用EL34制作的合并式电子管功放调整

用EL34制作的合并式电子管功放（上）作者：徐松森文章来源：《无线电与电视》点击数：18122更新时间：2005-5-1615:10:53电子管功放音色纯真而柔美，谐韵丰富，胆味浓郁，深受广大发烧友青睐。今特推荐一款适合普通家庭使用和欣赏音乐的电子管合并式功放。本机通用性强，制作简便，成功率高，升级换代方便。电子管功放的负载能力很强，当额定输出功率能达到30W+30W时，其音乐功率可达120W+120W，可带动一对中型音箱，完全能满足家庭影院和欣赏各种室内乐的要求。本功放电路采用通用型设计方案，功率放大管可采用6L6、6P3P、EL34、6CA7、KT88、6550等，工作状态根据制作者的偏爱，可分别制成A类或AB类放大形式，电路基本不变，只要调整功放栅极负压与部分元件参数即可。常用功率管作A类与AB类推挽功放应用参考数据表:一、合并式功放电路简析图1电子管合并式功放电原理图图l为电子管合并式功放电原理图。输入电压放大级采用目前最流行的SBPP电路，由双三极电子管6N11担任，该管屏流与跨导值大，屏极线性范围宽，输入动态范围大。输入的音频信号由下管栅极输入，工作于共阴极方式；上管工作于共栅极方式，经放大后的音频信号由上管阴极输出。本输入级的特点是：输入阻抗高，输出阻抗低，因此，本前级放大具有传输损耗小，抗干扰性能好，频率响应特性好，特别是高频特性极佳，高频瞬态响应特性好的优点。倒相放大级采用长尾式倒相电路，将输入级的音频信号直接耦合至倒相级。这样不但拓宽了频响；同时又减少了因极间耦合电容带来的相位失真。本电路由双三极电子管6N1l或6N6来担任。上管为激励管；下管为倒相管。两管共用阴极电阻，并具有深度电流负反馈的作用，故稳定性能好，相移失真小，共模抑制能力强。对上管来说是串联输入；对下管来说是并联输入。当有音频信号输入时，利用两管阴极的互耦作用，使屏极与阴极电流均随之变化，由于两管屏极负载电阻的阻值相同，两管输出电压的幅值相等，而两管屏极的输出电压方向相反，从而完成了倒相放大工作。值得注意的是：前级输入放大管与倒相级放大管的阴极电位均接近100V，所以在选用双三极电子管代用时不能忽视，因为一般的双三极电子管，其阴极与灯丝之间的耐压均不超过100V，超过此极限电压时，将会导致灯丝与阴极间的击穿。故比较适合使用的双三极管有：6Nll、6N6、12AX7、12AU7等。此外，还必须注意的是倒相管栅极对地电容的容量可从0．1—0．22μF，耐压400V以上，不允许有丝毫的漏电，否则将会影。向倒相级的工作状态，因此必须选用高质量的CBB电容为最佳。推动放大级采用阴极输出电路，并将音频推动信号直接耦合至功放管的栅极，由双三极电子管6N6担任。本电路具有输入阻抗高，输出阻抗低，频率响应宽，失真系数小的优点。因为阴极输出器实际上是串联输入式电压反馈电路的特例。对于音频信号来说，屏极是接地点，而由阴极输出，此种电路其电压无增益，电流有增益。为了使阴极输出器能获得较高的输出，就必须要求前级有较大的输入信号电压，而且要有效地利用阴极器非常优越的特性，其前级也必须输出几乎没有失真的信号电压。本电路的输入放大级与倒相放大级在设计上均保持了足够的增益，而且为确保放大信号的高质量，两级放大器中均有适当的负反馈。阴极输出器带负载能力极强，它能给出强劲的无削波的推动功率。同时，由于阴极输出电压全部反馈，因而利用负反馈能大为改善功率放大器的各项性能，如非线性失真、频率响应、信号噪声比等均能得到近乎完美的改善。功率放大器采用高保真超线性电路，超线性功放的显著特点是输出级加有帘栅极的负反馈。在功放级输出变压器一次侧中增加一抽头接到帘栅极，因此，帘栅极上就从屏极输出电压中得到一部分反馈电压。如果功放管栅极上加上正向信号时，此时电子管的屏流增加，于是负载电阻两端的信号电压也增加，也就是说，功放管栅极输入信号和屏极输出信号电压两者相位相反，而增加了帘栅极反馈后，使功放级输出电压有所降低，这表明，应用帘栅反馈时功放级的非线性失真可显著减小，噪声输出降低，频率特性得到改善，功放管等效内阻降低。在超线性功放电路中，帘栅极反馈电压的深度与抽头位置有关，当抽头位置越接近屏极时，则反馈越深，最终如全部反馈时即成了三极管接法，此时放大器的增益将大幅度减小。为了确保放大器的增益与性能两者兼顾，输出变压器上帘栅极抽头位置按阻抗比0．18计算为最佳，则线圈的匝数比为其平方根，即应设置在0．43处。如功放管采用6L6、EL34时，该管栅极与帘栅极之间放大系数μ约等于8—9，则可求得反馈系数β＝0．43／(8—9)≈1／20。二、合并式功放底板布局图2电子管合并式功放底板图图2为电子管合并式功放底板图。电子管合并式功放的底板布局经多次实践后确定，本底板采用通用型设计方案，有利于改装与今后的升级换代。底板尺寸为400mmX360mm，方便于放置在标准型机架之上。底座后排中央安装电源变压器，两侧分别安装左、右声道输出变压器，垂直方向放置，电磁场感应最小。电子管的布局分成三排，最后一排安装左、右声道两对功率电子管，采用标准型瓷八脚灯座，可适用于6L6、EL34、6P3P、6CA7、KT88、6550等各种功率电子管，这样与左、右声道输出变压器距离最近，接线最短，相互感应也最小；中间一排为左、右声道推动电子管，采用瓷九脚灯座，这样与功放级及前级距离最近；前面一排安装左、右声道输入放大管与倒相管，采用瓷九脚灯座，适合于6N1、6N2、6N11、6DJ8、12AX7、12AU7等双三极电子管。底座前下方为电源开关与左、右声道音量控制电位器；底座后下方为左、右声道输入端子与输出端子，电源进线与保险丝盒。三、A类与AB类功放型式的选择根据制作者的偏爱，本机可制作成A类或AB类功放型式，功放电路基本相同，只要适当改变推动信号强度与功放管栅极负偏压，即可制作成不同类型的功率放大器。为了使制作者能了解A类功放与AB类功放的特点，故特作如下简要的分析，使制作者可根据不同功放类型的：特点加以选择后确定。图3为A类与AB类推挽功放特性曲线图。A类功放的特点是：保真度高，音色纯真而柔和，但功放级的输出效率较低，一般只能达到25％—30％。A类功放输出音频信号电压的波形，与栅极输入的波形完全相似，要达到此目的，功放管必须工作于栅压与屏流特性曲线中点Q的直线部分，功放管的栅极负压必须配置适当，使栅极上的输人推动电压在正半周最大值时，不超过所规定的栅极负压值；同时在负半周时，也不能使栅负压太低，致使达到屏流截止点或屏流曲线的弯曲部分，而引起失真。图3A类与AB类推挽功放特性曲线图所以说，A类功放栅负压必须配置在特性曲线中心段的直线部分，并在屏流截止值一半的位置上。例如EL34功放管的栅负压作A类放大时，其屏流截止规定值为—18V，因此该管的栅极负压值应配置在—9V左右，而前级输入的推动电压变化亦要限制在最高不超过±9V范围之内，这样性能最好、保真度最高。A类推挽功放中功放管的栅极负压，通常采用自给栅负压方式，使输入电压低于栅负压，功放级始终工作于线性放大的区域内，故栅极始终处于负电位，不会产生栅流，失真也最小。只要按照已经设计好电路中所规定的数值，一般无需进行调试，功放均能正常地工作。A类推挽功放级的屏极电流在零信号与满信号时起伏变化很小，如采用EL34作功放级推挽放大时，其功放管的屏极电流在零信号与满信号时，均保持在100—120mA之间，这样即保证了A类功放性能的稳定，因此，A类功放重放音的音质细腻而圆润，温顺而柔美，不像AB类功放的大起大落，重放音质粗犷而豪放，强劲而雄壮。功率放大器的输出功率最终应是扬声器负载上所得的有效功率，因为输出变压器在传输过程中还存在一定的损耗，除去传输损耗后才是实际输出功率。本机作A类推挽放大时，在8Ω负载下，每个声道的输出有效电压值为14V，则额定输出功率P=142／8≈25W。AB类功放的特点是：功率强劲，动态范围大。功放级的屏极效率比A类功放高，可达到50％左右，输出功率比A类增加一倍，功放电路与A类基本相同。推动信号比A类强，因此功放管的栅极负压必须用得高一些，使功放管在不工作时，屏极电流比A类放大略小，但当前级有推动信号时，屏流即随之增高，推动电压越大，屏流也越大。AB类功率放大器如果遇到输入的推动信号过强时，栅极亦会产生栅流，故AB类功率放大器又可分为ABl类与AB2类放大，ABl类放大时不产生栅流，因输入推动电压低于固定栅负压，故栅极始终处于负电位，不会产生栅流。而AB2类放大器的特性已接近于B类功率放大器，其工作点已接近特性曲线的弯曲区域，故在强推动信号输入的瞬间，亦会产生栅流，但输出功率显著增大。本合并式功放如功放管采用EL34作A类推挽放大时，栅极负压用—18V，而作ABl类放大时，则栅负压取—26V：为了提高推动级的输出电压，可将推动管6N6阴极电阻的阻值适当加大，这样输出电压即会提高。ABl类放大器的工作点并不在特性曲线的直线部分，但由于推挽输出变压的作用，其失真系数亦可大大地减小。ABl类功率放大器的栅极负压，同样可以取自于功放管的阴极电阻，阴极的自给栅负压电阻Rk是利用功放管阴极电流产生的压降作栅负压之用，其阴极电阻Rk的阻值是依据功放管屏流大小而变化的。如功放管EL34作A类或ABl类推挽放大时，如推挽两管的总电流按照0．1A计算。当功放管栅负压取—18V时，则阴极电阻的阻值Rk：18／0．1＝180Ω；如栅负压需加深一些取—26V时，则阴极电阻的阻值Rk：26／0．1＝260Ω。功放级一次侧的负载阻抗取决于功放管屏极电压与电流，同时与功放输出功率的大小均有关系。如功放管采用EL34，屏极电压取400V，屏极电流为0．1A时，则负载阻抗Rz＝Va／Ia＝400／0．1＝4000Ω。但在实际中还必须考虑到功放级的工作状态，如屏极负载阻抗过小时，功放管的工作可能进入特性曲线的弯曲区域内，从而引起失真，此时应适当增加其屏极的负载阻抗，当输出功率为25—30W时，其负载阻抗应为5000Ω左右；而当输出功率增大到50—60W时，则负载阻抗应取6000Ω左右为宜。本合并式功放如采用EL34功放管作ABl类推挽放大时，其功放级栅至栅极的推动信号电压，由A类功放的38V增加到58V，功放管栅极的负电压亦由A类功放的—18V加深至—26V，因此输出功率亦随着栅极负压的加深而大幅度地增加。功放管屏极电流的变化，亦由A类功放的100～120mA，变为ABl类90～180mA大幅度地起伏。本机实测功放级的输出电压可达到20V，所以每声道输出功率P＝202／8＝50W。ABl功放在使用时，音量控制电位器起初越开越响，继续增大时，当响到一定程度声音即会发毛，扬声器中有时还会出现扑扑声，这表明功放级输入的推动电压过强所致。因为ABl类功放管栅极回路内不容许有栅流产生，当推动信号电压过强时，超过了功放管栅负压的规定值，此时功放级的工作状态已进入特性曲线的弯曲区域内，故导致产生失真。四、超线性输出变压器的试制如市售品中难于购得合适的超线性输出变压器时，亦可自己动手进行试制。先选定推挽型超线性输出变压器的输出功率为50W，一次侧屏至屏的负载阻抗取5000Ω，直流工作总电流取240mA，二次侧的负载阻抗为4Ω与8Ω，要求变压器的频率范围为60Hz～16kHz，变压器的效率取0．8，先进行简化计算：为了确保变压器通频带范围内的频率特性，一次侧的电感量必须满足下限频率的要求，则变压器一次侧的电感量Lp=Rp／(4．8×f0)＝5000／(4．8×60)≈17H。变压器铁芯的选择：音频输出变压的铁芯体积Vc＝Sc×Lc，式中Sc为铁芯的截面积，即等于铁芯中心舌宽A与铁芯叠厚高度H的乘积。Lc为铁芯的磁路长度，一般为中心舌宽A的5倍左右。Bm为磁通密度，—般热轧片为5000—7000高斯；冷轧片为8000-10000高斯。则Vc＝Sc×Lc＝51×Um2／fD2×Lp＝51×2×50×5000／602×17≈360cm3。铁芯中心宽度A＝（Vc／8)1/3≈3．5cm。则根据标准规格应选用GEI