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简洁至上 靓声功放——打造A30小型发烧级甲类功放

 昵称18990882 2015-08-13

一直想打造一款简单的发烧功放,经过一番努力,这一心愿终于实现——一款A30的功放诞生了。之所以叫 A30,是因为其设计的最大功率为30W,可以工作于纯甲类状态下,就是30W纯甲类功放的意思。 
A30 是专门为高标准音乐重放而设计的高品质小功率功放,注重的是音响重放效果。甲类功放没有交越失真,对电路的稳定性要求很高,本人对听音要求较高,要求声音平衡 性要好,表现比较全面,因此,电路设计和元件选取就显得 非常关键。先考虑电路的形式,一般用对称的电路设计可以 做得比较简单,性能也比较高。对比各种电路,输入级采用 场效应管做互补放大,只要两个管子,不用另加恒流源偏置 电路。电压放大级用简单的共射放大电路,输出级关键是功 率管的选择,考虑到用双极型三极管要推动级,增加了元件, 决定用场效应管做输出元件,这样省掉一级推动,电路就更 简单一点,而且场效应管声音细腻甜美,也很讨人喜欢。 
选取元件同样也很重要,先是输入级的场效应管,选用跨导大的场效应对管K366/J107,这样可以得到更好的线性和增益,还可以减轻电压放大级的负担。这对管和大名鼎鼎的K170/J74同是东芝的产品,各项性能相差不多,而且跨导 还比K170/J74大一点,只是功率稍小了一点,但是用在输入级,200mW的功率已足够了,价钱却便宜不少。这两对管的 主要参数对比见表1。 
输出级的元件选取是难中之难,之所以这样是因为一般场效应管都有低频欠缺的特点,特别是听大动态的音乐时就 脚软或低频下潜不够等。对比双极三极管和场效应管,可以 看到,场效应管的跨导明显小很多,电流越小,跨导越小, 这就造成了场效应管低频不足的缺点。一般音响用的场效应 管都存在这个问题,最后只能放弃用一般音响用的场效应管,选用日立的超大电流场效应管K2586/J555,这对管的电流达到60A,跨导也比一般的场效应管大很多,表2所示的是 这对管的主要参数。这对管耐压只有60V,不过用来做功率不大的机器是足够了。 
电压放大级用的三极管对声音的影响也是非常明显的, 曾用很多对管进行实际听音对比,最后决定用东芝的A1145/ C2705。这对管的声音很暖和,而且低频足,高音甜,非常 耐听。 
另外,要使功放稳定工作,温度补偿也非常重要,补 偿过大和不足都会造成工作电流不稳定。鉴于场效应管的特性和双极型三极管不同,用一般三极管做补偿就容易补偿过度,造成负温度特性的假像,开机电流会比稳态电流大很 多,这样很容易烧管,所以选择用性能基本相同的场效应管 补偿就是最好的方法。选用场效应管2SK2232比较合适,它 的开启电压跟K2586/J555的基本一样,试验证实,用这个管 做补偿时电流很稳定,散热器温度很高时都能比较稳定。 
经过以上考虑,最后决定采用的功放电路如图 1 所示。 


该电路采用纯直流放大形式,这样可以省掉耦合电容,而且 电路更简单,性能更好。该电路一共分三级,都是互补对称 电路。第一级采用 K366/J107,偏置方式为自给偏压,电流 选在 1.6mA,电压放大倍数大约是 1.6 倍。第二级用三极管 A1145/C2705 做共射放大,射极电阻用 50Ω,本级电流是20mA,R7 和 R15 是电压放大级的负载电阻,电压放大级的 放大倍数约 400 倍。第三级用 K2586/J107 接成跟随器形式 输出,整个电路的开环电压增益大约是 1.6×400=640 倍,闭 环增益由 R11 和 R13 决定,约为 50 倍(34dB)。增益取得较大, 这样可以省掉前级,可以直接做成合并机。2SK2232 与 R6、 R10、R14 共同组成功率管的偏置电路,R14 可以调节偏置电 压大小,从而调节静态电流大小,R9 可以调节中点电位。 
整个电路比较简洁,元件不多,一个声道用一块PCB,如图2所示。该电路板的排版也比较讲究,大电流的连线都采 用了很大的线径,信号地线和电源地线分开,之间可以通过一根连线连起来。当两声道独立供电时直接连接即可。当两 声道共用电源时,信号地线和电源地线可以分开,分别用线 接到总地线,这样可进一步提高信噪比。另外,功放板上没 有整流和滤波电路,这部分电路需要外接,同时可以选用不同的滤波电容,方便制作。外接的电源电路如图3所示。 

为了使功放有更好的效果,所有元件都选用原装发烧件,主滤波电容是美国思碧36DE系列110000μF/40V电容, 退耦电容选用化工电容,变压器选用的是300W、输出双15V 环形变压器,整流桥选用的是35A原装整流桥,连线用西电麻线,电位器使用ALPS的小型电位器。PCB做好,元件也备 齐了,接下来就是安装和调试了。 
1.  先规划功放的安装结构,由于PCB比较小,把板竖起 来安装在散热器上更好看,而且可以省空间,让功放布置更紧凑。所以选用了小型全铝机箱,变压器和滤波电容各放机 箱一头。 
2.  在机箱和散热器相应地方钻孔,用来固定环形变压器、电容、整流桥及功放板。功放板安装在散热器的中间,功率管装在散热器的底部。 
3.  固定好变压器,装好后板,连接好电源,然后装好整流、滤波电路,电源电路就完成了。上电测试,测得滤波后的电压为±22V左右(空载)。 
4.  功放板装上除功率管以外的所有元件,如图4所示, 检查无误后上电初调,调节R9和R14,使R21、R22上的对地 电压分别为±1.5V。 


5.  装上功率管并且把功放板固定在散热器上,如图5所示。然后上电调整静态电流和中点电位,用万用表测量无感电阻R17或R18上的压降来换算成静态电流(200mV时电流 为1A)。调节R14,使静态电流稳定在0.5A,此时因散热器 较热,所以没有再调大静态电流。调节R9,使中点电压为零(在10mV以内)。 

 
6.  两声道的功放板分开调试,调试好了就可以进行最后的安装了。 
7.  安装好电位器、莲花座、输出接线端子,并且接好线。安装时地线按一点接地,星形接法处理。 总接地点选择在两个滤波电容的中间,功放板中的信号地线和电源地线分别用线连到总接地点,输入地线和电位器的地线也分别用屏蔽线连到这里,机内所有信号线都采用屏蔽线连接。将滤波电容平放,用一根两边带铜耳的线卡住, 两边用螺丝固定好。 
8.  装上电源指示灯和音量指示灯,两个LED串接一个390Ω的电阻,用一组9V的电源供电。 
9.  最后把机内线整理好,用扎带绑紧,安装好的功放内部如图6所示。

 
10.  安装好机箱,一个漂亮的功放就完成了,如图7所示。 

 
最后讲一下A30的应用,由于元件的耐压比较低,所以最高应用电压只有±26V,最低可以在±6V下工作,建议在±12~±25V下应用。在电源电压为±26V,负载8Ω时可以得到大约30W的输出功率。A30功放可以工作于甲类和甲乙类,同样都有很出色的表现。当静态电流不小于(VCC-3)/2RL时,功放工作于纯甲类状态下,不过这样要求散热器面积比较大。如果电流比较小,功放将工作于甲乙类,建议静态电流在200mA以上。变压器功率宜用大一点,最好在200W以 上。另外,建议两个声道独立供电,这样地线会容易处理。 整个功放电路简单,元件不多,而且调试容易,方便制 作。声音非常迷人,中、高音细腻甜美、低音浑厚有力,感 觉不到是这么小功放发出的声音。用来听人声、小提琴、交响乐也有比较好的表现,达到了预期的效果。关于这方面就不多说了,让有兴趣的同仁亲自来体会。 

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