-3型失真度测量仪,在频率1000HZ输出功率为50W时,谐波失真THD≤0.5 %。
电路特点:该电路经过多次摩机,其音质很好。电路特点如下:①电路简单。信号通道中只有两级电子管电压放大和一级复合晶体管电流放大。②瞬态失真小。信号通道中几支耦合电容,容量在204以下。且各级放大器均有本级交流反馈,开环增益低。③功率末级偏置电路稳定,又有高阻抗特性,使SRPP电路大信号低失真的优点得到充分发挥。实测在电源电压±45V降到±30V时,末级静态电流只下降约20%。
6 结束语
本功率放大器制作后,经试听一年多,音质确实很好。个人体会:在设计或选用混合功放电路时,应注意几点:①不盲目追求降低THD值,电路应尽量简单,只要在P0时,THD值不大于1%即可。②电路信道中尽量少用电抗元件,防止瞬态响应变坏。③用SRPP电子管做前级大信号电压输出时,要求后级输入阻抗大于20K。否则SRPP电路在大信号电压输出THD值快速变坏。
参考文献
[1]仲元昌.电子管放大电路实践.福建科学技术出版社,2001.5
[2] 郑国川,李洪英.电于管手册.福建科学技术出版社,2002.10
[3] 陈衍洪.电子整机原理-音响设备.机械工业出版社,2003.1