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自制发烧级合并式功率放大器

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许多发烧友都有这样一个愿望,就是能亲手制作一台完整的发烧级功放成品机,因为真正的成品功放往往是由音响厂家专业制造,业余条件下制作确实有许多困难。首先是线路的选择,担心经历千辛万苦制作出来的功放,音质不尽如人意。再者,机箱、散热器、变压器的搭配问题,将三者买回来,最后发现无法凑到一起或者强装到一起,外观上却“惨不忍睹”。笔者因工作的原因,常试做一些功放电路,特向大家推荐一款合并式功率放大器线路。该线路是笔者几年前参考某款知名发烧级功放线路稍作改进而成的,其制作成本低,调试简单,音质具有“发烧”水准。

1.总体设计

本功放是一款合并式机型,前后级独立设计和安装。安装示意图如图1所示,总共4块印制电路板,后级电路板将前级和变压器隔离,减小了变压器对前级的影响。前后级电路的电源部分,做在各自的电路板上,减短机内电源连线的长度。五种音源输入直接进入前级线路板,由拉锁开关(S1)进行音源选择。前级输出(J2)再连至音量控制板(J2),由一枚50kΩ的ALPS蓝壳电位器进行音量控制。音量控制板如图2所示(J1-L、J1-R与后级左右电路板上的J1-L、J1-R相连,J2与前级电路中的J2相连),小信号线很短,最大限度地减小信号损耗和干扰。不设音调调节网络,符合现今的简洁出靓声的原则。末级功率放大器设计在甲乙类状态,是出于对制作成本和制作难度上的考虑。甲类功放的大变压器、巨型散热器,一直是困扰动手派的难题。因为在市面上很难买到配合得很好的机箱和散热器,再者末级中点电位的调校要求很高,往往末级静态电流和输出中点的直流电位很难两者兼顾地调到设计的要求。笔者认为,如果没有充实的经济实力及扎实的理论和实践经验,最好不要草率地尝试纯甲类线路,这也是甲类功放少则三四千元,动辄上万元的道理。选择一款优质的甲乙类线路,精心布线,合理制作同样能玩出“发烧”的心跳。

图1
图1 🔍原图 (283×262)
图2
图2 🔍原图 (567×520)

2.前级电路

前级电路如图3所示,五种音源由两个三位的RCA(3RCA1、3RCA2)插座接入,再接至五位双路音源选择拉锁开关S1。S1的输出除进入前级电路之外,还输出至3RCA2(REC-L、R)作为外部录音设备使用。S1为国产合并功放普遍使用的拉锁开关,靠近音源输入端,缩短了信号走线的长度,其切换噪音低,可靠性高,与机箱搭配方便。

前级电路最大的特点是,利用场效应管(VT1、VT2)组成差分输入电路,这种设计思想在许多发烧级线路中都可以见到。场效应管输入阻抗高,对增加整机动态、改善高低频特性有非常明显的效果。本电路中采用更经济的K246取代K170,效果也很好。VT3、VT4组成镜像电流源电路。按常规,输入级的静态电流设计在1mA左右。调试时,R25、R26上的压降为0.225V左右,R30上的压降为31.4V左右。C3、C4、C6、C8、C9、C11为输入级、推动级、输出级的供电电源滤波电容, 避免电源传输过程中噪音串入电路。布线时尽量将其靠近这三级电路, 充分发挥这6只电容的作用。推动管VT5静态电流为11.5mA,R33上的压降为0.538V, VT5的发热量较小,可不加散热片。VT6组成的输出级电流设计得较大,为17mA左右,即R35上的压降为31.3V左右,工作时稍稍发热,加上散热片,安全可靠。由R31、R32将前级电压放大倍数定为9倍,这也是一般前级电路的常规设计方法。C7、C5为补偿电容,调试时两者配合使用,容量尽量用小些为好,这对整机性能改善非常有益。

重视前级电路供电质量,对减小噪音增加整机动态至关重要。由R51、VT13、VT14、VD7(正电源)组成串联稳压电压,输出电压为31.5V左右。VT13电流较大,必须带散热片。该电源电路输出电流大、内阻低,反应速度快,能轻松应付大动态信号对电流的需求,对扩展整机的动态和减小噪音,改善高低频有非常明显的效果。

图4是前级电路的印制电路板图,左右声道布线结构相同,这一点对前级很重要。笔者在前级布线上花的精力较多,优秀的线路需要精良的布线。

许多发烧友认为晶体管电路制作调试很复杂,成功率低,其实并非如此。在条件不允许的情况下,用一台数字万用表就可以了。重要的一点是要选购质量好的元件,本人经常邮购广东一家公司的产品,价格稍贵,但质量有保证。晶体管都是配对好之后出售的,为制作省去了许多工作。VT3、VT4、VT5、VT6用数字万用表测一下放大倍数,正常且接近即可,笔者认为三极管的配对并不像有些文章说的那样,放大倍数非要相差到百分之一或百分之二以内才行。如果真那样做,买回一堆管子,恐怕也难挑出几对来。再者制作调试电路要依原理,分模块进行,该前级也如此。将前级电路分电源、音源输入选择及左、右声道4个部分制作和调试。电阻、电容的选择尽量接近图示值,你可以使用一些发烧的替代品,尽情体验“DIY”的乐趣。

3.后级电路

后级电路如图5所示,输入级VT1、VT2组成差分输入电路。VT3、VT4组成恒流源电路。输入级静态电流设计在1mA左右,即R8、R9上的压降为0.22V左右,R3、R4上的电流为2mA,压降为23V左右。计算时将VT1的基极当零电位即可推导出上述电流值。C5、C6、C7、C8是输入级供电电源滤波电容,输入级属小信号处理电路,对供电电源质量较后续电路要求高。VT5、VT6、VT7组成VT9、VT10的推动级,VT5的静态电流为0.9mA左右,R12上的压降为90V。VD2、VD3是VT6的偏置电路,将流经VT6、VT7的电流定在6.5mA,即R11上的压降为0.65V。这样一来,R10上的电流来自3条支路,输入级的2mA,VT5的0.9mA,VT6、VT7的6.5mA,电流总计约为9mA,压降为0.2V左右。R13、R14、R15、R16、VT8为输出级偏置电路,由大到小调节R15,使VT8集射电压为2.5V左右。推动级VT9、VT10的静态电流设定在25mA,C13两端的直流电压为1.25V。推动级25mA电流分配情况是,流经R18的电流为16.5mA; R19、R20的电流为6.25mA;末级功率管VT11基极注入电流为2.25mA左右。本人在制作时,将末级功率管VT11、VT12的静态电流定在120mA左右,处于甲乙类状态,R27上的压降为33.5mV,流经的电流为33.5mA, 这一点可作为判断末级电流是否调至设计要求的依据。R23、R24、R25、R26组成的网络等效电阻为0.39Ω,可按R23、R24及R25、R26先并联再串联的方法求得,流经这个网络的电流为120-33.5=86.5(mA)。R21、R22将后级电路的放大倍数设定在48倍。L1、R28、C15为扬声器补偿电路,L1可用直径1mm的漆包线在直径为5mm的铅笔上绕8圈而成。

保护电路的原理已在本刊第5期上介绍过,在此不再赘述。LED1可用导线引至前面板作电源指示灯之用。开机后在左右声道继电器吸合之前或后级出现故障时,均匀闪烁; 继电器吸合之后,指示灯常亮。制作时,所买到的继电器可能有所不同,有时出现无法吸合的情况,一般是由于VT16的驱动电流不够,可试用电流稍大的三极管如S8050等。

图6是后级电路的印制电路板图,左右声道布线结构相同。

后级电路制作调试较前级电路稍复杂,VT1~VT5选择放大倍数相近的管子,可用数字万用表选择,只要是正品,放大倍数的离散性一般都相差不太大。VT6、VT7、VT9、VT10也同样可以用数字万用表挑选。偏置管VT8安装在散热片上,与VT11、VT12在温度上保持一致。在散热片上钻一个稍大于VT8外径的孔,将VT8塑封部分涂上导热硅脂装上即可。大环路反馈电路(R21、R22)没有接在末级功率管输出中点上,这就要求VT11、VT12的对称性非常好。R23、R24、R25、R26的阻值要求非常接近,否则输出中点直流电位很难控制在理想范围内。制作时分4个模块进行,电源电路、VT9和VT10之前的电路、VT11和VT12组成的末级功率放大电路和保护电路。末级功率管工作十几分钟后,散热片有明显的升温,有条件的话可将散热片面积加大一点儿,在炎热的夏季,功放长时间工作会更安全。

4.整机调试

各部分电路调试成功后,整机调试也很重要。当出现轻微的噪声时,可以从两个方面入手:一是电源接地的问题,前级电路、后级左右声道电路的地用粗导线连在一起,然后接到机壳底座上,要多试几个点,总有一个点能最大限度地消除噪音。除了这个点外,各电路的地不要再与机壳连接。二是机内的小信号屏蔽线要远离各种电源线和变压器,给变压器加屏蔽罩或给小信号屏蔽线套上一端接地的铜管。这些都是消除噪声的有效措施。只要处理得当,整机的背景会非常的干净。

该机音质上的总体评价是:动态大,低音扎实,高音纤细,声场十分宽阔,让人有一种超凡脱俗之感。

(文/范志庆 胡耀军)