基于膽石混合Ｈｉ－Ｆｉ音頻功放電路的研究

【中圖分類號】TN11 【文獻標識碼】A 【文章編號】1673-8209(2009)8-0160-02

【摘要】電子管音頻功率放大器(簡稱功放)的音質(zhì)柔和動聽，晶體管功放的動態(tài)大、速度快。集二者優(yōu)點制作的膽石混合Hi-Fi功放電路很多。本文介紹一款電子管為前級，晶體管為后級的膽石混合功放電路的簡易設(shè)計與制作。

【關(guān)鍵詞】電子管;晶體管;Hi-Fi功放;膽石混合功放

1 引言

制作一臺Hi-Fi級功放，需要經(jīng)過功放電路選擇、電路主要參數(shù)的確定(設(shè)計)、元件選擇及電路制作、調(diào)試等過程。以下談?wù)勛约涸O(shè)計、制作與調(diào)試的這臺膽石混合功放過程。電路如下圖。

2 確定功放主要參數(shù)

額定輸出功率P0:50W(RL=8Ω)

頻率響應(yīng)BW:20HZ-20KHZ

諧波失真HTD:輸出功率為50W時，HTD≤1%

3 電路選擇及參數(shù)確定(簡易設(shè)計)

3.1 音頻功放電路及交流參數(shù)選擇:選擇(設(shè)計)功放電路時，應(yīng)根據(jù) “電路簡潔、音質(zhì)至上” 的Hi-Fi功放宗旨。其開環(huán)增益一般設(shè)計在40-50分貝，閉環(huán)增益一般為26-35分貝左右。

前級電子管部分:電路選擇兩級電壓放大，由1.5枚6N3J(μ=35)的中μ電子管組成。第一級由因工作在較小信號電壓，主要考慮電壓放大倍數(shù)。因此選用1/2(剩一半作為另一聲道用)枚6N3J電子管，組成自給刪偏壓共陰電壓放大電路，如圖中的V1部分電路。其增益計算公式為AV1=-μR，L/(Ri+R’L)，這里用經(jīng)驗取值A(chǔ)V1≈-0.7μ=-24倍電壓放大。第二級工作于大信號電壓(uOM≥28V)，應(yīng)考慮大信號輸出電壓和增益，故選用由一枚6N3J組成低輸出電阻的SRPP電路，如圖中的V2、V3部分電路。其增益經(jīng)驗計算值A(chǔ)V2≈-0.4μ=-14倍電壓放大。兩級總增益AV12約336倍(50分貝)。

后級晶體管部分:電路選用具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的OCL功放的末級電流放大電路，使輸入端與前級SRPP電路具有良好耦合，輸出端驅(qū)動低阻抗負載8歐姆。如圖中Q5～Q8的電路。其交流參數(shù)電壓增益一般在AV3≈0.9倍，電流放大增益為Ai3≈β5β7(或β6β8)，Ai3要求大于4000。原因是前級SRPP電路，要保證在輸出大信號電壓時，具有低的非線性失真度。其負載阻抗RL1=β5β7(或β6β8)*RL>30KΩ(設(shè)取30 KΩ)，則要求Ai3=β5β7(或β6β8)>RL1/8Ω=3750。

為了使電路簡單、提高音質(zhì)，R2、R5兩端不并電容，建立本級交流負反饋，使兩級開環(huán)電壓總增益降到(實測)約110倍。最后加入R8電阻組成閉環(huán)路負反饋，其增益約Avf=A0/(1+FA0)≈30倍(約29分貝)[其中A0=AV12#8226;AV3;F=R2/(R2+R8)]。

3.2 電源電壓及直流工作點選擇:

前級電子管部分:電子管電源電壓E，其范圍約(0.5～1)Ea手，取250V(‘手’表示電子管手冊上給出參數(shù)，下同)。第一級陽極電流Ia1取(0.3～0.6)Ia手，由陰極電阻R2(RK)阻值決定，R2范圍(0.1～1)KΩ，取510Ω;R3約為(80～120)R2、取51KΩ;柵漏電阻范圍(0.1～0.5)Rg手，取300KΩ。第二級是SRPP電路，電流Ia2= Ia3取(0.6～1.2)Ia手，則取R5=R6=330Ω，此時Ia2≈10mA。

晶體管部分:電源電壓VCC=-VDD =(2RLP0)1/2+VCES7+VR21≈28+5+3= 36(V)，取40V。功率末級Q5Q6、Q7Q8的靜態(tài)電流分別取8mA、50mA(工作于甲乙類)。此外，因功率末級是晶體管組成，需要有帶溫度補償?shù)姆€(wěn)定偏置電路，且偏置電路是前級負載的一部分，要求具有高阻抗特性。因此，偏置電路選擇如圖中Q1～Q4組成的電路。其中Q1為OCL直流中點電壓變化檢測比較放大管，驅(qū)動受控恒流源Q2，控制中點直流電壓漂移。Q4是Q2的恒流負載，Q3為帶溫度補償并聯(lián)穩(wěn)壓電路，這樣的偏流電路有很高阻抗特性。

4 元件選擇

電子管選用6N3-J(或6N1、6N4、6N11)低噪聲雙三極管;晶體管Q1、Q4用2N5551;Q3用C1815;Q4用2N5401;Q5～Q8分別用TIP41C、42C、D718和B688，或用其它音響專用管，要求β值配對使用，在業(yè)余條件下β值誤差不要超過20%;電阻除圖中注明外，均用1W金屬膜(5色環(huán));電容C0、C3、C4用金屬化電容或其它音響專用電容，耐壓250V以上;電源濾波電容最好也用音響專用。

5 電路制作與調(diào)試

電路制作:電子管部分用搭焊連接，元件排列不要太密，有利于散熱。安裝時應(yīng)注意各級接地元件的接地點不要利用底板就近接地，可取一根直徑1.0mm以上的無氧銅線，用接線柱架空在底板上為專用地線。然后將架空地線前一端與信號輸入座地端連接，架空地線后一端與電流級地端連接。晶體管部分的電路設(shè)計安裝在一塊PCB敷銅板上。應(yīng)注意喇叭、電源濾波大電容、變壓器次級中點要三點歸一連接，防止交流聲。

工作點調(diào)試:電子管部分只要元件質(zhì)量良好、焊接無誤，無須調(diào)試。功率末級調(diào)試時，先用2K微調(diào)電阻置中間位串聯(lián)7.5K電阻代替R12*;用1K微調(diào)電阻置最小位置串聯(lián)1.5K電阻代替R17*。接通電源，調(diào)2K微調(diào)電阻使輸出端中點電壓，在±50 m V之內(nèi);再調(diào)1K微調(diào)電阻使Q7、Q8兩發(fā)射極電位差約50mV，這時Q7、Q8的電流約為50mA。然后靜態(tài)通電10分鐘，再重復上述調(diào)節(jié)過程2遍，最后測出兩個微調(diào)支路的總電阻值，用同阻值固定電阻接入R12*、R17*位置，電路工作點調(diào)試就告結(jié)束。此時可接入音箱，輸入音頻信號試音。使用一段時間后進行摩機，方法可參閱其他文獻。

本機測試結(jié)果:本功放電路在前級電源電壓250 V，功率末級電源電壓±40V、RL=8Ω時，有①最大正弦波不失真輸出功率可達65W。②用XD22H多用信號發(fā)生器，取20個點頻率，輸出為1W時，其頻率響應(yīng)BW:20HZ-30KHZ。③用SZ-3型失真度測量儀，在頻率1000HZ輸出功率為50W時，諧波失真THD≤0.5 %。

電路特點:該電路經(jīng)過多次摩機，其音質(zhì)很好。電路特點如下:①電路簡單。信號通道中只有兩級電子管電壓放大和一級復合晶體管電流放大。②瞬態(tài)失真小。信號通道中幾支耦合電容，容量在204以下。且各級放大器均有本級交流反饋，開環(huán)增益低。③功率末級偏置電路穩(wěn)定，又有高阻抗特性，使SRPP電路大信號低失真的優(yōu)點得到充分發(fā)揮。實測在電源電壓±45V降到±30V時，末級靜態(tài)電流只下降約20%。

6 結(jié)束語

本功率放大器制作后，經(jīng)試聽一年多，音質(zhì)確實很好。個人體會:在設(shè)計或選用混合功放電路時，應(yīng)注意幾點:①不盲目追求降低THD值，電路應(yīng)盡量簡單，只要在P0時，THD值不大于1%即可。②電路信道中盡量少用電抗元件，防止瞬態(tài)響應(yīng)變壞。③用SRPP電子管做前級大信號電壓輸出時，要求后級輸入阻抗大于20K。否則SRPP電路在大信號電壓輸出THD值快速變壞。

參考文獻

[1]仲元昌.電子管放大電路實踐.福建科學技術(shù)出版社，2001.5

[2] 鄭國川，李洪英.電于管手冊.福建科學技術(shù)出版社，2002.10

[3] 陳衍洪.電子整機原理-音響設(shè)備.機械工業(yè)出版社，2003.1