音色“温暖”的FET功放电路

　　根据下央所介绍的设计原则和方法所制作的A类FET音频功放具有电子管音频功放的特色。虽然本功放没有很高的功率输出，并且采用了一般的元件，但却产生出令人回味的电子管功放的“温暖”的音响效果。　　
　　
　　首先，将典型单瑞EL84电子管输出级与晶体管推挽输出放大器作一比较。
　　
　　1、电子管功放输出级工作在纯A类状态。即使把音量调到最低，输出级仍有显着的功耗，电子管总处于加热状态。EL84管额定功率为12W，管子散发很大热量。
　　
　　与此相比，半导体放大器典型设计为AB类输出状态。在静态下，输出晶体管功耗较小。在较高信号下，两只管子以推挽方式供给负载，其不足之处是会产生一定量的交叉失真。
　　
　　2、电子管放大器，输出阻抗较高，从而给扬声器纸盆振动一个很小的阻尼。纸盆振动也受其他因素的影响，例如音箱的谐振频率等。
　　
　　对比之下，晶体管放大器输出阻抗低，由于显着的阻尼作用，导致扬声器受到“僵硬”的控制，给出音响系统一个比较可控的满意的频响曲线。同时也意味着，抑制了单元扬声器系统的声响特性。
　　
　　3、电子管特性是非线性的，输出特性曲线略有弯曲。在输入信号电平小时，电子管工作在近似线性区域，信号输出失真较小。当音量提高信号摆幅较大时，电子管非线性特征明显，导致输出信号柔性地限幅。这类限幅很有趣，也很有意义。这是不采用任何整体电路上的负反馈达到的。
　　
　　典型的AB类半导体放大器采用很深的负反馈，以达到低的信号失真和低输出阻抗。音量提高时，功放输出信号正比例地增大，直到信号波峰接近功放电源电压为止。输入信号进一步增大，驱动晶体管就在信号波峰上被截止，从而引起“过激励”。它的发生是突然的，最终信号被削波，引起不愉快的刺耳声。因此，对此类功效，重要的是保证不出现过激励。相比之下，电子管放大器比较“宽容”，从听感上要舒服得多。
　　
　　放大器电路
　　
　　该放大器如下图所示，它工作在A类状态。不采用整体负反馈去补偿输出FET管非线性特性。该放大器输出阻抗很高，以降低扬声器的阻尼作用，使扬声器系统本身的声响特性充分发挥。
　　
　　在输入端，Rl、C1作为低通滤波器，滤除不需要的高频信号。下图电路的第一级由BS170(T1)构成，作为输入缓冲级具有有高输入阻抗和低输出阻抗的特性，电压增益为1。低输出阻抗有助于消除T2栅极电容的影响。T3作为定流源工作；它流过直流电流，而从T2漏级来的输出信号交流成分加到扬声器上。

　　放大器需要24V输入电压。因为工作点能自动地调节，不需要调试电路。用6V稳压器供给Tl和T2的栅压。通过FET的电流由源极电阻值决定。T2静态电流自身调节到1.28A，因为各个FET管特性有较大的不同，故可能影响这一数值。

　　输出激励级

　　下图表示早期典型放大器。其中每一声道只用一只VMOSFETo输出变压器作为扼流圈。次级绕组的直流电阻小于1Ω，这样就只有一小部分漏级电流通过扬声器。以电位器调节放大器工作点。不用激励级，功率FET有比较高的输入电容。这意味着，采用低阻抗信号源，例如CD机耳机输出，只在高频上才能成功地激励放大器。用这简单电路产生的声响几乎与前述放大器的一样好。
　　
　　但必须在下列三个方面改进设计。
　　
　　1、FET功放能连接额定阻抗的扬声器而不需要输出变压器。输出的电解电容确保将交流信号耦合到扬声器。
　　
　　2、功放工作点，必须自身稳定，不应有任何调节。取稳定的栅级电压，同时还要有FET源极连接电阻的局部反馈。
　　
　　3、放大器输入信号应与标准高阻抗线路输入信号(1.OVPP)兼容。输入晶体管Tl接成源输出器，作为缓冲级。
　　
　　在上图的放大电路中满足了这三个条件。该图仅表示一个声道，与早期设计最大不同处在于输出级增添了一只FET(T3)。
　　
　　该FET作为高阻抗电流源，输出FET的漏极偏置在电源电压的中间值。
　　
　　分压电路R8、R9供给T3栅极偏压，必须考虑到栅一源极电压要有4V。C8衰减此参考电压上的交流纹波。C5在工作过程对T3保持固定的栅级电压。
　　
　　该输出阻抗的电流源与信号放大FET高阻抗输出一起，构成整个放大器高阻抗输出特性，经测试该放大器的动态阻抗约为38Q。
　　
　　供给低阻抗扬声器（4Ω到8Ω）的输出信号不是信号电压形式而是电流形式。这对半导体放大器是不寻常的，但它提供了该放大器所产生的电子管音响效果的特性。
　　
　　在输出级FET作为电流源去代替通常的阻抗匹配变压器，这意味着不需去补偿变压器的频率响应。适用的变压器或扼流圈现在不易获得。当然，这种设计的缺点是增加了电路的功率损耗。
　　
　　信号放大器FET(T2)在静态下功耗为12V×1.28A=15W，而定流源大约也消耗同样的功率。总共有大干30W电功率变成热能。应注意，要保证将这热量安全地散发掉，散热器应有小的热阻1K/W或更低。

　　FET放大器也能运行在高达35V的电源电压下，而给出大的漏级电流。
　　
　　这时需要降低源极电阻阻值。如果想听这种放大器的声响，或做点小试验，此种修改措施是有价值的。
　　
　　源极电阻所产生的电压就构成了局部反馈，降低了放大器的斜率和放大系数，但不会降低输出阻抗。C4将反馈信号分流到地以提高放大器频响。在高频端放大系数由电阻R7(0.18Ω)设定。要把放大器频响扩展到低达30Hz，C4容量理论上应增加到30000uF。这种修改不仅成本高，而且造成潜在的阻尼，而且很容易使放大器在低音时过载。

　　电源方面所采取的措施
　　
　　下图所示电源电路很简单。其输出电压上的少量电源纹波被放大器定流输出所抑制。与充电电容相串联的电阻衰减了充电电流峰值，有助于降低的高频部分纹波电压。

　　
　　放大器有20dB的交流声抑制系数。用一附加电路去衰减电源的纹波，使之不再听到交流声。该附加电路如下图所示，它是分离元件构成的稳压电路。参考电压是从电源电压平均值得到。稳压器上的压降与整流变压器电压值无关。T1和T2构成达林顿管，T3和R4用以感受集电极短路电流。T2要安装足够大的散热器，防止稳压器短路。

　　
　　稳压器压降约为1.9V。正常工作时功耗小于2,5Wo电流限制在1.9A．输出短路，电路产生约45W的功耗。
　　
　　在试验中，采用50VA环形电源变压器，具有两个18V的次级绕组和10000uF(35V)充电电容器。没有附加滤波，在输出端测试得800mVpp纹波电压。为衰减此纹波，需要较高电压，从而R1(6.8kΩ)产生跨在稳压器上1V的压降。也要考虑Tl和T2的参数限制，实际上，T1的HFE会引起电压太高或太低，需要改变R1，以达到补偿作用（这是简单方法的缺点）。
　　
　　用控制T1基极电压的方法，去限制T3输出电流，因而，由R4压降确定输出电流达到的最大值。
　　
　　T2用BD912．此管能处理15A的电流。若有必要，降低R4的值。可以安全地选择较高的最大输出电流。
　　
　　T3(BC639)最大电流为1A（峰值1.5A）。在设有负载的条件下（具有电压约27V），或者突然地输出短路，R2限定通过T3的电流为1A（如前所述）。C1放电，R2功耗很小。

　　安装与调试
　　
　　下图所示放大器印板图不包括交流声抑制器。大容量电容器和大功率电阻都垂直地安装在印板上。首先在C7和C11之间的印刷敷铜线上搪上锡，再装焊小型元件，如标准电阻，小电容和电位器等，然后装大型竖直元件，如电解电容和大功率电阻等，散热器用固定件安装到印板上，再将2只功率FET装焊在相应位置上。要注意FET引脚和连线不能拉的太近。散热器和FET之间要加绝缘材质。
　　
　　元件装焊完毕，经仔细检查，就可以调试放大器。在调试中，电路图上所标电压值，仅供参考。因为FET特性曲线有一个可容许的变化范围，所标值只能认为是近似值。