25W×2 EL34推挽功放電路及制作

由于受到電子管器件本身的特性限制，業(yè)余制作膽機功放的輸出功率一般都不太大，尤其是采用單端輸出功放時，其輸出功率更小，通常僅數(shù)瓦，一般不超過10W。對于一臺10W的功率放大器，它往往只能提供l～2W的平均工作功率。因為當進行高保真重放時，由于節(jié)目源的動態(tài)大，平均功率為l～2W時的峰值功率已經(jīng)超出10W，從而加大了放音失真，特別是采用靈敏度較低的音箱時，失真情況更趨嚴重。在國際電工委員會(IEC)有關(guān)高保真度 ? 家用聲頻功率放大器最低性能要求中就作了規(guī)定，要求功放的額定輸出功率應(yīng)≥10W。

???

由此可知，如果要較好地欣賞包括大型交響樂等曲目在內(nèi)的各類音樂節(jié)目的話，一臺10W×2的功放是最起碼的要求。一般而言，20～30W×2的額定功率才能達到高保真重放的基本目標。 ? ??本文詳細介紹一款25W×2功放的制作，供需要較大輸出功率的膽機愛好者仿制。 一．基本結(jié)構(gòu) ??? 膽機的輸出功率主要取決于輸出級電子管型號及其采用的電路程式。就電路程式而言，要成倍提高其輸出功率的話，通常采用兩種方式。對于單端甲類放大，可以將兩只輸出功率管并聯(lián)起來使用，如圖1(a)所示。與單管工作相比，在工作電壓保持不變的前提下，屏極電流增大l倍，輸出功率也增大1倍，而輸入電壓和失真則保持不變。此外，由于雙管并聯(lián)，內(nèi)阻減小一半，負載電阻也減小一半。因此只要加大電源的電流容量，并把輸出變壓器的一次側(cè)阻抗減小一半，很容易把單管A類輸出改成雙管并聯(lián)A類工作方式。實際上，輸出變壓器的一次側(cè)阻抗并非一定要嚴格地減小一半，也已能獲得比單管工作時大得多的輸出功率。例如，300B作單端A類工作時，輸出變壓器一次側(cè)阻抗為3～3．5kΩ。當改為雙管并聯(lián)A類工作時，輸出變壓器一次側(cè)阻抗可采取1．5～1．6kΩ，此時輸出功率大致為單管時的2倍。不過，如果找不到現(xiàn)成的阻抗為1．5～1．6kΩ的輸出變壓器，也可以采用一次側(cè)阻抗為2～3kΩ的輸出變壓器來代用。350V設(shè)計電路時，屏極對地的實際電壓為350+30=380(V)左右。 ? ??

根據(jù)圖3中實測數(shù)據(jù)，輸出級陰極(對地)電壓為29V，因而兩管靜態(tài)電流為29V／300Ω=96mA，每管電流為48mA，EL34的實際屏極損耗為350V×48mA=16．8W。這僅占EL34最大屏極損耗(25w)的67％，由于留有較大余量，對延長管子的工作壽命很有利。 ? ??倒相級(V2)采用陰極耦合倒相電路，由圖3可以知道，兩管屏極均采用固定電阻，只是阻值略有不同，R7取30kQ，而R8取33k Q，這樣就可免去平衡調(diào)整。如果制作者備有信號發(fā)生器和示波器，則可按如下方法進行調(diào)整。首先把R8改為30kΩ，然后串一只可變電阻(5kΩ)接到V2(下面一管)的屏極電路中去；然后輸入1kHz正弦信號，并用示波器觀察上下兩路輸出信號的波形，同時微調(diào)可變電阻使兩者波形的幅度相等；最后用阻值相近的固定電當然，此時的輸出功率有所降低，達不到單管工作時的2倍，但仍較明顯高于單管輸出。同理，輸出阻抗也較低。

? ?

提高輸出功率的另一種方式就是采用推挽輸出，如圖1(b)所示。由于推挽輸出的工作狀態(tài)可設(shè)置為A類、AB類和B類，因而就輸出功率而言，它可達到單端輸出時的l～2倍。就失真較小的A類推挽而言，一般比單端輸出功率大l倍。??? ??? 實際上，推挽工作時，對交流信號而言，兩只電子管是以串聯(lián)方式工作的，因而輸出變壓器的一次側(cè)阻抗為單端輸出時的l倍，輸出功率也大致增加1倍。? ??? 與單管單端輸出相比，雙管單端輸出和推挽輸出的輸出功率都大一倍左右。不過，推挽輸出不僅效率高，而且由于兩管流過輸出變壓器一次側(cè)的直流方向相反，直流磁通相互抵消，變壓器的鐵心無需留空氣隙，同樣條件下。電感量比單管時高得多，有利于簡化結(jié)構(gòu)。此外，推挽輸出變壓器具有抵消電源紋波的作用，因而降低了對電源濾波的要求。最后，推挽電路還能抵消偶次諧波，失真明顯低于單端輸出。推挽電路啊缺點，管子需要配對，并需要兩個幅度相同而相位相反的驅(qū)動信號即需要倒相電路。此外，輸出變壓器的兩個一次側(cè)繞組，在圈數(shù)、直流電阻、漏感和分布電容等方面應(yīng)該盡量保證對稱和平衡。如果在這方面做得越好，那么推挽電路的優(yōu)點就越加明顯。??? ??? 推挽輸出所必須的倒相電路常見的有圖2所示3種方式。其中圖2(a)為變壓器倒相，無需使用有源器件，電路簡潔，倒相信號波形好、失真小，輸出阻抗低不易受輸出級柵流影響且驅(qū)動能力強，但這需要一個性能優(yōu)良的輸入變壓器。圖2(b)為屏陰分負載倒相，由于從屏極負載電阻和陰極電阻上取出的信號恰好反相，因此只要使屏極電阻等于陰極電阻，加上通過陰極電阻加有1 00％，的本級電流負反饋，就能從屏極和陰極取得幅度相等的反相驅(qū)動信號。該電路失真較小，增益≤1，因而要求它的前級有足夠高的增益，或者在其后再加一級推挽電壓放大級，否則不易取得足夠大的功率輸出。 ? ??上述兩種倒相電路都不需要進行調(diào)整，增益基本上一1。我國業(yè)余制作以圖2(b)最為常見。圖2(c)為陰極耦合倒相，其特點是在對輸入信號倒相的同時還能獲得較高的增益。不過，這個電路輸出的倒相信號幅度并不嚴格相等，也就是說需要進行平衡調(diào)整，這對業(yè)余制作來說是個不便之處，因此這個倒相電路更常見于廠家生產(chǎn)的商品機中。過去我國業(yè)余制作中應(yīng)用這種倒相電路的不多，為此對它的工作原理應(yīng)有一個大致的了解，請參見圖2(c)。

?輸入信號先經(jīng)一級電壓放大(v1)，然后進入V上和V下進行倒相和放大。V1的輸出信號直接進入V上柵極并從其屏極取出放大了的信號作為后面推挽放大級的一路驅(qū)動信號。顯然，該信號與其柵極輸入信號反相。也就是說，V上的工作情況與一般電壓放大級完全一樣。 ??? 另一路推挽驅(qū)動信號則從V下屏極取得。不過V下的工作組態(tài)與V上不同。它的陰極接到v。的陰極即兩者共用一只陰極電阻。它的柵極通過一只高值電阻R(1MΩ)與V上柵極相連，同時又通過一只容量很大的電容C(0．47μF)使V下的柵極接地。也就是說，V下的柵極對交流而言是接地的，即V下在柵極接地狀態(tài)下工作，而輸入信號取自V上陰極電阻并由陰極注入。這樣一來，V上工作于陰極接地放大狀態(tài)，屏極輸出信號與柵極輸入信號反相，而陰極電阻上信號與柵極輸入信號同相即與屏極輸出信號反相。V下工作于柵極接地放大狀態(tài)，其屏極輸出信號與陰極輸入信號同相，即與v上屏極輸出信號反相，從而在V。、V下屏極可取出相位相反的倒相信號。至于倒相信號之間的幅度，因兩種工作狀態(tài)下的放大量并不相同，因而當兩管取相同的屏極電阻時，輸出的信號幅度并不一樣。通常是陰極接地時的放大一些因此只要適當加大V下的屏極電阻，即圖2(c)中與R2串入一只可調(diào)電阻VR作微調(diào)，就可以取得幅度相同的倒相信號。 ??? 二．實用電路 ??? 圖3是根據(jù)上述電路結(jié)構(gòu)設(shè)計的25W×2功率放大器電原理圖，其中電源部分為左右聲道共用。由圖可知，整個放大部分由輸入電壓放大(V1)、倒相(V2)和輸出(V3、V4)3部分組成。 ? ??輸出級采用EL34，這個管子性能穩(wěn)定，音質(zhì)也相當好，而且在市場上很容易買得到，無斷貨的后顧之憂。 附表是EL34的主要應(yīng)用特性。由表可知，EL34作單端A類放大時，屏極負載阻抗2k Q下最大輸出功率為l 1 w(失真率10％)。當它作推挽放大時，屏一屏負載阻抗3．8k Ω下的最大輸出功率可達36W(失真率5％)。 ??? 由于本機最大輸出功率要求為22～25W左右，因此基本上可以選用表中AB類狀態(tài)下工作參數(shù)，即屏極電壓取350V，屏極電流取得略大一些(約48mA)，有利于減小失真。這里要指出，表中的屏極或簾柵極電壓都是相對于陰極電位而言的。由于本輸出級采用陰極自偏壓電路，即利用兩管屏流流過陰極公用電阻R13上的壓降(約30V)作為輸出級的偏置電壓，因此按表中屏極電壓為阻代替可變電阻即可。 ??? 由于本機倒相級具有較大增益，而且本機輸出功率也不是太大，因而對輸入電壓放大級的增益要求并不高，用一級三極管電壓放大已足夠。本來用一只雙三極管分擔左右聲道電壓放大也是可以的，不過出于左右聲道間隔離需要，把一只雙三極管并聯(lián)后作一個聲道的電壓放大。 ? ??采用多極管作輸出級的功率放大器，由于內(nèi)阻較高，通常施加一定的總體負反饋來降低輸出阻抗，提高阻尼系數(shù)(DF)。一般來說，負反饋量大，阻尼系數(shù)低，功放對揚聲器的制動能力強。不過，對于一個具體的揚聲器來說，阻尼系數(shù)過高過低都不是最好。為此，本機的負反饋量可以通過波段開關(guān)加以改變。負反饋量可分別選擇為8dB、10dB和12dB 3檔，由使用者根據(jù)實際使用情況決定。 ? 由于推挽放大對電源的要求相對較低，本機電源部分也相當簡單。為了提高整流效率，采用晶體二極管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子管整流。 ??? 三．制作調(diào)試 ? 選購好電源和輸出變壓器等大型主要元器件后可設(shè)計加工底盤。圖4尺寸可供參考。應(yīng)注意的是這個尺寸只給出了底盤上面和后側(cè)板有關(guān)尺寸，兩側(cè)和前側(cè)板都未畫出，讀者可自行決定其加工尺寸。底盤上面中央一前一后分別是電源濾波扼流圈和電源變壓器，后者左右則為輸出變壓器。后面?zhèn)劝迳献笥覂蛇叿謩e為輸入插座和揚聲器接線柱；中間則為電源插座，其兩邊為保險絲座和控制負反饋量的波段開關(guān)。電源開關(guān)安裝在底盤的前部中央，它的兩邊則是左右聲道音量控制。 ???

輸出變壓器為日本平田電機制作所的U一405(ISO)，如無法購得，也可按下列要求委托加工：額定輸出功率60W，一次側(cè)(屏至屏)阻抗5k Q。一次側(cè)阻抗4Q、8Ω和16Ω。一次側(cè)最大直流電流(平衡)270mA，不平衡電流7mA。一次側(cè)最大電感量380H，最小160H。頻率特性4Hz～80KHz。附簾柵極抽頭。 ??? 圖5為底盤主要元器件布置以及實體布線示意圖。電源變壓器左邊設(shè)有一個“接地點”。此處底盤必須打磨清潔，并用帶齒的焊片用螺絲可靠地加以固定好，確保電氣上是接地的。凡穿過底盤的接線(輸出變壓器引線、B電源線、簾柵極引線等)都需加保護套管。輸入引線要用屏蔽線(見圖5所示)，其他引線可用一般塑料線。 ??? 圖6為交流電源和燈絲接線示意圖。圖7為負反饋量控制開關(guān)接線示意圖，6只負反饋電阻直接安裝在波段開關(guān)上。 ? ??應(yīng)該補充說一下，圖5中左右聲道輸出級陰極電阻和旁路電容(3()0t2／20W琺瑯電阻和100μF／100V)都表示靠近EL34處安裝，實際上安裝在靠近輸出端子處，尤其是R聲道的300Ω／100μF是安裝在輸出端子前的100 μ F×2與100μF／500V之間的。 ??? 安裝完成檢查無誤后，可插入電子管通電試驗，并注意有無冒煙、異味等不正常情況發(fā)生。如無異常情況可用萬用表測量EL34陰極對地電壓應(yīng)為28—30V，說明輸出級工作正常，然后測量12AU7、6CG7各極電壓，應(yīng)接近圖3所示電壓值。這說明電路安裝無誤，工作基本正常。 ??? 接著先斷開負反饋接線，接上音箱和CD唱機試聽。由于尚未加入負反饋，聲音可能還不大理想。關(guān)機后恢復(fù)負反饋接線，再通電試聽。如果一通電即發(fā)生自激，說明負反饋誤接成正反饋。為此，應(yīng)斷開電源，交換一下輸出變壓器一次側(cè)Pl、SGl和P2、SG2的接線即可。再次通電試聽并改變負反饋量，可以聽出音質(zhì)會有所變化，至此安裝完成。

四．性能指標 ? ??首先，在負反饋量12dB時本機殘留噪聲為0．3mV。應(yīng)該說，從數(shù)據(jù)上看并不太好。不過，即使用大型揚聲器放音時也聽不出有什么交流聲。 ? ??圖8為本機的輸入特性。不同負反饋量時的削波功率基本上為2 2 W。在負反饋量 NFB=8dB時，輸出變壓器二次側(cè)8Ω端子上削波時最大輸出電壓實測值為14V(1kHz)，換算為輸出功率相當于U2／RL=14V×14V／8 Ω=24．5W，此時輸入靈敏度約0．74V?？梢哉f達到了預(yù)期設(shè)計要求。 ??? 圖9為頻率響應(yīng)，無反饋時為30Hz～15kHz(一ldB)，施力Ⅱ1 0dB負反饋時拓展到lOHz～70kHz(一ldB)，而100kHz處僅跌落2dB。取得如此良好的頻響，主要得益于輸出變壓器具有較寬的頻響。 ??? 圖10為本機負反饋量分別是8dB和l 2dB時的總諧波失真(THD)特性。NFB=12dB時，輸出功率lW(1kHz)時僅0．02％， 5W時為0．3％，22W時為2％。本機輸出阻抗為1．44 Q(1kHz)，負載為8Ω時的阻尼系數(shù)為8Ω／1．44Ω=5．5，顯然比一般單端輸出時的阻尼系數(shù)要低。 ??? 圖11為200Hz、lkHz和10kHz的方波響應(yīng)(上為輸入方波、下為輸出方波)和22．5W正弦波(1kHz，NFB=12dB)時的波形，都很不錯。本機連同JBL4312Mll音箱一起試聽，聲音通透寬廣很有魅力，長時間聆聽也不會感到疲勞，十分耐聽。

? ?