高保真音频放大器的输出功率通常都设计得很大,以满足节目动态范围的要求。而实际上绝大部分时间是工作于信号较小的状态,这就使放大器的实际效率很低。解决的办法是用两组电源。当信号较小时,电压较低的电源接通,当信号增大到一定程度时,电压较高的电源便自动接通,并将低压电源断开。国外已有的“E类放大器”就具有这种功能。但这种电路使用功率管较多,单声道要增加两只功率管,双声道则需增加四只,成本较高。本文给出一种新方案,对于单声道或双声道都只需增加一只功率管。这一部分电路不是做为放大器的一部分,而是做为电源的一部分。因而把这种电源称为“动态电源”。
基本原理如图1所示。E\(_{1}\)为低电压电源,E2为高电压电源。当信号较小时,使开关K断开,则D\(_{3}\)、D4都处于反向截止状态,使+E\(_{2}\)、-E2断开,功放级便由+E\(_{1}\)、-E1供电。当信号增大到一定程度时,使开关K接通,+E\(_{2}\)、-E2便接通,因而D\(_{1}\)、D2处于反向截止状态,使+E\(_{1}\)、-E1断开。在信号的正半周,功放管BG\(_{1}\)工作,+E2供给的电流经BG\(_{1}\)、扬声器到接地端,再经D4、K流回+E\(_{2}\)的负极。此时D4导通D\(_{3}\)截止。在信号的负半周,BG3工作,-E\(_{2}\)供给的电流经K、D3到接地端,再经扬声器、BG\(_{2}\)回到负极。这样只要控制一个开关K就行了。而且两个半周流过K的电流方向相同(都是从下向上),因此可用一只功率管做为开关K。由于VMOS管的工作频率高、所需控制电流小,所以最为适用。

电路如图2所示。VMOS管BG\(_{3}\)相当于开关K,起切断或接通+E2的作用。不仅如此,BG\(_{3}\)在接通后还应控制供给功放级的实际电压,使这个电压随信号的大小而增减。稳压管DW1和DW\(_{2}\)的稳定电压V2约为3.5V左右,分别为BG\(_{4}\)和BG5的基极提供比较电压。BG\(_{4}\)和BG5的发射极则分别通过D\(_{ll}\)和D12受控于功放级的输出电压U\(_{0}\)。当无信号时,U0=0,D\(_{11}\)、D12均处于反向截止状态。BG\(_{4}\)、BG5也都处于截止状态,BG\(_{3}\)也处于截止状态。此时功放级由E1通过D\(_{1}\)、D2供电。当信号较小时,D\(_{ll}\)、D12仍处于反偏状态,整个电路的状态与无信号时相同。

随着信号的增大,功放管BG\(_{1}\)、BG2工作时的V\(_{cel}\)、Vce2将减小。在正半周,当BG\(_{1}\)的Vce1小于Vz后,D\(_{ll}\)便处于正偏(D12仍反偏)。随着信号的继续增大,V\(_{cel}\)将继续减小,当减小到Vcel≈Vz-1.4V时,BG\(_{4}\)便开始导通,其IC在R\(_{1}\)上的压降使BG3导通。因而接通E\(_{2}\)(E1断开),使V\(_{cel}\)增大。Vce1的增大又会使BG\(_{4}\)的IC减小……,这个负反馈环路的作用,使V\(_{cel}\)保持在一个基本不变的数值上(Vz-1.4V左右)。此时D4导通,BG\(_{3}\)的漏极接零(通过D4),+E\(_{2}\)通过BG3给功放级供电。BG\(_{3}\)相当于一个可变电阻,使功放级的上半部分所得的实际电压随信号的大小而增减,而BG1管的V\(_{cel}\)则保持在约2V左右。此时,-E2的正极接地,功放级下半部分的供电电压由-E\(_{1}\)直接变为-E2,不随信号的大小而变。此时BG\(_{2}\)管处于截止状态。
同理在负半周,功放级的上半部供电电压由E\(_{1}\)直接变成E2,BG\(_{1}\)截止不工作。直到功放级输出电压降低到|U0|<E\(_{1}\)-Vz后,BG3便截止了,E\(_{2}\)被断开,E1重又接通。
图3是一个供双声道放大器用的“动态电源”的实例。当放大器接8Ω负载时,最大输出功率为2×100W。额定输出功率(即只用E\(_{l}\)时达到的功率)为2×15W。+ED、-E\(_{D}\)为输出的“动态电压”,供功放级使用。U01、U\(_{0}\)2两端分别接左、右声道的输出电压。图3电路是两个图2所示电路合起来组成的。但是共用图中的右半部分。另外增加了滤波电容C1、C\(_{2}\),以避免两个声道相互影响。增加了L1、L\(_{2}\),是为了限制E2刚一接通而D\(_{1}\)、D2还未截止的瞬间,E\(_{2}\)和E1之间流过的电流。另外,由于受U\(_{1}\)和U2的共同控制,所以E\(_{D}\)的变化情况与图2略有不同。当U1≠U\(_{2}\)时,ED的变化情况取决于较大的信号。当U\(_{1}\)=U2且同相对,E\(_{D}\)的变化情况与只有一个信号控制是一样的。当U1=U\(_{2}\)且反相时,D3、D\(_{4}\)均不导通,+E2流出的电流经一个声道的BG\(_{1}\)管、扬声器到地,再从地经另一个声道的扬声器、EG2管流回到-E\(_{2}\)。此时+ED与-E\(_{D}\)都随信号的大小而增减。

BG\(_{2}\)用V75A,也可用两只V40A并联代用。BG4、BG\(_{6}\)可用3CGIE或其它BVCEO不小于50V的同类型管子。BG\(_{5}\)、BG7可用3DG27B或其它BV\(_{CEO}\)不小于90V的同类型管子。D1、D\(_{2}\)、D3、D\(_{4}\)可用2AN1。D1l、D\(_{12}\)、D21、D\(_{22}\)可用2CK3~6。L1、L\(_{2}\)用100μH/2A的。其余元件型号及数据都已在图中标明。
±E\(_{1}\)与一般OCL电源相同。+E2和-E\(_{2}\)各用一个单独绕组,均为全桥整流滤波。
本电路只要安装无误,不需调整就能正常工作。
在实际制作中,“动态电源”部分往往是和放大器做在一块板上,因此这里就不给出单独的印刷板图了。
在和放大器配接时,动态电压±E\(_{D}\)给功放级和激励级供电。而前面各级可用±E1供电。(谢兴宝)