输出负载特性可变的功率放大器

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听过电子管扩音机声音的人,往往觉得比晶体管扩音机的声音来得好听、舒畅。虽然电子管扩音机造价贵而又笨重,生产愈来愈少,但是爱好电子管扩音机音质的人们仍然不少。

为什么晶体管和电子管扩音机的声音不一样呢?有人对两者的输出负载特性作了比较和研究,并发现了他们之间的差别,这也许是两者音质不同的原因之一。

大家知道,扬声器的阻抗是随频率而变化的,所谓的标称阻抗(例如4欧或8欧等)是针对中音的某一小段频率而言的,而在整个频率范围内,低音和高音部分的阻抗都变大,见图1。

图1
图1 🔍原图 (437×243)

在晶体管扩音机中,以OTL电路而言,其输出功率P\(_{0}\)的公式为:

P\(_{0}\)=\(\frac{U}{^{2}}\)ce2R\(_{L}\)

式中U\(_{ce}\)为加到每只功放管集电极和发射极之间的有效直流电压,RL为负载电阻。从式中可以看出,输出功率P\(_{0}\)和负载电阻RL成反比,即负载电阻增大时输出功率减小,如图2。

图2
图2 🔍原图 (409×239)

再看看电子管的输出负载特性,在三极管和五极管的特性曲线上,用作图法改变负载线的斜率(见图3),可求得输出功率随负载电阻变化的关系曲线(如图4)。三极管的输出功率随负载变化所受的影响不太大,开始是随负载电阻的增大而增加,过了最大点后逐渐下降。五极管的输出功率开始时随着负载电阻的增大而有较明显地增大,然后下降,也有一个最大输出点,但此处失真已经很大了。一般正常选用的负载电阻,是兼顾输出功率和失真,大致在两根虚线以内的范围。比较图2和图4可以发现,晶体管功放级的输出功率是随着负载阻抗的增大而减小的,而电子管则相反,输出功率是随着负载阻抗的增大而增大的,这就是两者输出负载特性的重要差别。

图3
图3 🔍原图 (876×646)

如果接上扬声器的负载,显而易见,随着扬声器在低端和高端频率处阻抗的增大,电子管扩音机比晶体管扩音机能输出较多的低音和高音功率,这就是前者比后者声音好听的原因之一。

如果设想,在晶体管扩音机电路中采取一些措施,来模拟电子管的输出负载特性,是否也能改善音质呢?

图4
图4 🔍原图 (406×294)

图5是实现上述效果的一个原理图。在普通的晶体管扩音机中,用一只小电阻R和扬声器串联,这个电阻的阻值比扬声器的阻抗Z\(_{SP}\)要小得多,基本上不消耗输出功率,而R上的电压降则反馈到前面,形成一个电流负反馈回路。反馈电压UNF是输出电压U\(_{0}\)在ZSP和R两个阻抗的分压,即:

U\(_{NF}\)=U0\(\frac{R}{Z}\)\(_{SP}\)+R

因为Z\(_{SP}\)》R,故上式可简化为

U\(_{NF}\)=U0\(\frac{R}{Z}\)\(_{SP}\),

可见,反馈电压U\(_{NF}\)是随着扬声器的阻抗而变的。当在频率的高端和低端ZSP变大时,负反馈电压U\(_{NF}\)变小,放大器的增益就变高,在同样大小的输入时,低音和高音频率的输出电压U0就比中音要大,这样,就达到了模拟电子管输出负载特性的目的。

图6是具体的电路,这是在普通的OCL电路上加进了一个电流负反馈回路,虚线方框内表示新添加的所有元件。将原扬声器的接地端断开,串进一只0.2欧小电阻R\(_{3}\),这个电阻上的功率损失是很小的。为了使负反馈量的大小可以调整,R3上的电压通过电位器W\(_{R}\)反馈到前面去,电阻R2是隔离电阻,以免电位器中心头调到1端时扬声器被短路。反馈电压通过隔直流电容C\(_{1}\)接到BG2基极。原来的反馈电阻R\(_{f1}\)和Rf2与BG\(_{2}\)基极的联接处断开,串入一只隔离电阻R1。

图5
图5 🔍原图 (871×598)

当电位器W\(_{R}\)的中心抽头2调到1端时,R3上的电压全部反馈到前面,电流负反馈的作用最大,而原来的电压负反馈的作用经R\(_{1}\)与R3的分压而减小,放大器的增益受扬声器阻抗变化的影响最大。调到3端时,因W\(_{R}\)全部加入,电流负反馈量减小,电压负反馈量增大,使放大器的增益基本上不受扬声器阻抗变化的影响。图7示出了WR中心抽头在不同位置时的各种输出负载特性,可见,在一定的范围内是可以将音质调到满意的程度的。电位器W\(_{R}\)也可用得比1千欧大一些。最好装置在面板上以便于调整。

图6
图6 🔍原图 (527×452)

实践证明,这个方法的确能使低音和高音得到伸展,使音质有所改善,而且电路简单,在原有的扩音机上改装也很容易。

应该注意的是,电源回路的电压调整率必须良好,在输出功率要增大时,电源电压不应有明显降低现象,否则功率不能如期增大,势必大大降低电路的效果,影响音质的改善。最好采用好一些的稳压电源。(文尚 编译)