自制25Wx2 EL34膽機(jī)電路
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由于受到電子管器件本身的特性限制，業(yè)余制作膽機(jī)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(shí)，其輸出功率更小，通常僅數(shù)瓦，一般不超過(guò)10W。對(duì)于一臺(tái)10W的功率放大器，它往往只能提供l～2W的平均工作功率。因?yàn)楫?dāng)進(jìn)行高保真重放時(shí)，由于節(jié)目源的動(dòng)態(tài)大，平均功率為l～2W時(shí)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(shí)，失真情況更趨嚴(yán)重。在國(guó)際電工委員會(huì)(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(lè)等曲目在內(nèi)的各類音樂(lè)節(jié)目的話，一臺(tái)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(dá)到高保真重放的基本目標(biāo)。本文詳細(xì)介紹一款25W×2功放的制作，供需要較大輸出功率的膽機(jī)愛(ài)好者仿制。
一．基本結(jié)構(gòu)
膽機(jī)的輸出功率主要取決于輸出級(jí)電子管型號(hào)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(duì)于單端甲類放大，可以將兩只輸出功率管并聯(lián)起來(lái)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(fù)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(shí)際上，輸出變壓器的一次側(cè)阻抗并非一定要嚴(yán)格地減小一半，也已能獲得比單管工作時(shí)大得多的輸出功率。例如，300B作單端A類工作時(shí)，輸出變壓器一次側(cè)阻抗為3～3．5kΩ。當(dāng)改為雙管并聯(lián)A類工作時(shí)，輸出變壓器一次側(cè)阻抗可采取1．5～1．6kΩ，此時(shí)輸出功率大致為單管時(shí)的2倍。不過(guò)，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(lái)代用。350V設(shè)計(jì)電路時(shí)，屏極對(duì)地的實(shí)際電壓為350+30=380(V)左右。
根據(jù)圖3中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，輸出級(jí)陰極(對(duì)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(shí)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(duì)延長(zhǎng)管子的工作壽命很有利。
倒相級(jí)(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(hào)發(fā)生器和示波器，則可按如下方法進(jìn)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(hào)，并用示波器觀察上下兩路輸出信號(hào)的波形，同時(shí)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(dāng)然，此時(shí)的輸出功率有所降低，達(dá)不到單管工作時(shí)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(dá)到單端輸出時(shí)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(shí)際上，推挽工作時(shí)，對(duì)交流信號(hào)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(shí)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(guò)，推挽輸出不僅效率高，而且由于兩管流過(guò)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(wú)需留空氣隙，同樣條件下。電感量比單管時(shí)高得多，有利于簡(jiǎn)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(duì)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(diǎn)，管子需要配對(duì)，并需要兩個(gè)幅度相同而相位相反的驅(qū)動(dòng)信號(hào)即需要倒相電路。此外，輸出變壓器的兩個(gè)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(duì)稱和平衡。如果在這方面做得越好，那么推挽電路的優(yōu)點(diǎn)就越加明顯。
推挽輸出所必須的倒相電路常見(jiàn)的有圖2所示3種方式。其中圖2(a)為變壓器倒相，無(wú)需使用有源器件，電路簡(jiǎn)潔，倒相信號(hào)波形好、失真小，輸出阻抗低不易受輸出級(jí)柵流影響且驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，但這需要一個(gè)性能優(yōu)良的輸入變壓器。圖2(b)為屏陰分負(fù)載倒相，由于從屏極負(fù)載電阻和陰極電阻上取出的信號(hào)恰好反相，因此只要使屏極電阻等于陰極電阻，加上通過(guò)陰極電阻加有1 00％，的本級(jí)電流負(fù)反饋，就能從屏極和陰極取得幅度相等的反相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該電路失真較小，增益≤1，因而要求它的前級(jí)有足夠高的增益，或者在其后再加一級(jí)推挽電壓放大級(jí)，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(jìn)行調(diào)整，增益基本上一1。我國(guó)業(yè)余制作以圖2(b)最為常見(jiàn)。圖2(c)為陰極耦合倒相，其特點(diǎn)是在對(duì)輸入信號(hào)倒相的同時(shí)還能獲得較高的增益。不過(guò)，這個(gè)電路輸出的倒相信號(hào)幅度并不嚴(yán)格相等，也就是說(shuō)需要進(jìn)行平衡調(diào)整，這對(duì)業(yè)余制作來(lái)說(shuō)是個(gè)不便之處，因此這個(gè)倒相電路更常見(jiàn)于廠家生產(chǎn)的商品機(jī)中。過(guò)去我國(guó)業(yè)余制作中應(yīng)用這種倒相電路的不多，為此對(duì)它的工作原理應(yīng)有一個(gè)大致的了解，請(qǐng)參見(jiàn)圖2(c)。
輸入信號(hào)先經(jīng)一級(jí)電壓放大(v1)，然后進(jìn)入V上和V下進(jìn)行倒相和放大。V1的輸出信號(hào)直接進(jìn)入V上柵極并從其屏極取出放大了的信號(hào)作為后面推挽放大級(jí)的一路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。顯然，該信號(hào)與其柵極輸入信號(hào)反相。也就是說(shuō)，V上的工作情況與一般電壓放大級(jí)完全一樣。
另一路推挽驅(qū)動(dòng)信號(hào)則從V下屏極取得。不過(guò)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(guò)一只高值電阻R(1MΩ)與V上柵極相連，同時(shí)又通過(guò)一只容量很大的電容C(0．47μF)使V下的柵極接地。也就是說(shuō)，V下的柵極對(duì)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(hào)取自V上陰極電阻并由陰極注入。這樣一來(lái)，V上工作于陰極接地放大狀態(tài)，屏極輸出信號(hào)與柵極輸入信號(hào)反相，而陰極電阻上信號(hào)與柵極輸入信號(hào)同相即與屏極輸出信號(hào)反相。V下工作于柵極接地放大狀態(tài)，其屏極輸出信號(hào)與陰極輸入信號(hào)同相，即與v上屏極輸出信號(hào)反相，從而在V。、V下屏極可取出相位相反的倒相信號(hào)。至于倒相信號(hào)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(dāng)兩管取相同的屏極電阻時(shí)，輸出的信號(hào)幅度并不一樣。通常是陰極接地時(shí)的放大一些因此只要適當(dāng)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(hào)。
二．實(shí)用電路
圖3是根據(jù)上述電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)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(jí)采用EL34，這個(gè)管子性能穩(wěn)定，音質(zhì)也相當(dāng)好，而且在市場(chǎng)上很容易買(mǎi)得到，無(wú)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(shí)，屏極負(fù)載阻抗2k Q下最大輸出功率為l 1 w(失真率10％)。當(dāng)它作推挽放大時(shí)，屏一屏負(fù)載阻抗3．8k Ω下的最大輸出功率可達(dá)36W(失真率5％)。
由于本機(jī)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(duì)于陰極電位而言的。由于本輸出級(jí)采用陰極自偏壓電路，即利用兩管屏流流過(guò)陰極公用電阻R13上的壓降(約30V)作為輸出級(jí)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(jī)倒相級(jí)具有較大增益，而且本機(jī)輸出功率也不是太大，因而對(duì)輸入電壓放大級(jí)的增益要求并不高，用一級(jí)三極管電壓放大已足夠。本來(lái)用一只雙三極管分擔(dān)左右聲道電壓放大也是可以的，不過(guò)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(gè)聲道的電壓放大。
采用多極管作輸出級(jí)的功率放大器，由于內(nèi)阻較高，通常施加一定的總體負(fù)反饋來(lái)降低輸出阻抗，提高阻尼系數(shù)(DF)。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)反饋量大，阻尼系數(shù)低，功放對(duì)揚(yáng)聲器的制動(dòng)能力強(qiáng)。不過(guò)，對(duì)于一個(gè)具體的揚(yáng)聲器來(lái)說(shuō)，阻尼系數(shù)過(guò)高過(guò)低都不是最好。為此，本機(jī)的負(fù)反饋量可以通過(guò)波段開(kāi)關(guān)加以改變。負(fù)反饋量可分別選擇為8dB、10dB和12dB 3檔，由使用者根據(jù)實(shí)際使用情況決定。
由于推挽放大對(duì)電源的要求相對(duì)較低，本機(jī)電源部分也相當(dāng)簡(jiǎn)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(gòu)好電源和輸出變壓器等大型主要元器件后可設(shè)計(jì)加工底盤(pán)。圖4尺寸可供參考。應(yīng)注意的是這個(gè)尺寸只給出了底盤(pán)上面和后側(cè)板有關(guān)尺寸，兩側(cè)和前側(cè)板都未畫(huà)出，讀者可自行決定其加工尺寸。底盤(pán)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(yáng)聲器接線柱；中間則為電源插座，其兩邊為保險(xiǎn)絲座和控制負(fù)反饋量的波段開(kāi)關(guān)。電源開(kāi)關(guān)安裝在底盤(pán)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(jī)制作所的U一405(ISO)，如無(wú)法購(gòu)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(pán)主要元器件布置以及實(shí)體布線示意圖。電源變壓器左邊設(shè)有一個(gè)“接地點(diǎn)”。此處底盤(pán)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(guò)底盤(pán)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(hù)套管。輸入引線要用屏蔽線(見(jiàn)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(fù)反饋量控制開(kāi)關(guān)接線示意圖，6只負(fù)反饋電阻直接安裝在波段開(kāi)關(guān)上。
應(yīng)該補(bǔ)充說(shuō)一下，圖5中左右聲道輸出級(jí)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(shí)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(wú)誤后，可插入電子管通電試驗(yàn)，并注意有無(wú)冒煙、異味等不正常情況發(fā)生。如無(wú)異常情況可用萬(wàn)用表測(cè)量EL34陰極對(duì)地電壓應(yīng)為28—30V，說(shuō)明輸出級(jí)工作正常，然后測(cè)量12AU7、6CG7各極電壓，應(yīng)接近圖3所示電壓值。這說(shuō)明電路安裝無(wú)誤，工作基本正常。
接著先斷開(kāi)負(fù)反饋接線，接上音箱和CD唱機(jī)試聽(tīng)。由于尚未加入負(fù)反饋，聲音可能還不大理想。關(guān)機(jī)后恢復(fù)負(fù)反饋接線，再通電試聽(tīng)。如果一通電即發(fā)生自激，說(shuō)明負(fù)反饋誤接成正反饋。為此，應(yīng)斷開(kāi)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(tīng)并改變負(fù)反饋量，可以聽(tīng)出音質(zhì)會(huì)有所變化，至此安裝完成。
四．性能指標(biāo)
首先，在負(fù)反饋量12dB時(shí)本機(jī)殘留噪聲為0．3mV。應(yīng)該說(shuō)，從數(shù)據(jù)上看并不太好。不過(guò)，即使用大型揚(yáng)聲器放音時(shí)也聽(tīng)不出有什么交流聲。
圖8為本機(jī)的輸入特性。不同負(fù)反饋量時(shí)的削波功率基本上為2 2 W。在負(fù)反饋量NFB=8dB時(shí)，輸出變壓器二次側(cè)8Ω端子上削波時(shí)最大輸出電壓實(shí)測(cè)值為14V(1kHz)，換算為輸出功率相當(dāng)于U2／RL=14V×14V／8 Ω=24．5W，此時(shí)輸入靈敏度約0．74V。可以說(shuō)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。
圖9為頻率響應(yīng)，無(wú)反饋時(shí)為30Hz～15kHz(一ldB)，施力Ⅱ1 0dB負(fù)反饋時(shí)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(jī)負(fù)反饋量分別是8dB和l 2dB時(shí)的總諧波失真(THD)特性。NFB=12dB時(shí)，輸出功率lW(1kHz)時(shí)僅0．02％， 5W時(shí)為0．3％，22W時(shí)為2％。本機(jī)輸出阻抗為1．44 Q(1kHz)，負(fù)載為8Ω時(shí)的阻尼系數(shù)為8Ω／1．44Ω=5．5，顯然比一般單端輸出時(shí)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(shí)的波形，都很不錯(cuò)。本機(jī)連同JBL4312Mll音箱一起試聽(tīng)，聲音通透寬廣很有魅力，長(zhǎng)時(shí)間聆聽(tīng)也不會(huì)感到疲勞，十分耐聽(tīng)。
評(píng)論