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250W×2宽频带功率放大器

2015-03-19  lll2168

    电子管胆机与全晶体管功放究竟谁是老大也争论喋喋,个中原因是两者各有优劣。电子管胆机工作在高电压、低电流状态,高电压带来了音域宽广,动态范围大,节目流畅,弹性感强,雄浑有力的感觉,因此获得人们的欢迎。但由于电子管的制造工艺及本身的结构毛病,胆机的变调失真是较大的;大功率的胆机需要较大型的对信号损耗不可忽视的输出变压器与扬声器系统匹配,制作工艺严格,否则其频率特性往往不能如实地反映放大器的频响特性,也不能发挥其动态范围大的优点。电子管的特性寿命远较晶体管短,要想获得好的频率特性,一年半载就得更换电子管。

  全晶体管化功放的特点是工作电压较低,电流较大。大电流特性会使声音获得足够的清晰明亮度,其变调失真比胆机小得多。晶体管功放不需要输出变压器,可直接耦合到扬声器系统。频率特性可直接传递在负载上,其特性的优势是电子管难以比拟的。人们的趣味性暂时倾向于胆机是可以理解的,若到鱼龙混杂的音响市场走一趟,作一番调研或许会找到答案。诸多的“机王”、“胆王”其内部大同小异,或许只有布局结构不同、功能多少之别。有的打开机盖,让顾客看到50000μF水牛式的电解滤波电容器,独特的散热装置,内装交流24V小风机,加强散热对流,采用效率高、漏磁极小的环形变压器,使整机的低频特性发挥得更加圆润、纯正,这些都足以敲开初入门的发烧友心扉。然而,电路的设计特点及使用的可靠性暂时是无法可知的,市场上的诸多机种,其内里几乎是共性一般化,注重成本设计的寥寥无几,难怪不少发烧友对之不感兴趣。

  晶体管功放果真不及电子管吗?笔者的答案是否定的。目前高科技的半导体技术及制造工艺水平的不断提高,电路设计独到的晶体管功放,在性能、指标、放声效果上,达到甚至超过电子管功放。

  本文给出的250W×2(RMS)宽频功率放大器是笔者的拙作,试听一段时间,觉得有点玩味,不妨介绍给音响爱好者玩玩。

250W×2宽频带功率放大器

  该功放电路图如图所示。实测性能指标为。①输出功率(RMS)为250W×2(8Ω);②失真度≤0.03%(20Hz一50kHz),≤0.05%(1Hz~200kHz);⑧频率响应为1Hz~200kHz(士2dB),20Hz~50kHz(±ldB);④信噪比≥80dB。

  一、前置放大级

  前置放大级的作用(以左路为例)是将输入的lOOOmV(lkHz)音频信号放大到48V,供末级进行电流放大,本级频响特性为1Hz~lMHz。

  Vl组成的射随器具有高输入阻抗和低输出阻抗。V3、v5和Vll等组成差分直流放大器,其本身具有高输入阻抗,但本设计可根据所需增益来改变其输入阻抗(调节R5、R19)。差分放大是高稳定的直流放大器,对差分对管(V3、V5)应尽量选取特性对称的管子。

  微调电阻RP1是调节差分放大器的平衡装置,用以改变放大器的直流输出电平。R21引入直流反馈,以增加电路的稳定性。

  V7、V9构成恒流源复合直流放大器,具有增益高、输入阻抗高和温度稳定性好的特点。

 250W×2宽频带功率放大器

  调整R25的阻值可改变V7、V9的输出幅度,调整R25阻值时的一组数据列于上表。表中输出电平只是在试验测试时,断开后级在A点接一无极性电解电容器(4.7μF/160V),然后串接假负载RL到地端,在RL高端测得的输出电平参数。

  图中给出的R25=2kΩ.输出幅度达47V,足以满足后级电流放大级的需求,虽然后级的电源士65v比前级低,但信号经电流放大后,可得45V(RMS)音频信号,自然在8Ω负载上有250W功率输出。

  V9(或Vl0)通过的工作电流较大,要加适当散热器,该级若选取高频高反压管子,放大频宽可达10MHz,本电路无须这么宽的频带,故选用图中给出的管子型号足可满足需要了。

  二、末级电流放大级及其调整

  本级主要任务(以左路为例)是执行电流放大,对前级来的高电压信号加足力度,推动终端负载。

  本电路末级功放管采用2SC3858与2SA1494配对(或采用2SC2922与2SA1216),输出功率达200W。若散热装置面积足够大,机内装二只交流24V小型风扇送冷风加强对流,输出250W也是安全的。

  V15、V17、V19与V23、V25、V27组成互补对称电流放大级。电阻R27、R29、R37,微调电阻RP3、RP5及晶体管C8050等组成互补对称管基极偏置电压调整电路。开机前,先把RP3、RP5置中点位置,并接上假负载(10Ω、300w),不要加输入信号,检查无误,启动电源。三用表的负表笔接机壳地,正表笔接2SC3858的基极,调节RP5使三用表指示为0.55~0.65V,之后三用表正负表笔对调,负表笔接2SA1494的基极,调节RP3使电表指示在0.4~0.45v范围内。从电路形式可知,两组互补对管的基极偏置调整是相互影响的,因此经第一次调节后,应回过头来检查前面所调定的数值有否变化,若与设定值不相符,还得反复调整校准几次,待符合要求方可罢止。

  要注意的是:左、右路两组互补对管(PNP型和NPN型)的基极偏置电压所调整的数据应相同,以使左、右路的动态基本一致;否则,左、右路的平衡度难于满足要求。调好之后,单手触摸四只功放管封装外壳,正常情况下应无明显的发热感觉,若感灼手,说明调整的数值有问题,或是互补对管严重不对称,必须重调或关机检查各种器件的好坏状况。

  RP3和RP5调好后,撤出假负载,接上扬声器声箱,再开机,不加信号,电位器RP7、RP8置信号输入最小位置,用耳贴近声箱,应只听到非常微弱的噪声或完全听不到;之后置RP7、RP8于信号输入最大位置,扬声器也不应发出异常的噪声,若满足要求算是调好了。

  此后进行试听,若出现均匀较大的低频叫声或其它频率嗡鸣声,则原因之7是互补对管特性不好,对称性差。此时可按调RP3和RP5的方法重新调整两组互补对管的基极偏置,PNP型管基极电压降至0.3~0.35V.NPN型管则降至0.4—0.5V,再按调RP7和RP8的方法试听放音噪声,如杂声消除就算调好了;但此时的节目试听,其动态范围就稍降低了点。原因之二是前级电压放大器输出噪声较大,或是差分直流放大级未调好,供电回路不纯净,纹波较大等。这时,可断开前级;后级输入端接一对地旁路电容器再试听后级噪声,就可确定是哪一级放大器出了毛病。

  三、开机及正常工作指示电路

  本机启动电源后,多谐振荡器(V33、V34等组成)即开始振荡工作(振荡频率较低),V34从截止到导通,发光二极管V35、V36便作断续的闪光。开机瞬间,V32导通,电容Cll通过R52、R56、V32充电。Cll充电完毕(约lOs左右),V32截止,此时其集电极为高电位,导致V31基极电位升高,V31由截止变为导通;继电器Kl的线包电流流经V31的集一射极及R57到地形成回路,继电器吸合。又因V31导通,其集电极为低电位,致使V30导通,V35、V36的直流通路可通过V30、V31及R57形成回路,不再依赖多谐振荡器提供直流通路,于是由断续闪光进入常亮的正常工作状态,至此整机可进行正常放音。

  四、不平衡的过压保护电路

  不平衡过压保护电路的功能是保护两组互补对管的工作安全。它在电路调整有失误,或是电路上其它器件的损坏造成严重不对称信号输入,抑或互补对管工作特性对称性偏离较大时保护互补对管免受损害。以左路为例,整机静态时V19、V27射极处低电位,使V21因其基极低电位而截止。当输出正、负半周出现严重不对称时,信号经R31、R35复合后.在v21基极产生+o.sv以上电压时,V2l导通,导致V29处低电位,V29导通,经R51、R56分压后,使V32因其基极电位上升而导通,其集电极处低电位,使V31基极电位下降直至V31截止,从而截断继电器Kl线包的直流通路,衔铁松开,输出被切断。此时V35、V36的直流通路仍随多谐振荡器V34的截止而导通,发出断续闪光的告警指示。应关机作各器件静态的检查,先检查互补对管,而后检查V13,RP3、RP5、R27、C5、C7、R29、R43等的好坏。

  五、过流保护电路过流保护电路的设置在于限制输出功率,以免过荷输出而导致扬声器损坏。

  左、右路输出信号通过R47、R48降压取样,经V38-V41整流,C14、C15滤波,所得的偏置电压足以使V37导通时,则V29的基极处低电位,使V29导通,V32也由截止进入导通,导致V31截止,切断继电器的直流通路,衔铁松开、切断输出,保护了声箱系统,此时V35、V36又回复到断续闪光指示。

  调整本电路的要点是如何选取R47、R48的阻值。阻值偏低,如取20kΩ.则不到2/3的输出功率时保护电路就起保护作用;阻值过大,如取62kΩ,则超过满功率时仍不起保护作用。因此在调整时可根据实际需要而设置R47和R48的阻值。

  六、其它电路及元器件选用

  电容器C9、Cl0,电阻R45、R46是与扬声器系统配合组成茹贝尔网络,目的是使声箱的阻抗接近纯阻,使节目播放效果更加清纯、透亮。

  本机所设置047μF电源电路没有什么特别之处。每个整流管并联一只0.047μF小电容器,为的是防止外来高频干扰污染电源及防止电网的干扰。士70v电源要求纹波系数越小越好。光是一般桥式或全波整流通过电容滤波是达不到要求的,因此,正、负电源分别加了一级电子滤波器,以保证前置级的供电纹波系数小的要求。

  电源变压器次级的三个绕组在线路图中已给出电压、电流数据,据此可选取漆包线的线径大小进行绕制。包括变压器自身的损耗,取550VA的容量就够了。铁芯选取以环形为最好,C型次之。若选取E型铁芯,变压器应采用较严密的外加屏蔽罩,并应选择恰当的安装位置。

  本机满功率输出时,要求输入信号为800—lOOOmV,测试时用1000Hz频率。使用时,适合于直接接上目前市价1OOO元以内的CD机信号输出端,因为这种CD机的输出电平往往大于lOOOmV。若与标准的收音调谐器、卡座等信号端连接,在本电路的输入端需加一级放大(增益6dB)。因为标准的收音调谐器、卡座等,其最大输出电平均控制在500mV(lkHz)以内。

  限流取样电阻R39—R42,每只选取二只2W、0.51Ω金属膜电阻并联当一只使用,该种电阻可靠性高,温度系数好。最好不要选取水泥电阻,原因是可靠差,在温度变化时其阻值偏离较大,容易破坏电路平衡。本电路全部电阻应选用金属膜电阻器,以提高整机的可靠性。

  差分前级放大器中R25、R26.分别选取二只2W、3.9kΩ电阻并联为一只使用,其余图中未标示出瓦数的全部选用0.25W金属膜电阻。后级放大器除另有说明外,各位号阻值全部采用0.5w金属膜电阻。

  发光二极管V35、V36应安装在面板上,或是巧妙地装嵌在电源开关的按键内,作为开机正常指示及过压、过荷保护指示。

  末级功放管V19、V20、V27、V28必须有足够的散热装置及良好的通风对流,最好加装交流24V小风机加强对流量。注意:此时变压器要增加一副绕组(24V、250mA),若所选取功放对管质量欠缺、耐压不够,可把±65V电源降至士60V,改变变压器副绕组参数为交流(43V、4A)×2,此时,整机输出功率仍达200wX2(RMS)。

 

电子世界《音响与电视》1994年11期

 

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