用EL34制作的合并式电子管功放（上）
作者：徐松森 文章来源：《无线电与电视》 点击数： 18122 更新时间：2005-5-16 15:10:53
电子管功放音纯真而柔美，谐韵丰富，胆味浓郁，深受广大发烧友青睐。今特推荐一款适合普通家庭使用和欣赏音乐的电子管合并式功放。本机通用性强，制作简便，成功率高，升级换代方便。 电子管功放的负载能力很强，当额定输出功率能达到30W+30W时，其音乐功率可达120W+120W，可带动一对中型音箱，完全能满足家庭影院和欣赏各种室内乐的要求。 本功放电路采用通用型设计方案，功率放大管可采用6L6、6P3P、EL34、6CA7、KT88、6550等，工作状态根据制作者的偏爱，可分别制成A类或AB类放大形式，电路基本不变，只要调整功放栅极负压与部分元件参数即可。 常用功率管作A类与AB类推挽功放应用参考数据表:
t型密封圈
一、合并式功放电路简析
图1 电子管合并式功放电原理图 图l为电子管合并式功放电原理图。输入电压放大级采用目前最流行的SBPP电路，由双三极电子管6N11担任，该管屏流与跨导值大，屏极线性范围宽，输入动态范围大。输入的音频信号由下管栅极输入，工作于共阴极方式；上管工作于共栅极方式，经放大后的音频信号由上管阴极输出。本输入级的特点是：输入阻抗高，输出阻抗低，因此，本前级放大具有传输损耗小，抗干扰性能好，频率响应特性好，特别是高频特性极佳，高频瞬态响应特性好的优点。 倒相放大级采用长尾式倒相电路，将输入级的音频信号直接耦合至倒相级。这样不但拓宽了频响；同时又减少了因极间耦合电容带来的相位失真。本电路由双三极电子管6N1l或6N6来担任。上管为激励管；下管为倒相管。两管共用阴极电阻，并具有深度电流负反馈的作用，故稳定性能好，相移失真小，共模抑制能力强。对上管来说是串联输入；对下管来说是并联输入。当有音频信号输入时，利用两管阴极的互耦作用，使屏极与阴极电流均随之变化，由于两管屏极负载电阻的阻值相同，两管输出电压的幅值相等，而两管屏极的 输出电压方向相反，从而完成了倒相放大工作。 值得注意的是：前级输入放大管与倒相级放大管的阴极电位均接近100V，所以在选用双三极电子管代用时不能忽视，因为一般的双三极电子管，其阴极与灯丝之间的耐压均不超过100V，超过此极限电压时，将会导致灯丝与阴极间的击穿。故比较适合使用的双三极管有：6Nll、6N6、12AX7、12AU7等。 此外，还必须注意的是倒相管栅极对地电容的容量可从0．1—0．22μF，耐压400V以上，不允许有丝毫的漏电，否则将会影。向倒相级的工作状态，因此必须选用高质量的CBB电容为最佳。 推动放大级采用阴极输出电路，并将音频推动信号直接耦合至功放管的栅极，由双三极电子管6N6担任。本电路具有输入阻抗高，输出阻抗低，频率响应宽，失真系数小的优点。因为阴极输出器实际上是串联输入式电压反馈电路的特例。对于音频信号来说，屏极是接地点，而由阴极输出，此种电路其电压无增益，电流有增益。 为了使阴极输出器能获得较高的输出，就必须要求前级有较大的输入信号电压，而且要有效地利用阴极器非常优越的特性，其前级也必须输出几乎没有失真的信号电压。本电路的输入放大级与倒相放大级在设计上均保持了足够的增益，而且为确保放大信号的高质量， 两级放大器中均有适当的负反馈。
阴极输出器带负载能力极强，它能给出强劲的无削波的推动功率。同时，由于阴极输出电压全部反馈，因而利用负反馈能大为改善功率放大器的各项性能，如非线性失真、频率响应、信号噪声比等均能得到近乎完美的改善。
功率放大器采用高保真超线性电路，超线性功放的显著特点是输出级加有帘栅极的负反馈。在功放级输出变压器一次侧中增加一抽头接到帘栅极，因此，帘栅极上就从屏极输出电压中得到一部分反馈电压。如果功放管栅极上加上正向信号时，此时电子管的屏流增加，于是负载电阻两端的信号电压也增加，也就是说，功放管栅极输入信号和屏极输出信号电压两者相位相反，而增加了帘栅极反馈后，使功放级输出电压有所降低，这表明，应用帘栅反馈时功放级的非线性失真可显著减小，噪声输出降低，频率特性得到改善，功放管等效内阻降低。
在超线性功放电路中，帘栅极反馈电压的深度与抽头位置有关，当抽头位置越接近屏极时，则反馈越深，最终如全部反馈时即成了三极管接法，此时放大器的增益将大幅度减小。为了确保放大器的增益与性能两者兼顾，输出变压器上帘栅极抽头位置按阻抗比0．18计算为最佳，则线圈的匝数比为其平方根，即应设置在maxstep0．43处。如功放管采用6L6、E
L34时，该管栅极与帘栅极之间放大系数μ约等于8—9，则可求得反馈系数β＝0．43／(8—9)≈1／20。
二、合并式功放底板布局
图2 电子管合并式功放底板图
图2为电子管合并式功放底板图。电子管合并式功放的底板布局经多次实践后确定，本底板采用通用型设计方案，有利于改装与今后的升级换代。
底板尺寸为400mmX360mm，方便于放置在标准型机架之上。底座后排中央安装电源变压器，两侧分别安装左、右声道输出变压器，垂直方向放置，电磁场感应最小。
电子管的布局分成三排，最后一排安装左、右声道两对功率电子管，采用标准型瓷八脚灯座，可适用于6L6、EL34、6P3P、6CA7、KT88、6550等各种功率电子管，这样与左、右声道输出变压器距离最近，接线最短，相互感应也最小；中间一排为左、右声道推动电子管，采用瓷九脚灯座，这样与功放级及前级距离最近；前面一排安装左、右声道输入放大管与倒相管，采用瓷九脚灯座，适合于6N1、6N2、6N11、6DJ8、12AX7、12AU7等双三极电子管。
底座前下方为电源开关与左、右声道音量控制电位器；底座后下方为左、右声道输入端子与输出端子，电源进线与保险丝盒。
三、A铝铁合金类与AB类功放型式的选择
根据制作者的偏爱，本机可制作成A类或AB类功放型式，功放电路基本相同，只要适当改变推动信号强度与功放管栅极负偏压，即可制作成不同类型的功率放大器。
为了使制作者能了解A类功放与AB类功放的特点，故特作如下简要的分析，使制作者可根据不同功放类型的：特点加以选择后确定。
图3为A类与AB类推挽功放特性曲线图。
A类功放的特点是：保真度高，音纯真而柔和，但功放级的输出效率较低，一般只能达到25％—30％。
A类功放输出音频信号电压的波形，与栅极输入的波形完全相似，要达到此目的，功放管必须工作于栅压与屏流特性曲线中点Q胶囊模具的直线部分，功放管的栅极负压必须配置适当，使栅极上的输人推动电压在正半周最大值时，不超过所规定的栅极负压值；同时在负半周时，也不能使栅负压太低，致使达到屏流截
止点或屏流曲线的弯曲部分，而引起失真。
图3 A类与AB类推挽功放特性曲线图
所以说，A类功放栅负压必须配置在特性曲线中心段的直线部分，并在屏流截止值一半的位置上。例如EL34功放管的栅负压作A类放大时，其屏流截止规定值为—18V，因此该管的栅极负压值应配置在—9V左右，而前级输入的推动电压变化亦要限制在最高不超过±9V范围之内，这样性能最好、保真度最高。
A类推挽功放中功放管的栅极负压，通常采用自给栅负压方式，使输入电压低于栅负压，功放级始终工作于线性放大的区域内，故栅极始终处于负电位，不会产生栅流，失真也最小。只要按照已经设计好电路中所规定的数值，一般无需进行调试，功放均能正常地工作。
A类推挽功放级的屏极电流在零信号与满信号时起伏变化很小，如采用EL34作功放级推挽放大时，其功放管的屏极电流在零信号与满信号时，均保持在100—120mA之间，这样即保证了A类功放性能的稳定，因此，A类功放重放音的音质细腻而圆润，温顺而柔美，不像AB类功放的大起大落，重放音质粗犷而豪放，强劲而雄壮。
功率放大器的输出功率最终应是扬声器负载上所得的有效功率，因为输出变压器在传输过程中还存在一定的损耗，除去传输损耗后才是实际输出功率。
本机作A类推挽放大时，在8Ω负载下，每个声道的输出有效电压值为14V，则额定输出功率P=142／8≈25W。
AB类功放的特点是：功率强劲，动态范围大。功放级的屏极效率比A类功放高，可达到50％左右，输出功率比A类增加一倍，功放电路与A类基本相同。推动信号比A类强，因此功放管的栅极负压必须用得高一些，使功放管在不工作时，屏极电流比A类放大略小，但
当前级有推动信号时，屏流即随之增高，推动电压越大，屏流也越大。
AB类功率放大器如果遇到输入的推动信号过强时，栅极亦会产生栅流，故AB类功率放大器又可分为ABl类与AB2类放大，ABl类放大时不产生栅流，因输入推动电压低于固定栅负压，故栅极始终处于负电位，不会产生栅流。而AB2类放大器的特性已接近于B类功率放大器，其工作点已接近特性曲线的弯曲区域，故在强推动信号输入的瞬间，亦会产生栅流，但输出功率显著增大。
本合并式功放如功放管采用EL34作A类推挽放大时，栅极负压用—18V，而作ABl类放大时，则栅负压取—26V：为了提高推动级的输出电压，可将推动管6N6阴极电阻的阻值适当加大，这样输出电压即会提高。ABl类放大器的工作点并不在特性曲线的直线部分，但由于推挽输出变压的作用，其失真系数亦可大大地减小。
ABl类功率放大器的栅极负压，同样可以取自于功放管的阴极电阻，阴极的自给栅负压电阻Rk是利用功放管阴极电流产生的压降作栅负压之用，其阴极电阻Rk的阻值是依据功放管屏流大小而变化的。如功放管EL34作A类或ABl类推挽放大时，如推挽两管的总电流按照0．1A计算。当功放管栅负压取—18V时，则阴极电阻的阻值Rk：18／0．1＝180Ω；如栅负压需加深一些取—26V时，则阴极电阻的阻值Rk：26／0．1＝260Ω。
功放级一次侧的负载阻抗取决于功放管屏极电压与电流，同时与功放输出功率的大小均有关系。如功放管采用EL34，屏极电压取400V，屏极电流为0．1A时，则负载阻抗Rz＝Va／蚊帐 圆顶Ia＝400／0．1＝4000Ω。但在实际中还必须考虑到功放级的工作状态，如屏极负载阻抗过小时，功放管的工作可能进入特性曲线的弯曲区域内，从而引起失真，此时应适当增加其屏极的负载阻抗，当输出功率为25—30W时，其负载阻抗应为5000Ω左右；而当输出功率增大到50—60W时，则负载阻抗应取6000Ω左右为宜。
本合并式功放如采用EL34功放管作ABl类推挽放大时，其功放级栅至栅极的推动信号电压，由A类功放的38V增加到58V，功放管栅极的负电压亦由A类功放的—18V加深至—26V，因此输出功率亦随着栅极负压的加深而大幅度地增加。功放管屏极电流的变化，亦由A类功放的100～120mA， 变为ABl类90～180mA大幅度地起伏。本机实测功放级的输出电压可达到20V，所以每声道输出功率P＝202／8＝50W。
ABl功放在使用时，音量控制电位器起初越开越响，继续增大时，当响到一定程度声音即会发毛，扬声器中有时还会出现扑扑声，这表明功放级输入的推动电压过强所致。因为ABl类功放管栅极回路内不容许有栅流产生，当推动信号电压过强时，超过了功放管栅负压的规定值，此时功放级的工作状态已进入特性曲线的弯曲区域内，故导致产生失真。
四、超线性输出变压器的试制
如市售品中难于购得合适的超线性输出变压器时，亦可自己动手进行试制。
先选定推挽型超线性输出变压器的输出功率为50W，一次侧屏至屏的负载阻抗取5000Ω，直流工作总电流取240mA，二次侧的负载阻抗为4Ω与8Ω，要求变压器的频率范围为60Hz～渗透印章16kHz，变压器的效率取0．8，先进行简化计算：
为了确保变压器通频带范围内的频率特性，一次侧的电感量必须满足下限频率的要求，则变压器一次侧的电感量 Lp=Rp／(4．8×f0)＝5000／(4．8×60)≈17H。
变压器铁芯的选择：音频输出变压的铁芯体积Vc＝Sc×Lc，式中Sc为铁芯的截面积，即等于铁芯中心舌宽A与铁芯叠厚高度H的乘积。Lc为铁芯的磁路长度，一般为中心舌宽A的5倍左右。Bm为磁通密度，—般热轧片为5000—7000高斯；冷轧片为8000-10000高斯。则
Vc＝Sc×Lc
＝51×Um2／fD2×Lp
＝51×2×50×5000／602×17
≈360cm3。
铁芯中心宽度A＝（Vc／8)1/3 ≈3．5cm。则
根据标准规格应选用GEIB35型硅钢片铁芯，该铁芯的磁路长度Lc＝19cm。
铁芯的叠厚应为H＝Vc／A×Lc＝360／3．5×19≈5，4cm。则
Sc＝A×H＝3．5 ×5．4＝18.9cm。
一次侧总匝数
Np=450(Lc×Lp／Sc)1/2
＝1900匝
二次侧匝数
N1＝Np／(Rp／Rz)1/2η
＝1900／(5000×0．8／4)1/2
＝60匝
N2＝1900／(5000×0．8／8)1/2
＝86匝
导线直径根据推挽输出中总电流为0．24A推出，为提高传输效率，现电流密度取2A／mm2。则
Ip＝(I2+I0)1/2
＝[P／R+(Ip／2)2]1/2
＝[(50／5000)+(0．24／2)2]1/2
≈0．15A
一次侧的导线直径
dp＝0．8(Ip)1/2＝0．8(0．15)1/2
≈0．3mm
二次侧导线直径
d2＝dp／(1／n2)1/2
＝0．3／(86／1900)1/2
≈1．40mm
图4 超线性输出变压器数据图
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