常见的电子管功放是由功率放大、电压放大和电源供给三部分组成。电压放大和功率 放大组成了放大通道 电源供给部分为放大通道工作提供多种量值的电能。 一般而言 电子管功放的工作器件由 有源器件 电子管、晶体管 、电阻、电容、电
感、变压器等主要器件组成 其中电阻、电容、电感、变压器统称无源器件。以各有源器件
为核心并结合无源器件组成了各单元级 各单元级为基础组成了整个放大器。功放的设计主
要就是根据整机要求 围绕各单元级的设计和结合。
这里的初学者指有一定的电路理论基础 最好有一定的实做基础 且对电子管工作 原理有一定了解
一、整机及各单元级估算
1、由于功放常根据其输出功率来分类。因此 先根据实际需求确定自己所需要设计功放的
输出功率。
对于95db的音箱 一般需要8W输出功率 90db的音箱需要20W左右输出功率
84db音箱需要60W左右输出功率 80db音箱需要120W左右输出功率。当然 实际可
以根据个人需求调整。
2、根据功率确定功放输出级电路程式。
对于10W以下功率的功放 通常可以选择单管单端输出级 10~20W可以选择单管
单端功放运维安全审计 也可以选择推挽形式 而通常20W以上的功放多使用推挽 甚至并联推挽 如
果选择单管单端或者并联单端 通常代价过高 也没有必要。
3、根据音源和输出功率确定整机电压增益。
一般 枳橙现代音源最大输出电压为2Vrms 而平均电压却只有0.5Vrms左右。由输出
功率确定输出电压有效值 Uout √ˉ(P?R) P为输出功率 R为额定负载阻抗 。例如
某8W输出功率的功放 额定负载8欧姆 则其Uout 8V 输入电压Uin记0.5V 则整
机所需增益A Uout/Uin 16倍。
4、根据功率和输出级电路程式 确定电压放大级所需增益及程式。 OTL功放不在讨论之
列 www.docinP(?目前 常用功率三极管有2A3、300B、811、211、845、805 常用功率束射四极
管与五极管有6P1、6P14、6P6P、6P3P 807 、EL34、FU50、KT88、EL156、813。
束射四极管和五极管为了取得较小的失真和较低的内阻 往往也接成三极管接法或者
超线性接法应用。下面提到的“三极管“也包括这些多极管的三极管接法。
通常 工作于左
特性曲线区域的三极管做单管单端甲类功放时 屏极效率在 20%~25%。这里的屏极效率是指输出音频电功率与供给屏极直流电功率的比值。
工作于右特性曲线区域的三极管 多极管超线性接法做单管单端甲类功放时 屏极效
率在25%~30%。而标准接法的多极管做单管单端甲类功放时 屏极效率可以达到35%
左右。
5、关于电子管特性曲线的知识可以参看 《电子管特性曲线》
三极管及多极管的推挽功放 由于牵涉到工作点、电路程式、负载阻抗、推动情况等
多种因素左右 所以 一般由手册给出 供选择。链接如下 《常用的的胆管应用数据资料》
在决定了输出级用管和电路程式之后 根据输出级功率管满功率输出时 所需推动电
压Up 峰峰值 和输入音源信号电压U'in 这里的U'in需要折算成峰峰值 确定电压放
大级增益。Au Up/U'in。例如 2A3单管
单端所需推动电压峰峰值为90V 输入信号峰
峰值为1.4V 则所需增益Au
90/1.4=64倍。若为开环放大 则取1.1倍余量 实际所
需开环放大量Au' 70倍。
对于多极管或者推挽功放常施加整机环路负反馈这时取2倍余量Au'=128倍
整机反馈量也可以控制在6db以内。如所需增益小于50倍可以采用三极管或者五极管
做单级电压放大。如所需增益大于50倍可以采用三极管的多级电压放大或者五极管做单
级电压放大这些将在下面的电压放大级设计里提到。
二、电压放大级设计概要
电子管电压放大级通常由单管共阴放大器组成其基本电路如下图所示 www.docin?缊_
放大电路分为无信号输入时的静态工作情况和有信号输入后的动态工作情况。对放大
电路工作情况分析有两种方法图解分析法和等效电路分析法。
作为简易设计这里主要介绍图解分析法。
1、静态工作情况分析
分析静态工作情况主要分析其屏极电压Ua屏极电流Ia和栅极偏压Ug。
2、动态工作情况分析
静态工作情况选择是为了动态工作具备良好的条件。电压放大级工作于小信号只要
电路设计得当非线性失真度较小基本可以忽略不计。所以对电压放大级动态情况分析
主要有电压放大倍数频率失真程度及输入、输出阻抗等。
①电压放大倍数简易分析
根据图一所示其交流等效负载R'L=Ra·RL/Ra+RL。
u
其放大倍数中频段A=────────
1ra/RL+ra/Ra u为电子管放大系数ra为电子
管内阻
对于五极管由于其内阻远大于R'L所以其放大倍数可由下式计算Agm·R'Lgm
为五极管跨导
②幅频响应简易定性分析 www.docin在其它参数一定的情况下低频响应主要受到输出耦合电容C和阴极旁路电容Ck的
影响。输出耦合电容越大阴极旁路电容越大低频截至频率越低。
高频响应主要受到信号源内阻电子管极间电容主要是Cga、屏栅间电容由它产
生密勒电容效应粗略估算为u倍的Cga本级输出阻抗和下一级输入对地电容的影响。
信号源内阻减小电子管极间电容减小本级输出阻抗减小以及下一级输入对地电容
的减小都可以有效的提高高频上限截至频率。
③输入、输出阻抗简易分析
在一般情况下输入阻抗主要由输入栅漏电阻Rg决定。高频段由于输入电容开始显
现作用逐渐成容性。
输出阻抗在忽略分布电容的影响下输出阻抗为电子管工作实际内阻和R'L的并联
值。因此尽量选择较小内阻的电子管以降低输出阻抗避免分布电容对高频段的影响。
做放大倍数简易分析设6N1 u35ra10kRL150KRa75K。则放大
倍数A35/1+10/150+10/75=29倍。
另外需要注意的
云母带
1、电压放大级的最大输出电压能力要大于下一级需要的最大输入电压
2、实际电子管手册往往给出电压放大管做共阴放大的各种工作条件和特性。给出的参数
主要有电压放大倍数A、最大输出电压Eo。例如6SN7电子管手册中所给出的条件如图
所示方便查阅以供设计便利
三、功率放大级设计概要 www.docin需开环放大量Au'70倍。 <__蟓?功率放大级设置在放大通道的末级工作于大信号状态屏极接的是输出变压器、负
载是具有电抗性质的扬声器。所以是非线性失真、频率失真的主要产生级。
功率放大级着重考虑的问题是失真尽可能的小在满足这点的情况下输出信号功率
尽可能的大转换效率尽可能的高。
功率放大管主要有如下的重要定额和特性
1、最大屏极耗散功率、最大屏极电流、最大屏极脉冲电流。多极管和工作于有栅流电
路的功率管还有这些特性最大帘栅极耗散功率最大栅极耗散功率最大栅极电流。
2、输出功率。所谓输出功率的大小主要决定于功率管的型号和功放级采用的电路程
式。
棒材矫直机不同型号的功率管采用不同的电路程式。功率管栅极的推动信号电压或功率强度也有
不同的要求当推动信号强度达到要求后功放级最大可能输出功率则与推动信号强度无关。
3、非线性失真。功放级工作于大信号状态所以正常情况下整机的非线性失真主要
主要产生于功率放大级。
功放级的非线性失真程度除了与电路设计有关外功放管本身产生的非线性失真常达
5%左右有的甚至达到10%左右。
gcr15热处理工艺
静态情况分析功率放大级基本工作电路结构如图所示
图中所示的是束射四极管屏极直流回路是变压器初级绕组绕组的直流电阻很小
所以屏极电压Ua近似等于供电电压Ea 。分析功率放大级的静态工作情况主要分析它的
屏极功耗Pa、屏流Ia、静态屏压Ua、静态栅偏压Ug。其分析方法和电压放大级类似
但是直流负载线是过Ua的一条垂直于横坐标的直线。 www.docin功率放大级的放大类型与工作状态分析电压放大级和单管单端放大级为了减小非线
性失真静态工作点Q应该选择在负载直线的中央部分。如图所示
上图也表明了不同的负载线造成的不同工作情况带来的失真。然而为了提高效率
只要配合一定的电路程式静态工作点也可以工作于更低的偏置为此功率放大级分为A
类甲类、B类乙类、AB类甲乙类。仔细分还可以分为A1类、A2类、B1
类、B2类、AB1类、AB2类这里的1类表示始终功率管工作于没有栅流的驱动状态
2类表示允许出现栅流。
常见A类、AB1类的简易定性分析 A类放大在信号整个周期内屏极回路均有屏
流它屏流变化非常小非线性失真小屏极效率低屏极回路直流分量大。 AB1类放大
户外路径静态工作点稍靠近屏流的截至点整个信号周期内会有屏流截至状态出现造成较大的非线
性失真但是屏极效率较高。
为了解决非线性失真的问题在电路程式上采用推挽放大由两管轮流工作弥补了
屏流截至部分造成的失真但是需要一对幅值相等相位相反的推动信号来驱动。 AB1类
推挽放大的设计通常可以查询所用功率电子管手册来完成或者掌握原理利用特性曲线求
解。 例如EL34电子管手册上给出了多组AB1类推挽工作状态如下图所示的是其中一组 www.docin
四、电源供给部分概要
从负载特性可以看出在大电流变化场合电感输入式Γ型滤波滤波是最佳选择。
但是对于电感参数选择有具体要求主要目的是保证电感的续流故负载电流过小不适宜应
用。
对于半波整流电路、电容输入式滤波在接近空载的轻负载、小电流特性下输出电
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