清纯柔美的60W+60W混合型功率放大器

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听过电子管放大器的人们,无不为那纯美、温暖的音色而折服。但是,动手做过电子管功放的朋友都知道,虽然电子管功放具有线路简洁,容易制作的特点,但成功的关键,在于那份量十足的输出变压器。业余条件下要制作得好并非易事,而一个好的成品既难觅到,其价格之高又令人难以接受。

因此人们又想另辟新途,避开那难缠的输出“牛”。大功率MOS场效应管的问世,使得这一梦想得以变成现实。现在许多资料都向你介绍了用它制作音响器材的优点:1.具有电子管的输入输出特性;2.开关速度响应快,无晶体管三极管由于积聚效应产生的凹陷失真;3.具有高的输入阻抗,属电压驱动性器件;4.线性好,输出电流与输入电流成近理想的线性关系;5.具有负的温度特性,热稳定性好,没有双极性半导体器件的二次击穿现象。用在功率MOS场效应管组成推挽甲乙类功放末级,既有半导体管低输出内阻,易与扬声器直接耦合的特点,又兼备电子管音色,可谓两全其美。

1984年日本 LUXMAN公司首先推出以电子管做前级、场效应管作后级的合并式功率放大器。一经问世,好评如潮。如今采用该型结构的功放已是品种繁多,各具特色。

下面介绍的这款功放,由于采用了电子管做前置激励放大级,线路简洁,且独具电子管奇次谐波失真小的特点,后级电流放大采用美国IR公司产MOS场效应功率管,由于其属于电压驱动元件,所组成的电路亦相当简单。两级放大器之间采用电容耦合。该功率实测不失真功率为60W+60W,频响10Hz-100kHz±1dB,20Hz、10kHz、40kHz方波响应良好,无过冲现象。

电路简介

混合型功率放大器电路见图1,以下对各部分进行介绍。

图1
图1 🔍原图 (1045×663)

1.前置激励放大器:

前置激励放大采用一只电子管,其型号为6N11。电路结构采用了SRPP(Shunt Regulated Push-Pull)分流调整式推挽输出电路接法,信号自三极管V1的栅极输入经屏极输出直接耦合到下一只三极管V2的栅极,最终由V2阴极输出。

该线路十分简洁,效果却非同一般,与通用电子管放大电路相比具有放大率高、输出阻抗低(约2千欧)、频率特性好、失其低、动态范围大的特点。电压增益约为25倍。低的输出阻抗,能够很从容地推动诸如IRF系列结电容比较大的工业用场效应功率管,使得我们不必购买那昂贵的日本2SK134、J49之类音响专用管也可获得满意的音色。

该级的频率特性十分出色,单级测试频响可达1.5MHz,100kHz的方波无过渡现象。另外它的高频失真小,线性工作区域大,可输出100Vp-p推动信号供后级使用。±50V供电电压下8Ω负载可输出100W功率。

本级V1栅压采用固定栅偏压供给方式,由电阻R112、二极管VD102取自功放末级负电源,经VD101稳压至2V左右,再由R101隔离送至V1栅极。阴极直接接地,避免自给栅偏压方式需在阴极电阻并联大容量电解电容所带来的频响、失真度指标下降的问题,工作更加稳定。

2.甲乙类功放末级:

MOS功率场效应管属电压驱动性器件,加上本身热稳定性强,无二次击穿等特点,用它搭成的甲乙类功放末级电路亦相当简单,具体请见电路图1,在此不多叙述。

由于前置级为高压方式工作(相对于末级),属宽电压激励,其驱动电压峰—峰值信号时常用超过后级供电电压(±40V)的情况,如不采取保护措施末级功率管很容易损坏。电路中的二极管VD103-VD106即为此而设置,当前级信号(Vp-p)超出后级供电电压时二极管导通,将超出部分削顶,以保护MOS管不至因过载而损坏。

RP101为MOS功放管的偏置电流调整使用,它与三极管VT101一起构成恒压偏置电路。这里与一些偏置电路不同的是将RP101改接到三极管的b、e结之间,当中间滑臂调节失效,基极电位升高,VT101饱和加在两功率管之间的偏压减小,偏流也随之减小,从而防止大功率管过流损坏。

3.无负反馈技术:

为消除采用负反馈技术带来的瞬态失真和界面互调失真,提高清晰度增加透明感,本线路末采用常规电路所使用的大环路负反馈,其谐波失真特性由器件及电路保证。

4.电源及浮地技术:

电源供电部分采用一组±40V不稳压直流电源,一组+200V,一组6.3V稳压电源分别供给末级功放、电子管屏压、灯丝电源。前级稳压主要考虑到我国大部分地区供电不稳所采取的保护措施。对提高信噪比和提高工作的稳定性也大有益处。

功放末级采用了双桥式整流电源供电方式,可防止整流回路大电流脉动电流串入负载,对减少100Hz交流哼声有显著效果。

功放末级采用了双桥式整流电源供电方式,前级采用了浮地技术,通过电阻R113将前级信号地与末级负载地、电源地隔离。采用一点接地方式将左右声道、电源地、信号地分开独立最后汇集一点接地,消除了相互间的影响,音色更加纯净通透。

由于采用以上各种措施,本机信噪比极高,即使将耳朵贴近扬声器也难听到一丝噪音。

5.为保证机器的可靠工作,在意外情况下也不至于损坏放大器,设计一套过流、负载短路、中点偏移保护及开机延时电路。当发生意外情况时,及时通过断电器动作,将扬声器断开。见电路图2。

图2
图2 🔍原图 (649×596)

元器件选择

电子管采用北京产6N11J级管,这类管子在六、七十年代产量较大,质量很好,相对价格也不贵,可择优选用。功率MOS场效应管采用美国IR公司产IRF150、IRF9150对管。该管基本参数为I\(_{DSS}\)40A,最大反向电压100V,最大耗散功率125W,导通内阻0.05Ω,跨导6S左右,开启电压3V左右。如果供电电源足够,即使驱动2Ω负载也绰绰有余,4Ω负载能够产生150W不失真功率。如降低对输出功率的要求,也可采用该公司其它MOS对管,如IRF130、 9130,IRF140、9140,IRFP150、9150等。该对管要求配对使用,业余条件下较难做到,可委托厂家代为选配。

所有电阻除R109、R110为2W线绕电组外其余采用1/4W金属膜电阻。单从音质考虑R109、 R110可省去不用。C101采用耐压63V的薄膜电容。C105、C106为前、后级耦合电容,对整机音质、音色影响颇大,应选用聚丙烯或聚碳酸脂类薄膜电容,而耐压值应大于250V。绝不可贪图便宜使用电解电容。并联在滤波电容的0.1μF电容也应尽量采用无感电容。电源变压器容量宜大不宜小,最好不小于300W,以保证充沛的电源供应。

电路安装及调整

功放部分与保护线路连同散热器安装在同一块线路板上,印板采用CAD设计,印有字符、阻焊、助焊层、方便安装。所有整流电源安装在另一单独线路板上靠近变压器位置放置,免除交流引线过长对放大线路的干扰。也便于以后线路改进及升级,如改用开关电源等。

所有接地点均采用直径不小于1mm的多股铜线分别汇集于图3 GND点一点接地。不可随意乱接。

仔细检查核对电路无误,先不插电子管及功放管,检查灯丝电压应为6.3V,屏极电压200V±10V,功放电源为±30V-±40V(供电电压高,输出功率大,一般家庭选择±40V足够使用)。切勿超过±45V,以免电压升高功耗加大损坏MOS功率管。检查无误插上电子管测量R102端对地电压约为100V±20V即为正常。

断开电源。将RP102旋至中间位置,RP101逆时针旋到底(VT101处于导通饱和状态)。将MOS功率管涂散热硅脂连同散热片装好焊好,在功放正电源端串接一个10Ω2W电阻再次接通电源,如有异常,该电阻将即刻冒烟,此时应立即关机检查。如正常,调RP102,使得功放中点输出电压对地为零。调RP101使功率末级电流为100mA~200mA,相应10Ω电阻两端电压为1~2V。如果散热片足够大,可将电流调大一点,使得输出状态尽量接近甲类,以获得更纯美的音色,当然应以MOS功率管不过烫为原则。然后反调RP102,使中点电压再次回零,过半小时复测无变化即告调试结束。注意:调试过程中切勿接上负载!

该功放音色很美,播放小提琴声丝弦味十分真切,铜管乐金属味足而不噪杂,低音鼓声结实有力,没有负反馈功放那种混浊感,倍司提琴的低音宽厚松荡,证明功放阻尼适当。

配文邮购:山东省招远市泉山路42号,邮编:265400,海威电子发展公司邮购部供应:1.全套印刷电路板26元/套;北京牌6N11J电子管连瓷管座36元/只;筛选配对管IRF150、9150 42元/对;IRF641,9641 15元/对。 2.功放加保护套件 260元/套;电源板(不含变压器)98元/套。 3.装调好成品板带散热器420元/套。4.合并式整机带音调、音量、输入选择)980元/台。邮费套件10元,整机40元。第三期13页广告继续有效,价格下浮6%,特供南鲸新品双磁路低音、丝膜高音。电话:(05426)212299(昼夜),215468转33,电挂:3781。(尹海斌)