近年来,出现了一种叫做“单端推挽放大器”的电路,国外有些高质量的收音机,已经实际采用了。这种电路的特点是:废除了输出变压器,用特制的高阻抗扬声器直接交连到输出管。大家知道,输出变压器具有难以避免的一些缺点的,主要的是:它难以做到足够大的电感量,因此限止了音频的低界,而它的分布电容和漏感的存在,又限止了音频的高界;它的铁心材料的B-H曲线的非线性,产生失真;它本身材料的损耗,效率很少超过80%;它是一种电抗性元件,对于不同频率产生不同的相移,因此不能充分使用负回授(有时负回授甚至变成了正回授)。既然免除了输出变压器,这些缺点也就根本免除了。
1953年,英国曾经制造过一种不用输出变压器的收音机,原理见图1。扬声器的音圈阻抗为4000欧,中心抽头,是用极细的细线绕成。这个机器的放音范围很宽。但因音圈中有直流通过,降压很大。音圈显著发热。新式的“单端推挽放大器”已避免了这个缺点。

单端推挽输出电路
图2甲和图2乙是电路元件完全相同,按法不同的两个电路。图2乙就是普遍的推挽电路。比较这两个电路,显然,它们的作用是完全相同的。

如果把图2乙中的P、P'以及Q、Q'连接起来就成为图2丙。可以看出,图2乙和图2丙实质上是等效的,只不拉图2乙中的两个负荷电阻R\(_{0}\),在图2丙中并联后阻值减小一半,成了\(\frac{1}{2}\)R0,这样就显得十分有利,这里负荷电阻R\(_{0}\)的数值只有普通推挽电路里负荷电阻数值的1/4。而且,直流电流只流经ABCDF各点,自成回路,并不经过1;2R0(两个电子管相同),因此\(\frac{1}{2}\)R\(_{0}\)的两端没有电位差。这样的电路,就叫做“单端推挽放大器”。

实用的单端推挽电路是按图3布置的。因为在图2丙中的高压要有中心抽头,很不方便,图3中就可以不用中心抽头,不过要增加一个大容量的电容器C\(_{0}\),把音圈和直流电路隔开。音圈L的阻抗应该等于\(\frac{1}{2}\)R0。
由图3中我们可以了解构成电路各元件的基本要求。电子管最好选用适宜工作于低屏压,大屏流(负荷电阻较低的,这可以用某些三极管,或五极管改接成三极管,或两管并联。扬声器的音圈阻抗须提高到\(\frac{1}{2}\)R\(_{0}\)。这对“飞利浦”纸盆直径在125公厘以上扬声器说,音圈位置的空隙,足以改绕为几百欧。
“飞利浦”有一种收音机,用的是五极管EL86(每管额定负荷电阻1600欧),扬声器音圈阻抗是800欧,输出10瓦。如果每端用两只电子管并联,负荷就可以用两只800欧扬声器并联,或单独用一只40O欧扬声器,输出可提高到10—20瓦。
单端推挽放大器独特的优点
不用输出变压器,非但免除了如上所述的缺点,还给大量采用负回授提供了条件。对于收音机,负回授的好处除了减少频率失真、非线性失真,还降低输出阻抗。后者,对改进扬声器的发音,很起作用。扬声器的发音系统,由于振动系统的惯性,当信号电压消失之后,并不随即停止而仍继续自由振动若干时间,这现象是不利的。输出阻抗实际上是这种自由振动的负荷,降低输出阻抗,即是加大了负荷,对扬声器的自由振动增加了阻尼,因而改善了这个现象。现在既然取消了像输出变压器这个产生相移的元件,故可大胆使用负回授。为了抵消大量负回授引起的放大系数的降低,可以使用包含有正回授的组合回授(图4)。输出电流I\(_{0}\)的一部分经过R5及R\(_{3}\)产生负回授,同时,由于R3是管Ⅰ、Ⅱ共同的阴极电阻,反相级则产生正回授。


从数学分析可知,采用图5的线路,总的失真度减小到仅仅只有第一级失真度的一部分了。这时,总的放大系数的绝对值决定于输出级的回授系数,而与其他因数无关。
这个电路的工作情况是:第一级使用适当的正回授,因此接近振荡状态,但依靠输出级的负回授来平衡,如果输出级在工作的频率范围内没有相移,负回授始终有效,这个电路是能够移定工作的。这在用输出变压器的电路中是办不到的。
实例
图5是图4的具体结构,这是一个实际应用在收音机上的例子。图4中的R\(_{5}\),这里改用两个音调控制网路代替。网路C1、R\(_{6}\)、R7组成低音控制电路:C\(_{l}\)用以减少低频的负回授,使低音调相对地放大一些,R6是低音控制器,用以增减C\(_{1}\)的作用,R7的作用是限止负回授的强度。网路C\(_{2}\)、R8、R\(_{9}\)组成高音控制电路,R8、C\(_{2}\)作为高频负回授的通路,R9是高音控制器,用以增减高音负回授的强度。
R\(_{1}\)0是音量控制器,上面附有R11、C\(_{3}\)和R12、C\(_{4}\)两个分路,组成自动低音补偿电路。由于人耳对低音,尤其在音量很低时不够灵敏,这个组合,能在音量减小时,低音相对地少衰减一些,这就很好地补偿了低音。
C\(_{5}\)、R4组成高音补偿电路,C\(_{5}\)作为R4的旁路,用以减少高频的负回授,即增加了高音增益。
C\(_{6}\)、C7、C\(_{8}\)、C9都是交连电容器。R\(_{2}\)、R13、R\(_{14}\)组成的分压器,供给管B适当的栅负压。管A的帘栅电压由R15降压而得,管B的帘栅电压是R\(_{2}\)的抽头供给的。
必须注意,在这个电路里,帘栅电压的供给是一个问题。管B的输出电压是由阴极接出的,如果帘栅极接到屏极,那末输出到扬声器的信号电流将被C\(_{ll}\)和电源的内阻短路。这里要求屏极和帘栅极间必须有相当高的阻抗而又不容许太高的直流电阻(阻抗小了,扬声器被短路,电阻大了,帘栅极电压将比屏压低得太多)。如果应用一只扼流圈,但这就引进了一个相移元件,又不能用。这里是在反相管屏极电阻R2上抽一个适当的头供应的。A、B二管是串联的,高压相当于单管的两倍,故管A的帘栅极电压必须经过相当高的电阻来降压供应。帘栅电流是随信号强弱变化的,如降压电阻过大,则信号越强,帘栅电压就越低,导致输出功率减小。为避免此缺点,帘栅压最好直接供电,或R\(_{15}\)尽可能减小。图中R15不是接在310伏上,而是接在270伏上。


管A的帘栅压最好直接用155伏供给,此155伏电压的产生方法见图6。而管B,最好另用一只高阻抗扬声器接在屏极与帘栅极之间,这样,输出电流I\(_{0}\)可全无损失(见图7)。这里,因为已经有了Cll,C\(_{0}\)因此可以省去。
图5中两个负回授网路终究仍是产生相移的电路,不够理想。改进的方法是把音调控制器加在管I之前,使负回授和任何相移无关。这样的电路,能够做到的特性是频率响应自20周到250千周是平的,从250千周以上开始跌落。非线性失真在较小输出时是0.03%,最大输出时是0.3%。在整个音频范围内差不多没有相移。
图5电路的各元件数值,可用普通方法设计。
总结
从以上的介绍可以看出,采用单端推挽电路,可以提高收音机的质量,并且省去了输出变压器,也不要增加多少另件去代替,制造成本可以降低。 (梁禾卢根据Philips Tichnical Review vol.19.№.2改写)