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高保真全对称型功放电路设计

 愚人873 2021-02-14

高保真全对称型功放电路设计

上下、左右都对称的电路,输出波形与输入波形的相似度非常好,是一款实用的高保真电路。而且容易制作与调试。

一、电路概述

双差分:Q1Q2NPN型管组成上差分,Q3Q4PNP型管组成下差分。根据差分管原理,Q1导通增加时Q2导通减弱,Q3导通减弱Q4导通增强。对于输出管Q5导通增强时Q6导通减弱或截止。无论输入信号的正半周还是负半周都是经过晶体管的放大后输出,所以输出波形与输入波形的一致性相当好可实现高保真。

浮动稳压器:

在上下对称的两个差分管中间插入了一个浮动稳压器,当电源电压变化时确保流经R3R4的电流不变。可实现输出管静态电流不随电源电压的变动而变动,从而实现了功放能在宽电压范围工作。

差分管只要β接近就可以了,并且电路中N型晶体管与P型晶体管接在对角线上可实现参数互补,无需复杂的调试就可稳定工作。

二、电路元器件计算

R1计算:R1是前级与后级的桥梁。R1决定了Q5栅极电容Ciss放电的快慢,所以R1Q5栅极电容的转折频率必须在音频最高频率的十倍以上,也就是要大于200千赫。

上式中CissMOS管栅极电容,AO3401Ciss约为1纳法。

R1R2R5R6取标称电阻750欧姆。

MOS管栅极电压与Id关系:对于小功率MOS管(AO3400)可通过实验获得以下的一组数据。

Vgs

0.6

0.67

0.7

0.72

0.74

0.75

0.76

0.775

0.78

0.79

0.8

Id

毫安

0.1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

  如果输出管的静态电流取5毫安,那么对应R1上的电压就是0.75伏。Q1的集电极电流就是1毫安。

R3计算:Q1的集电极电流为1毫安,那么流经R3的电流约为2毫安。稳压管TL43的稳压值为2.5伏,经上下分配,R3上的电压为:

0.6伏电压,电流为2毫安,那么R3R4300欧姆。

在最低电压4伏时R7R8上电压为:4伏的一半减稳压管的一半1.25伏等于0.75伏,流入稳压管的最小电流取0.5毫安,则:

R9R11的比值确定了功放的增益,R920千欧,R112.2千欧差不多有10倍增益(20分贝)。

R11C2的零点频率设置在20赫兹以下:

C2可采用大于22微法的电容,那么零点频率基本上就几赫兹了。

输出电容采用对称分压式(当电容足够大时就跟OCL差不多了),其等效电容和8欧姆喇叭阻抗的转折频率设置在20赫兹以下。

上图中1000微法的2个输出电容,等效电容为2000微法,转折频率在10赫兹左右。

    喇叭本身在400赫兹左右有一个谐振C7与喇叭的电感(约1毫亨)会在10千赫左右另加一个谐振频率。以增加喇叭的通带宽度。R17为阻尼电阻。通常C70.1微法,R1710欧姆。

三、功率管对输出功率的影响

电源电压在5伏时满功率输出喇叭的最大电流为:

R1上的电压最大为1.5伏,Q5 MOS管在Vgs1.5伏时可提供1安左右的电流。如采用结型管基极电流为1毫安,如β为200的话也只能提供200毫安的电流。所以MOS可直接输出就可获得满功率运行。

上款电路虽输出功率不大,但采用MOS管输出,瞬态响应极好,低音BASS有力,高音清脆明亮,比集成电路的功放声音味道要好。

四、高电压大功率电路

Vcc用高电压时,差分管之间的稳压管的电压可调范围取2.55伏,可用4伏时计算R3R4的值,用相近的标称电阻接入,接通电源前稳压值调至最小,接通电源慢慢提高稳压管的稳压值,使静态电流达到要求即可,在无交越失真的情况下空载电流以小为好。

上述电路基本上跟集成电路的接法差不多,C1为正输入端,C2为负输入端。经测试输出零点电压只有几毫伏,所以此电路既可以接OTL也可接成OCLBTL

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