15W純甲類功放電路圖及原理

1、15w純甲類功放電路圖及原理縱觀目前市場上的hi fi 功放，輸出功率在100w 以上的以甲乙類放大產(chǎn)品居多，50100w 的功放中甲類放大產(chǎn)品占有相當(dāng)?shù)谋壤?。從高保真的角度來看，功率儲備大些?dāng)然是好，但若從節(jié)省能源的角度來看，就值得考慮了。由于純甲類功放的效率很低，所以在您欣賞美妙音樂的同時(shí)，約有百分之七八十以上的電能變成熱量散發(fā)掉了。一臺每聲道輸出功率為50w 的純甲類功放，若以30計(jì)其效率，則靜態(tài)功耗就有330w 之大，說句玩笑話，簡直是“ 守著火爐吃西瓜” 。筆者在幫人選購功放時(shí)就經(jīng)常遇到這樣的情況：很多人雖然為純甲類功放的音色所傾倒，但也往往因其“ 發(fā)高燒 ” 的工作狀態(tài)而忍痛割愛。

2、功耗大也是電子管功放的致命弱點(diǎn)。市場經(jīng)濟(jì)是無情的。國內(nèi)幾家有名的生產(chǎn)膽機(jī)的廠家，如斯巴克、歐博、大極典也先后推出了自己的晶體管功放，就證明了這一點(diǎn)。根據(jù)我國國情，一般工薪階層的居室面積多在二十平方米以下，并且通常以客廳或臥室兼作聽音室。若音箱的靈敏度在89db 以上，則 1020w 的純甲類功放就可滿足一般欣賞要求。如果在歌舞廳里那樣的環(huán)境中讓我們的耳朵長期承受大音量，聽力就會逐漸減退。再說，吵得左鄰右舍不得安寧,也不合適。所以說，如果生產(chǎn)一些功率在15w 左右的音質(zhì)音色較好的功放，靜態(tài)功耗在100w 以下，肯定會有市場?？上н@類功放是個(gè)空白。日本金嗓子有一款a20，每聲道純甲類功放20w，音

3、質(zhì)有口皆碑，但價(jià)錢卻令人望而卻步。現(xiàn)在，國內(nèi)生產(chǎn)功放的廠家似乎在攀比，功率越做越大，重量越做越重，但銷路卻不見得很好。何不制作一些“ 好吃不貴 ” 的功放來投放市場呢？本著這個(gè)思想，我們設(shè)計(jì)了這臺15w 純甲類功放，試圖在這方面做一些嘗試。一 電路原理1、功放電路由 vt1、 vt2 組成差動放大電路，每管靜態(tài)電流約為0.5ma。r3 為 vt1 的集電極負(fù)載電阻，vt1 與推動級 vt4 之間為直接耦合。輸出級由兩只型號相同的npn 型大功率晶體管vt5、vt6 組成，而沒有采用互補(bǔ)對稱推挽電路。輸出管vt6 對于負(fù)載（揚(yáng)聲器）來說是共發(fā)射極電路，而vt5 則是射極輸出電路，因此是不對稱放大

4、。但實(shí)驗(yàn)測試表明，整個(gè)放大電路在取消大環(huán)負(fù)反饋（將r5 短路）時(shí)的開環(huán)失真卻很小，而且主要是偶次諧波失真。這個(gè)功勞應(yīng)該歸功于推動級電路。推動電路是本機(jī)最具特色的電路，它的作用和效果與傳統(tǒng)的rc 自舉電路相比，有過之而無不及。vt4 為集射分割式倒相電路，分別由其集電極和發(fā)射極輸出一對大小相等、方向相反的信號。vt4 對于輸出管vt6 來說為射極輸出電路，電壓放大倍數(shù)小于 1。從 vt4 集電極輸出的信號通過交流電阻很小的發(fā)光二極管vd1 ，加到輸出推動管vt3 的基極。vd1 的正向?qū)▔航导s為1.9v 左右，可看作一個(gè)噪聲很小的穩(wěn)壓二極管，它使得vt3 的發(fā)射極電阻r7兩端的直流電壓uec

5、基本不變，約比vd1 的穩(wěn)壓值小0.7v。對交流信號而言，r7 是與 vt3 的發(fā)射結(jié)電阻相并聯(lián)的。 vt3 和 vt5 組成同極性達(dá)林頓式復(fù)合管。因此推挽放大的上臂是由一級共射放大電路（vt4 ）和二級射極輸出電路（vt3 、vt5 ）構(gòu)成的，而推挽電路的下臂是則由一級射極輸出電路（vt4 ）和一級共射放大電路（ vt6 ）構(gòu)成，可見是不對稱的推挽放大電路。故在選擇放大管時(shí)，這幾只管子的電流放大系數(shù)也不必配對。這一點(diǎn)在工廠大批量生產(chǎn)時(shí)尤為重要，可以大大降低成本。該樣機(jī)各管值如下： 1=2=110， 3=50 ，4=90 ，5=70 ，6=90 。也就是說，要把 值較大的管子優(yōu)先安排為vt4

6、和 vt6 。該功放電路的開環(huán)電壓放大倍數(shù)約為504，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)由r4 和 r5 決定，約為15.7。甲類推挽功率放大電路的理論最高效率為50，該樣機(jī)實(shí)測最大不失真輸出電壓的有效值為11v， 折合成輸出功率約為15w （8），靜態(tài)功耗約為40w，因此最高效率為37.5。當(dāng)無信號輸入時(shí)，效率為零，40w 功率幾乎全部消耗于兩只輸出管上，因此要加上足夠面積的散熱器，并且保證通風(fēng)情況良好?？傊摴Ψ庞幸韵绿攸c(diǎn)：1.功率輸出管的電流放大系數(shù)不需配對；2.用筆者設(shè)計(jì)的推動電路取代了傳統(tǒng)的自舉電路，頻率響應(yīng)好；3.輸出電壓幅度大；4.電路簡單、調(diào)整容易、便于制作。2、穩(wěn)壓電源由于功放為ocl 電路

7、，輸出端與揚(yáng)聲器直接耦合，故一般應(yīng)加裝延時(shí)保護(hù)電路，但由于該機(jī)采用了具有短路保護(hù)及軟啟動功能的 17v 雙路穩(wěn)壓電源， 故省略了這部分電路。正負(fù)穩(wěn)壓電路均采用集電極輸出式調(diào)整電路，效率高且具有短路保護(hù)功能，但不能夠自啟動。vt7、vt9 組成復(fù)合電源調(diào)整管。vt11 為取樣放大管。由于vt11 的基極接地，故發(fā)射極電位必須為0.7v 才能使它工作于放大狀態(tài)。所以r19 的下端不能接地，而是接至17v。所以，如果萬一負(fù)輸出電源對地短路，將會使vt11 的發(fā)射極與基極間的電壓為零，從而使vt11 截止，這樣調(diào)整管vt9 、vt7 因得不到基極電流也截止，結(jié)果使得正輸出電源電壓為零。由于正、負(fù)穩(wěn)壓電

8、路是對稱的，故當(dāng)正電源對地短路時(shí)，也會使負(fù)電源電壓為零。功放電路的輸出端省卻了揚(yáng)聲器保護(hù)電路的原因也在于此，萬一有一只輸出管發(fā)生擊穿短路，另一只輸出管也會由于上述保護(hù)功能而得不到電源電壓，這樣揚(yáng)聲器中就不會有大的直流電流通過，從而有效地保護(hù)了揚(yáng)聲器。該電源的輸出電壓基本上由vd4 、vd5 兩只穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定，約比它們的穩(wěn)壓值低0.7v 左右（即減去 vt11 、vt12 的發(fā)射結(jié)直流壓降），故對兩只穩(wěn)壓管要仔細(xì)挑選配對。輸入端濾波電容器每邊采用兩只4700f 的電解電容器并聯(lián)使用， 而輸出端的濾波電容器每邊僅采用一只 10f的無極性電容器。通過樣機(jī)實(shí)測，當(dāng)輸出電流為2.4a（滿載）時(shí)的紋

9、波電壓很?。赫娫磦?cè)為0.8mv，負(fù)電源側(cè)為1.25mv。此外，波形并非100hz 的鋸齒狀，而是頻譜較寬的噪聲狀。該電源的穩(wěn)壓性能之所以較好，一是由于集電極輸出式穩(wěn)壓電路的調(diào)整管具有一定的電壓放大倍數(shù)，二是由于取樣電路的取樣比等于1，輸出端的電壓變化直接通過vd4 、vd5 耦合到了取樣放大管vt11、vt12 的發(fā)射極。為了消除一般ocl 電路開機(jī)時(shí)通過揚(yáng)聲器的沖擊電流造成的“ 噗” 聲，該電源還設(shè)計(jì)了軟啟動電路。其工作原理如下：開機(jī)后，濾波電容器c3 上的正電壓通過r10 向 c5 充電， c5 上的電壓按指數(shù)規(guī)律上升。該電壓通過r12 及 vd2 加到正電源輸出端， 同時(shí)通過 r16

10、為 vt12 的發(fā)射極提供電流， 使負(fù)電源也同時(shí)啟動。電源電壓達(dá)到正常值后，正輸出電壓通過r14 給單向可控硅vd3 提供觸發(fā)電壓而使它導(dǎo)通。vd3 導(dǎo)通后，其陽極電壓降低到0.7v 以下，故二極管vd2 截止。 c5 上的電壓通過r12 和 vd3 放電。延遲時(shí)間由 r10、c5 時(shí)間 常數(shù)決定，本例中此常數(shù)為0.33 秒，開機(jī)時(shí)音箱中一點(diǎn)兒聲響都沒有。該電源的效率很高，調(diào)整管集電極和發(fā)射極之間電壓降至1v 時(shí)，輸出電壓仍可保持穩(wěn)定。若市電交流電壓為 220v 時(shí)，穩(wěn)壓電路的輸入電壓設(shè)定為 22v （帶額定負(fù)載） ， 則可以使穩(wěn)壓電源在市電變化 10時(shí)，仍工作在最佳狀態(tài)。若以調(diào)整管壓降為7v

11、 計(jì)算，在滿負(fù)荷2.4a 時(shí)的管耗約17w，因此只需較小的散熱器，此時(shí)效率在70以上。當(dāng)調(diào)整管壓降為3v 時(shí)，效率為85?？傊撾娫措娐诽攸c(diǎn)是：具有軟啟動功能；具有正負(fù)電源分別短路或同時(shí)短路的保護(hù)功能，可省去揚(yáng)聲器保護(hù)電路；高效率，約7085以上；低紋波系數(shù)。二、制作與調(diào)整要點(diǎn)1.元器件的選擇功率輸出管vt5、vt6 選用東芝的2sc3281，在 70110 之間。實(shí)驗(yàn)時(shí)也曾選用過三肯的2sc 2922，但發(fā)現(xiàn)容易產(chǎn)生高頻自激。推動管 vt4 選用 nec 的 2sd401，值為 7090，vt3 也用 2sd401， 在 5070 之間。當(dāng)輸出管的值在 100 以上時(shí)， vt3、vt4 也

12、可選用國產(chǎn)管3dg130 （3dg12 ）。輸入級vt1、vt2 可選用 9012 或 9015 等， 值在 100 左右，不宜太高，但要求配對；也可選用p 溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管，但耐壓應(yīng)不低于40v(因手頭無此類管子，故未曾實(shí)驗(yàn))。電阻的功率r6、r10 應(yīng)選 1w 以上，r7、r16、r19 應(yīng)選 12w 以上，其余不作要求。電阻r9 采用兩只1w、0.51 電阻并聯(lián)，作為測量時(shí)取樣使用。穩(wěn)壓管 vd4 、vd5 應(yīng)選 1w 以上功率的。單向可控硅可選1a 電流的任何型號。電源部分的vt7、vt8 選用 mj2955 和 2n3055 或其它互補(bǔ)配對管，要求大些，最好大于80。推動管 vt

13、9、vt10 選用中功率管3ck9、3dk9 等， 值在 5080 之間。取樣放大管vt11 、vt12 選用 9014和 9015，值大于 100。還要注意正負(fù)電源各對應(yīng)管的值應(yīng)該相近，即大致配對。電容c1、c6、c7 選用滌綸或聚丙烯電容。穩(wěn)壓電源輸入濾波電容c3、c4 采用四只 4700f35v優(yōu)質(zhì)電解電容兩兩并聯(lián)使用。電源變壓器功率容量應(yīng)不小于100va ，次級交流電壓雙18v，電流 3a 以上。整流管可用1n5401。2.調(diào)整要點(diǎn)電源部分幾乎不需要調(diào)整。如果電源不能自啟動，則應(yīng)適當(dāng)減小r10 的數(shù)值，但應(yīng)在滿載時(shí)能夠自啟動的前提下盡量大一些，以增大延遲時(shí)間。功放部分的調(diào)整可歸結(jié)為兩項(xiàng)；一是調(diào)整r2 使輸出端電位等于零；二是調(diào)整r6 使 r9 上的壓降等于0.3v，此時(shí)末級靜態(tài)電流約為1.18a 。注意一開始可將電流調(diào)得稍小些，如 0.9a，等預(yù)熱一段時(shí)間以后再調(diào)到上述規(guī)定的數(shù)值。3.電路的變通該功放電路稍加改動即可變?yōu)閛tl 電路，此時(shí)穩(wěn)壓電路可以省去負(fù)電源部分。otl 電路雖然技術(shù)指標(biāo)的測試結(jié)果不及ocl 電路，但音色卻別有風(fēng)味。otl 電路由于使用了輸出電容器，雖然會影響頻率特性，但卻使揚(yáng)聲器的安全得到了保障。限于篇幅，此處不再贅述。三、主要技術(shù)指標(biāo)該功放的主要技術(shù)指標(biāo)如下：最大輸出功率為15w（8）；頻率響應(yīng)為5hz 44khz (1d