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音质甜美的音频功率放大器

作者:dolphin时间:2016-09-22

  这款音频功率放大器在输入级和电压放大级采用两级非对称结构的差分电路,放大线性好、频响宽,对温漂和电源波动影响抑制力强,音质甜美,韵味十足。
  
  一、电路介绍
  
  下图为本功率放大器的主放大电路.VT2、VT3构成输入级差分电路,VT1、LED1、R3、R8及C2组成输入级差分电路的恒流源电路。LED1正常发光时其正负端电压差恒定在1.8V一2V之间,噪声小于稳压二极管,常用于功放电路。其正负端的1,9V左右电压差作用于VT1发射结回路,使VT1射一集电流恒定在(1.9V-0.6V)/680Ω≈1.9mA。在VT2、VT3差分输入电路参数完全对称的情况下,流经VT2、VT3射一集的电流为1.9mA的一半即0.95mA。RP1改变VT2、VT3发射极的反馈电阻,使VT2、VT3的静态工作点发生正负对称变化,最终改变输出级中点的直流电位。
  
  R6、R7上的电压降正常情况下为2.2K×0,95mA≈2.1V.作为电压放大级VT7、VT8差分管的发射结偏置电压。流经VT7、VT8集一射的电流为(2.1V-0.6V)/R12≈4.5mAoVT4、VT5  构成VT7、VT8差分电压放大级的镜像电流源负载。VT6接成共基状态,作为VT7的负载电阻。
  
  VT9、R11及RP2构成推动级、输出级的偏置电路,同时起到对末极功率管温度反馈控制作用。调节RP2可以改变VT9集一射之间的电压,进而改变推动级和输出级的静态偏置电流。另一方面,VT9与功率级对管VT12、VT13安装在同一块散热片上,起到对VT12、VT13温度的反馈控制作用,防止VT12、VT13温度过高导致输出电流过大而烧坏的可能。温度反馈控制的原理是,当VT12、VT13输出电流增大,升温超标时VT9的集一射电流增加而集一射电压下降,从而减小了推动级和输出级的静态输出电流,将功率对管VT12、VT13的电流和温度控制在安全范围之内。
  
  VT10、VT11构成推动级,其发射极电阻R18、R19上的直流电压降又作为功率输出级VT12、VT13的偏置电压,调节RP2可以改变VT12、VT13的静态输出电流。R25、C9及R26构成本机的交流反馈电路,整机的电压放大倍数为52倍(AVf=1+R25/R26=52)。反馈取出点选在推对级的对称中点,最大限度避免了感性扬声器对小信号输入级的影响,这与通常的将反馈点选在输出级对称中点的做法相比,音质有明显改善,声场控制力加强,瞬态更优。

本功率放大器的主放大电路


  
  下图是功率放大器的电源及保护电路,在此只对保护电路作个简要介绍。保护电路具有开机延时及功率输出级中点直流过压保护的功能。刚开机时,12V的保护电路供电电压经R29、R31向C17充电,此时VT16基极电压低,处于截止状态,并导致D7、VT17截止,继电器K1在开机瞬间不吸合,避开浪涌电流对扬声器的冲击。随着时间的推移,C17充电到一定程度VT16饱和导通,导致VT17也饱和导通,继电器K1吸合,完成开机延时过程。
  
  当左、右声道功率输出级对称中点出现超标的正或负直流电压时,将导致VT14或VT15导通,C17沿导通管放电使VT16截止,继电器释放,保护扬声器被超标直流电压烧坏的可能。  C15、C16正负相接变成无极性电容,可正、反充电,同时避免保护电路对短暂超标电压的误动作。

功率放大器的电源及保护电路


  
  二、元件挑选与制作
  
  调试制作之前元件一定要经过精心挑选。RP1、RP2使用3296多圈精密电位器,R4、R5和VT2、VT3等成对使用的元件,相互误差应控制到最小限度,只有这样才能减少调试时出现的问题,增加制作成功的几率。
  
  制作调试可分块进行,先焊接好第一级差分电路(R1-R8、VTl-VT3),将RP1调节到中间位置,输入端接地并用100K电阻将VT3基极接地,测量R6、R7上的直流压降应为2.1V右左。
  
  焊接第二级差分电路(VT4-VT9,即R14、R15左边的电路),测量R9、R10、R12和R13上的电压各为1.45V,同时,调节RP2时,VT9的集一射电压可一定范围内之间变化,这样前两级电路工作基本正常。
  
  接下来,焊接推动级,撤掉VT3基极100K对地电阻,接上反馈支路,进行两个重要的调试。调节RP2使VT9集一射电压为2.5V左右,将推动级VT10、VT11输出电流确定在6.35mA左右,R18、R19上的电压降各为0,64V。调节RP1,并用数字万用表的直流毫伏档测量推动级对称中点(即R18.R19连接处)电压,将该电压控制在±5mV以内。
  
  接上功率输出级,微调RP2将VT12、VT13静态电流调到80mA,此时R22、R23上的直流电压降各为17.6mV。测量功率输出级对称中点(即R22、R23连接处)的直流电压,如果VT12、VT13对称性不好则该点直流电压静态时可能不为零,同样调节RP1将该点电压控制在±5mV以内。至此,整机制作基本成功,接下来就是加音源试听调试了,有条件的话可以用示波器观测整机的波形,频带宽度。
  
  下图为本机一个声道的印刷电路板图,平行安装于一块250mm(长)×100mm(高)×55mm(宽)的E型散热片上。板上九个无电器关系的圆孔需要1:1钻空,其中印刷板边角的四个小钻孔用于印刷板和散热片的连接,必须注意绝缘。VT9-VT13反向安装于印刷板的敷铜面,其附近的五个大孔用于通过螺丝刀将四只功率管和偏置电压调整管VT9紧固在散热片上。整个印刷电路板共使用了八根跳线,制作时不能遗漏。
  
  印板边缘的部分尺寸标注线,指示九个圆孔和VT9-VT13在印板上的精确位置。

声道的印刷电路板图


  
  三、整机性能及技术指标
  
  整机背景宁静,声场开阔,高、低频响应很好,音质甜美,韵感十足。
  
  实测性能指标如下:
  
  通频带:10Hz一230kHz(-3dB)转换速率:20V/1us标准输出功率:45W×2(8Ω)最大不失真输出功率:72Wx2(8Ω)



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