【新提醒】一起玩简单好听的P3A功放（开源）

    在diyaudio论坛上看到的，上去一翻，爬了几百楼，几乎都是正面的评价，后续对这个线路的制作和改进也很多，推荐给论坛的同学们一起试试，制作成本很低，所有元件都是通用件，制作基本没有难度。

原著作者为diyaudio的大神：Rod Elliott
   链接：https:///project3a.htm

简介
更新 - 2009 年 6 月 25 日 - 虽然上次更新强烈推荐使用最新的 OnSemi 功率和驱动晶体管，但在大多数国家仍然很难买到。 因此，现在推荐的功率晶体管是更容易买到的 MJL21193/4。 虽然从理论上讲，这些晶体管的性能不如最新版本，但它们仍然是非常出色的器件。 我们非常怀疑是否有人能用测试仪器检测出它们有什么不同，而且也听不出有什么变化。

驱动晶体管也是如此。 虽然 BD139/140 器件并不被认为是目前 "最好的 "音频晶体管，但它们的工作性能确实非常好，我自己制作的所有 P3A 放大器都使用了它们，或将其作为系统的一部分。 同样，任何有意义的测量都不太可能表明这些晶体管不如 "发烧级 "部件。

2003 年 7 月 24 日 - OnSemi 公司发布了一系列专为音频应用设计的新型晶体管。 这些新晶体管已在 P3A 中进行了测试，结果非常出色。 因此，以前关于输出晶体管的所有建议都被取代，应该使用新型晶体管......如果你能买到的话。 在发布数年后，新器件可能仍然不易买到。

输出器件为 MJL4281A（NPN）和 MJL4302A（PNP），具有高带宽、出色的 SOA（安全工作区）、高线性度和高增益等特点，但价格并不便宜。 另一种输出晶体管是 200W NJW3281（NPN）和 NJW1302（PNP）。 这些晶体管更为经济，但仍具有出色的规格。 驱动晶体管是 MJE15034（NPN）和 MJE15035（PNP）。 所有器件的额定电压至少为 250V，功率晶体管的耗散功率为 230W，驱动器的耗散功率为 50W。

对于经济型系统，可以使用 TIP35C（NPN）和 TIP36C（PNP）输出晶体管。 如果能买到 "全封装 "TO-247 外壳版本的晶体管，它们就能以与 MJL 器件相同的方式安装在电路板下。 这些器件的耗散功率被限制在 125W（25°C 外壳温度），但尽管有明显的限制，它们仍然可以在 ±35V 电源下驱动 4 欧姆的负载。 理论上，可能会超过峰值耗散，但这些晶体管非常坚固耐用，可以轻松应对滥用。 不过，千万不要铤而走险--最大空载电源电压为 ±35V！

注意 注意 P3A 与您在网上看到的大多数放大器项目不同的一个主要原因是，它的输出级使用互补反馈对（又称 Sziklai 对），静态电流由驱动晶体管控制。 如果偏置伺服器安装在散热片上，就会产生过度补偿，导致分频失真。
这款放大器的基础设计最初是作为项目 03 发布的，虽然基础设计已有近 30 年的历史，但作为一款放大器，它仍然是 "最先进的"--这是一款非常出色的放大器。 它制作简单，使用的零件很常见，而且稳定可靠。 这次介绍的设计是对原始项目的全面更新，虽然有许多相似之处，但实际上是一种全新的设计。

这款新音箱（与原版一样）基于我多年前设计的一款音箱，当时制造了数百台。 其中大多数被用作小型扩音机或乐器放大器，但也有许多被用于家庭高保真音响系统。 只要电源电压不超过 ±35V，该放大器完全能够驱动 4 欧姆。

这款功放虽然非常简单，但却具有卓越的性能。 这款功放的音质确实非常好，这（至少部分）归功于其固有的简单设计。 该放大器异常安静，对困难负载的承受能力也相当强。 它是双功放系统的理想放大器，如果使用推荐的输出晶体管（具有必要的额定功率），还可以在桥接模式（BTL）下工作。

多年来，该设计一直在不断改进，现在的版本是所有版本中最好的--这些改进确保将 "接通 "或 "断开 "噪声降至最低，而真正优秀的输出设备的出现又改进了已知的、非常稳定的设计。

我从制造过这款放大器的人那里听到的都是赞美之词--我收到的所有反馈都非常积极。 根据无数制造过它的人的报告，我们强烈推荐这款放大器。 考虑到这种设计已经问世 20 年，几乎没有发生过任何变化（除了输出晶体管因可用性而发生变化），可以说它经受住了时间的考验。 它没有任何 "比其他产品更好 "的噱头，但它的结果却让人信服。
上图显示了电路板如何安装到散热片上，并将输出晶体管夹在 PCB 下面。 这是印刷电路板的最新修订版-C，但多年来总体布置没有太大变化。 一直以来，我们都可以切割 PCB 的最顶端部分，以便垂直安装输出晶体管，也可以将电路板切成两半，这样每个放大器都可以安装在自己的散热片上，甚至可以安装在单独的机箱中。 您可能会注意到，照片上显示的发射极电阻为 0.22 欧姆，而原理图上显示的电阻为 0.33 欧姆。 建议使用较大的电阻值，因为它能提高偏置稳定性。
说明
请注意，与原版一样，该产品（仍然）没有输出短路保护功能，因此如果在放大器工作时扬声器引线被短路，晶体管很有可能被毁坏。 我建议并推荐在放大器和扬声器两端使用 Speakon 接头。 产品规格与最初的项目非常相似，但在差分对输入级中使用了一个电流沉，这意味着在开启或关闭时几乎不会产生砰砰声。
我还增加了调节静态电流的功能，使用指定的晶体管，放大器可在最大电源电压为 ±42V 时为 8 欧姆提供 100W 功率。 这个电源可以通过 30-0-30V 变压器轻松获得。 考虑到将电源电压从 35V 提高到 42V，输出功率只增加了约 1.6dB，但输出晶体管损坏的可能性却几乎增加了一倍。 在我看来，这根本不值得。


可以看出，该放大器并不复杂，但性能卓越。

用于 4 欧姆（包括桥接 8 欧姆负载）时，电压不要超过 ±35V（来自 25-0-25V 变压器）。 大多数应用都能满足较低电压的要求，而且几乎任何负载都能保证放大器的可靠性。 在桥接模式下，该放大器可以在 8 欧姆范围内产生 200 瓦的功率，即使在连续大功率情况下也能可靠地工作。 切勿尝试在桥接模式下以 4 欧姆的功率运行放大器，因为这意味着每个放大器的等效负载为 2 欧姆。 放大器并非为处理这种情况而设计，因此会出现故障。 ±42V 是绝对最大电压，只能用于绝对不会使用 4 欧姆负载的场合。

D1 是绿色 LED，应为标准类型。 不要使用高亮度 LED 或改变颜色。 这不是为了外观（虽然绿色 LED 在电路板上看起来很整洁），而是为了压降--不同颜色的 LED 的压降略有不同。 目的是使 LED 两端的电压在 1.9-2V 左右。 这对于典型的绿色 LED 来说似乎偏低，因为它们的额定电压通常为 2-2.2V（尽管有些 LED 的电压更高，但不能使用）。 不过，标称电压为 2.2V 的 LED 在低电流时两端就会有合适的电压 - 在 ±35V 电源下，R8 只提供 1.6mA 电流。

VR1 用于设置静态电流，通常约为 50-100mA。 放大器可在较低电流下正常工作，但在低于 20mA 时（建议的最小静态电流），失真开始明显（通过示波器监测失真表）。 通过自举电路 R9、R10 和 C5，A 类驱动器（Q4）具有恒定电流负载。 稳定性由 C4 决定，该电容的值不应减小。 使用指定的快速输出晶体管时，功率带宽超过 30kHz。

使用建议和推荐的 35V 电源时，Q4 和输出驱动器（Q5 和 Q6）通常不需要散热器。 使用 4 欧姆负载时，您可能会发现 Q5 和 Q6 需要散热片，但根据我的经验，这些晶体管在大多数工作条件下都不会发热。

如果在 ±42V 电压下使用放大器，则应为 Q4 使用小型散热片，因为耗散量会高很多，器件会变得很热。

虽然我已经展示了 MJL4281A 和 MJL4302A 输出晶体管，但这些晶体管已经上市 6 年多，仍然很难买到。 推荐的替代品是 MJL21193 和 MJL21194，或 NJW3281（NPN）和 NJW1302（PNP）。

注：由于东芝器件是最常见的伪造晶体管，因此不再推荐任何东芝器件。 2SA1302 和 2SC3281 现在已经过时，如果你找到它们，几乎肯定是假冒的，因为东芝从 1999~2000 年左右就不再生产这些器件了。

通电前，确保将 VR1 设置为最大电阻，以获得最小静态电流。 这一点非常重要，因为如果设置为最小电阻，静态电流将非常大（几乎肯定足以烧毁输出晶体管！）。

构造
既然我有这款功放的电路板，我当然建议使用这些电路板，因为这样会使构造更加简单，并确保达到性能指标。 请注意，任何功率放大器的布局都相当关键，我们会尽最大努力减少有问题的地方--如果您自己制作电路板，就不太可能达到公布的规格。
所有电阻都应为 1/4W 或 1/2W 1%金属膜电阻，以降低噪音，但 R9、R10 和 R15 应为 1/2W 类型，R13 和 R14 必须为 5W 绕线电阻。

备注：
1、频率响应取决于输入电容和反馈电容的值，以上是使用指定值时的典型频率响应。 高频响应由 C4 固定，不得更改。
2、不建议使用 42V 电源在 4 欧姆负载下工作。 每个输出晶体管的峰值耗散将超过 110W，在典型电感负载下没有安全余量。 所有电源电压均为空载时的标称电压 - 您的变压器可能无法维持稳压，因此功率可能略低于所示值。
3、此数据为典型值，取决于电源的调节能力（如上文的 1 和 2）。 8 欧姆负载的最差功率约为 50 瓦，但如果功率下降到这个程度，电源将严重不足。
4、这是一个极其悲观的测试，因为带宽远远超出和低于任何可听的范围。 我的测量仪的响应频率从 3Hz 左右一直延伸到 100kHz 以上，因此测得的噪声比任何加权网络都要大得多。接通电源

通电前，确保放大器电路板安装在散热片上。 不使用散热片也可以运行放大器，但前提是您必须清楚自己在做什么，使用低于正常的电源电压运行放大器，保持零静态电流，并且不连接负载。 任何不使用散热片而 "正常 "运行放大器的尝试都可能导致输出晶体管瞬间失效，在某些情况下还会导致驱动晶体管失效。

如果没有双输出台式电源，则在首次接通电源之前，临时安装 22 欧姆 5 瓦绕线 "安全 "电阻器以代替保险丝。 此时不要连接负载！通电后（通常为 ±35V），检查输出端直流电压是否低于 1V，并测量每个电源轨。 它们可能略有不同，但都应不低于 20V 左右。 如果与上述值相差很大，请检查所有晶体管是否发热 - 如果任何器件发热，请立即关闭电源，然后纠正错误。

如果有合适的台式电源，初始测试就容易多了！缓慢升高电压，直至达到 ±20V 左右，同时注意电源电流。 如果电流突然开始快速上升，而电压停止上升，则说明出了问题，否则继续测试。 注意：随着电源电压的升高，输出电压会降低-2V 左右，然后迅速恢复到接近 0V。 这是正常现象。

一切正常后，连接扬声器负载和信号源（仍安装安全电阻），并检查是否有合适的声音（如音乐或音调）发出 - 保持低音量，否则，如果您试图从放大器获得过多的功率，在电阻仍然存在的情况下，放大器将严重失真。

如果放大器通过了这些测试，则移除安全电阻并重新安装保险丝。 断开扬声器负载，重新打开放大器。 确认扬声器终端的直流电压不超过 100mV，并对所有晶体管和电阻器再进行一次 "热测试"。

确认一切正常后，设置偏置电流。 将万用表连接到 Q7 和 Q8 的集电极之间，测量两个 0.33 欧姆电阻上的压降。 最理想的静态电流为 75mA，因此测量电阻上的电压应设置为 50mV ±5mV。 这一设置并不过分重要，但在较低电流时，输出晶体管中的耗散较少。 电流约为 1.5mA / mV，因此 50mV 代表 75mA 静态电流。

电流设定后，让放大器预热（会预热），待温度稳定后重新调整偏置。 这可能需要重新检查几次，因为温度和静态电流略有相互影响。 当您对偏置设置感到满意时，用指甲油涂抹一下，将微调器密封起来。如果温度继续升高，说明散热片太小。 这种情况将（不是可能--将）导致放大器损坏。 卸下电源，换一个更大的散热片后再继续。 还要注意的是，虽然功率晶体管安装在电路板上，但切勿在没有散热片的情况下操作放大器，即使是测试，即使是短时间的操作。 输出晶体管会过热并损坏。
完成所有测试后，关闭电源，重新连接扬声器和音乐源。

使用 25-0-25 变压器的简单电源在 8 欧姆时的峰值功率约为 75 瓦，连续功率约为 60 瓦。 这受到很多因素的影响，如变压器的调节、电容大小等。 对于一对放大器来说，300VA 的变压器就足够了。 所示的 4,700µF 电容应视为最小值，一般来说，我建议每个电源并联使用两个电容（提供 9,400µF 的电容）。 您可以随意增加电容，但任何超过 15,000µF 左右的电容都会带来收益递减规律。 性能提升根本不值得额外投资。



对于上述标准电源，我建议使用 300VA 变压器。 在 230/240V 国家，使用 3A 保险丝或变压器制造商建议的值。 对于 115V 国家，保险丝应为 6A 或制造商建议的值，由于变压器和电容器会产生浪涌电流，因此在任何情况下都需要使用慢熔型保险丝。 如果使用的电容（C3 为 X2 市电额定电容）超过建议值，保险丝额定值可能需要略微提高。 当它与变压器次级并联时，可以有效减少射频干扰（传导辐射）。 这不是必须的，但建议使用。
在空载时，电源电压可能会高于设计值，而在满载时会低于设计值。 这完全正常，是变压器调节的结果。 在大多数情况下，如果变压器的额定功率不足，则无法获得额定功率。
桥式整流器应为 35A 型，对于 ±35V 电源，滤波电容器的额定电压必须至少为 50V。 接线必须采用重型线规，直流电必须取自电容器，而不是桥式整流器。