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小型便宜电子管功放设计思路(1)

作者:dolphin时间:2013-05-30

自行设计小型便宜电子管功放(胆机),笔者认为应认真思考以下问题。
一、目前市面销售的胆机还存在哪些问题。我们自行设计小型胆机能否解决这些问题。
二、花钱少,能不能取得好音质?
首先,我们看看市场卖的胆机。目前市场卖的胆机有如下设计:
1.以直热管为输出管的胆机。
输出管为直热三极管胆机,多被卖家宣传得为“胆王”,声称其音质犹如“天籁之音”。笔者曾到过一些胆机店,聆听2A3、300B等输出管制作的胆机,但始终认为,其造价与其效果来看,造价还是高了一些。
首先,直热式三极电子管,是上个世纪早期设计的,一般内阻低、放大系数低;在与其他输出管同等输出功率下,必然对前级信号推动的幅度有更高的要求。因此其电压放大通常为2级。从信号放大的角度来看,要求推动的电压幅度越高,电压推动级所产生的失真也应该越大。
其次,采用直热式输出管,在交流供电的情况下,无论如何阴极采用何等平衡电路,都无法完全抑制交流声。如再采用高灵敏度扬声器,接近3毫伏的背景交流声输出将使音箱在音乐静态时,能够听到讨厌的交流声。有的厂家,为了抑制交流声,采用直流给输出管阴极供电,但由于阴极两端存在直流压差,导致阴极发射电子流的密度有差异,从而影响输出管的寿命。
因此,笔者不认为选用直热式输出管是最佳方案。
2.以旁热阴极速射四极管或五极管为输出管的胆机。
较为低廉输出管为6P3(6L6),屏压通常为360V,作推挽输出有效功率约25W,作甲类单臂输出约6.5W,如若提高屏压,输出达10W。中档价位的KT66,屏压390V,作推挽输出有效功率约30W,作甲类单臂输出约10W。
五极输出管EL34(6AC7),屏压通常为370V,作推挽输出有效功率约48W,作甲类单臂输出约10W。
其他则是低价位的以速射四极管6P6或五极管6P14为输出管的小型胆机。推挽电路输出约10W,单臂甲类约4W。
这类胆机,以速射四极管为输出的,声音欠一点华美;以五极管为输出管的,则低音暴棚总似有些欠缺。
3.以胆石结合的功率放大机。
胆石结合,市面卖的通常是前胆后石电路。即用小型双三管作输入放大,末级采用集成电路,或场效应管作输出。
从听机音色来看,低音澎湃有力,但中音和高音则失去了胆机特有韵味。且售价的利润比高于胆机。
综上所述,我们自行设计的胆机,应当达到以下非仪器听音标准。
1.无论如何,都不应有背景交流声;也不应有前级噪音。将放大器接高灵敏度音箱,开至最大音量,将耳朵贴在音箱上,听不见交流声和背景噪音。
2.低音部分,应澎湃有力、阻尼适当,微有余音,但不影响清晰度;中音部分应当音色华美,尤其是听女生歌唱,应有甜美感;高音部分应纤细透明,一定要杜绝高音部分发出“嘶嘶”噪音。
3.开到最大音量,不能有失真感。
欲达到上述要求,在自行设计时,应注意哪些问题呢?
一、杜绝交流声
1.机箱底版――业余制作,同常采用铁制底版。笔者认为,这是最不可取的。原因是铁容易导磁,电源变压器的漏磁能够很容易的传输给输出变压器,造成大于2毫伏的交流声。而且这种交流声是无法克服的。拔掉输出管,音箱照样有细小的交流哼声。有的人认为给变压器加铁制的屏蔽罩,就能够解决这种交流声,实际上因变压器安装在铁底上,屏蔽罩下端开口,仍然会有交变磁场通过铁底传输。因此最佳方案就是不采用普通黑白铁作铁底。外购机箱底版,多是不锈钢制作。不锈钢导磁性能比铁底低得多,是较好的选择;但购置或定做的价格偏高。铝板没有导磁性,且具备电场屏蔽作用,是防止感应交流声的好材料。缺点是,无法焊接,地线桩只能够靠铜螺丝与接线片旋紧来连线。双面覆铜的厚度达1mm以上的印刷电路板,制作小型底版,也是很好的材料,且加工容易。如果所制作的胆机,有自制的外壳包装,笔者认为旧铝饭盒拼接起来,也是很好的。总之,必须采用导磁低的且具有电屏蔽作用的材料作底版,可以有效防止电源变压器对输出变压器的干扰。
2.前级和激励级的设计――从笔者实验结果看,6N2、6N9,阴极从灯丝感应交流声最强,且阴极与灯丝之间的绝缘比较薄,也容易漏电。因此有些胆机设计,对前级通常采用5V供电,或直流供电,以彻底解决前级交流声。笔者认为这给供电带来麻烦。有的电路采用灯丝悬空,用输出管阴极的正电相接,以防止灯丝发射电子被阴极吸收带来交流声,这对激励级和输出级比较有效,对前级放大效果有限,原因是前级输入阻抗很高,音量电位器的阻值也很高(通常100K-500K),尽管采用了屏蔽线或其他屏蔽措施,但微弱的交变电场(来自于灯丝或电源变压器),还是会使输入管栅极感应微弱的交流信号,如将音量放大,则交流声越明显。我们希望输入端在无信号和无连接任何音源设备(DVDVCD收音头声卡)时,也无交流声。这就需要我们在工艺上、选材上和电路上加以解决。
从选管来说,经实验,笔者认为6N3或6N11作前级放大最好。这是因为6N3和6N11原本设计在高频电路中应用,且采用的是直流串联的栅极输入、屏极输出到阴极的栅极接地输出电路,其灯丝与阴极间的绝缘厚,降低了灯丝与阴极之间的感应;二是6N3与6N11高音频特性好,有利于通频带展宽。使用6N3和6N11,作前级放大,能够较好降低感应交流声。如果采用灯丝直流供电,则能够完全避免感应交流声。
以上是对严格要求全胆的爱好者所说的。如果我们换一个思路,即前级(第一电压放大级)采用晶体管是否可行呢?经实验证明,这是一个比较好的方案。采用晶体高频管,有利于拓展通频带宽度,二由于没有灯丝,体积小,因此能够完全杜绝感应交流声。
二、功率输出与音箱
功率输出是头疼的事。这是因为宣传,将哪些名胆管说的神乎其神。其实仔细看一下胆管的特性,我们大致可看出在推挽输出时,直热式管(三极管)在不加负回授时,其失真一般为3%左右;单臂甲类一般为>5%。速射四极管或五极管,在不加负回授时,推挽失真通常为3%-5%,单臂失真近乎10%。从这些数据来看,名胆管与一般胆管没有那么大的差异。
从主观听音的角度看,直热式三极管需要推动的电压高,因此在小音量时,效果并不十分理想;且有背景交流声。有人撰文说,没有这种交流声,就没有胆味。笔者对此不感苟同。使用速射四极管和五极管在放音方面,确有差异。因此笔者认为,采用电子分频方式来设计,应当更好些。即采用速射管的推挽方式作低音炮;采用五极管甲类单臂作左右声道输出。
如果低音炮有效功率达20W,左右声道有效功率在10W左右,那么使用现代音箱将没有任何问题。
如果换一个思路,使用高灵敏度老式扬声器(低中音采用纯纸盆-如飞乐纸盆 10寸,低音;飞乐椭圆4×6英寸-中音,号角式4寸高音),其效果放在胆机上比目前的低阻尼PC盆扬声器要动听得多,放声也更自然。那么功率放大器就不需要那么大的功率,低音10W即足以,中高音>3W就能够满足使用。在音箱设计方面,如体积足够,也可以采用后背开口式,这样放音更自然。


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