常見(jiàn)的電子管功放設(shè)計(jì)

1、常見(jiàn)的電子管功放是由功率放大、電壓放大和電源供給三部分組成。電壓放大和功率放大組成了放大通道電源供給部分為放大通道工作提供多種量值的電能。 一般而言電子管功放的工作器件由 有源器件電子管、晶體管、電阻、電容、電感、變壓器等主要器件組成其中電阻、電容、電感、變壓器統(tǒng)稱無(wú)源器件。以各有源器件為核心并結(jié)合無(wú)源器件組成了各單元級(jí)各單元級(jí)為基礎(chǔ)組成了整個(gè)放大器。功放的設(shè)計(jì)主要就是根據(jù)整機(jī)要求圍繞各單元級(jí)的設(shè)計(jì)和結(jié)合。 這里的初學(xué)者指有一定的電路理論基礎(chǔ)最好有一定的實(shí)做基礎(chǔ)且對(duì)電子管工作原理有一定了解 一、整機(jī)及各單元級(jí)估算 1、由于功放常根據(jù)其輸出功率來(lái)分類。因此先根據(jù)實(shí)際需求確定自己所需要設(shè)計(jì)功放的輸

2、出功率。 對(duì)于95db的音箱一般需要8W輸出功率90db的音箱需要20W左右輸出功率84db音箱需要60W左右輸出功率80db音箱需要120W左右輸出功率。當(dāng)然實(shí)際可以根據(jù)個(gè)人需求調(diào)整。 2、根據(jù)功率確定功放輸出級(jí)電路程式。 對(duì)于10W以下功率的功放通常可以選擇單管單端輸出級(jí)1020W可以選擇單管單端功放也可以選擇推挽形式而通常20W以上的功放多使用推挽甚至并聯(lián)推挽如果選擇單管單端或者并聯(lián)單端通常代價(jià)過(guò)高也沒(méi)有必要。 3、根據(jù)音源和輸出功率確定整機(jī)電壓增益。 一般現(xiàn)代音源最大輸出電壓為2Vrms而平均電壓卻只有0.5Vrms左右。由輸出功率確定輸出電壓有效值Uout(P?R)P為輸出功率R為額

3、定負(fù)載阻抗。例如某8W輸出功率的功放額定負(fù)載8歐姆則其Uout8V輸入電壓Uin記0.5V則整機(jī)所需增益AUout/Uin16倍。 4、根據(jù)功率和輸出級(jí)電路程式確定電壓放大級(jí)所需增益及程式。OTL功放不在討論之列 P(?目前常用功率三極管有2A3、300B、811、211、845、805常用功率束射四極管與五極管有6P1、6P14、6P6P、6P3P807、EL34、FU50、KT88、EL156、813。 束射四極管和五極管為了取得較小的失真和較低的內(nèi)阻往往也接成三極管接法或者超線性接法應(yīng)用。下面提到的“三極管“也包括這些多極管的三極管接法。 通常工作于左特性曲線區(qū)

4、域的三極管做單管單端甲類功放時(shí)屏極效率在20%25%。這里的屏極效率是指輸出音頻電功率與供給屏極直流電功率的比值。 工作于右特性曲線區(qū)域的三極管多極管超線性接法做單管單端甲類功放時(shí)屏極效率在25%30%。而標(biāo)準(zhǔn)接法的多極管做單管單端甲類功放時(shí)屏極效率可以達(dá)到35%左右。 5、關(guān)于電子管特性曲線的知識(shí)可以參看電子管特性曲線 三極管及多極管的推挽功放由于牽涉到工作點(diǎn)、電路程式、負(fù)載阻抗、推動(dòng)情況等多種因素左右所以一般由手冊(cè)給出供選擇。鏈接如下常用的的膽管應(yīng)用數(shù)據(jù)資料 在決定了輸出級(jí)用管和電路程式之后根據(jù)輸出級(jí)功率管滿功率輸出時(shí)所需推動(dòng)電壓Up峰峰值和輸入音源信號(hào)電壓Uin這里的Uin需要折算成峰峰

5、值確定電壓放大級(jí)增益。AuUp/Uin。例如2A3單管單端所需推動(dòng)電壓峰峰值為90V輸入信號(hào)峰峰值為1.4V則所需增益Au90/1.4=64倍。若為開(kāi)環(huán)放大則取1.1倍余量實(shí)際所需開(kāi)環(huán)放大量Au70倍。 對(duì)于多極管或者推挽功放常施加整機(jī)環(huán)路負(fù)反饋這時(shí)取2倍余量Au=128倍整機(jī)反饋量也可以控制在6db以內(nèi)。如所需增益小于50倍可以采用三極管或者五極管做單級(jí)電壓放大。如所需增益大于50倍可以采用三極管的多級(jí)電壓放大或者五極管做單級(jí)電壓放大這些將在下面的電壓放大級(jí)設(shè)計(jì)里提到。 二、電壓放大級(jí)設(shè)計(jì)概要 電子管電壓放大級(jí)通常由單管共陰放大器組成其基本電路如下圖所示 ?缊 放大

6、電路分為無(wú)信號(hào)輸入時(shí)的靜態(tài)工作情況和有信號(hào)輸入后的動(dòng)態(tài)工作情況。對(duì)放大電路工作情況分析有兩種方法圖解分析法和等效電路分析法。 作為簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)這里主要介紹圖解分析法。 1、靜態(tài)工作情況分析 分析靜態(tài)工作情況主要分析其屏極電壓Ua屏極電流Ia和柵極偏壓Ug。 2、動(dòng)態(tài)工作情況分析 靜態(tài)工作情況選擇是為了動(dòng)態(tài)工作具備良好的條件。電壓放大級(jí)工作于小信號(hào)只要電路設(shè)計(jì)得當(dāng)非線性失真度較小基本可以忽略不計(jì)。所以對(duì)電壓放大級(jí)動(dòng)態(tài)情況分析主要有電壓放大倍數(shù)頻率失真程度及輸入、輸出阻抗等。 電壓放大倍數(shù)簡(jiǎn)易分析 根據(jù)圖一所示其交流等效負(fù)載RL=RaRL/Ra+RL。 u 其放大倍數(shù)中頻段A= 1ra/RL+ra/R

7、a u為電子管放大系數(shù)ra為電子管內(nèi)阻 對(duì)于五極管由于其內(nèi)阻遠(yuǎn)大于RL所以其放大倍數(shù)可由下式計(jì)算AgmRLgm為五極管跨導(dǎo) 幅頻響應(yīng)簡(jiǎn)易定性分析 在其它參數(shù)一定的情況下低頻響應(yīng)主要受到輸出耦合電容C和陰極旁路電容Ck的影響。輸出耦合電容越大陰極旁路電容越大低頻截至頻率越低。 高頻響應(yīng)主要受到信號(hào)源內(nèi)阻電子管極間電容主要是Cga、屏柵間電容由它產(chǎn)生密勒電容效應(yīng)粗略估算為u倍的Cga本級(jí)輸出阻抗和下一級(jí)輸入對(duì)地電容的影響。 信號(hào)源內(nèi)阻減小電子管極間電容減小本級(jí)輸出阻抗減小以及下一級(jí)輸入對(duì)地電容的減小都可以有效的提高高頻上限截至頻率。 輸入、輸出阻抗簡(jiǎn)易分析 在一般情況下輸

8、入阻抗主要由輸入柵漏電阻Rg決定。高頻段由于輸入電容開(kāi)始顯現(xiàn)作用逐漸成容性。 輸出阻抗在忽略分布電容的影響下輸出阻抗為電子管工作實(shí)際內(nèi)阻和RL的并聯(lián)值。因此盡量選擇較小內(nèi)阻的電子管以降低輸出阻抗避免分布電容對(duì)高頻段的影響。 做放大倍數(shù)簡(jiǎn)易分析設(shè)6N1 u35ra10kRL150KRa75K。則放大倍數(shù)A35/1+10/150+10/75=29倍。 另外需要注意的 1、電壓放大級(jí)的最大輸出電壓能力要大于下一級(jí)需要的最大輸入電壓 2、實(shí)際電子管手冊(cè)往往給出電壓放大管做共陰放大的各種工作條件和特性。給出的參數(shù)主要有電壓放大倍數(shù)A、最大輸出電壓Eo。例如6SN7電子管手冊(cè)中所給出的條件如圖所示方便查閱

9、以供設(shè)計(jì)便利 三、功率放大級(jí)設(shè)計(jì)概要 需開(kāi)環(huán)放大量Au70倍。 10時(shí)可以認(rèn)為Ko1公式可以簡(jiǎn)化為Kf1/即與開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)這就是在晶體管運(yùn)算放大器電路中常見(jiàn)的閉環(huán)情況。 典型的單級(jí)電壓并聯(lián)負(fù)反饋 這里只作簡(jiǎn)易分析放大系數(shù) Kf=Ko/1+Ko=Ko/1+KoRs/RfRs為圖中信號(hào)源內(nèi)阻由于柵漏電阻Rg往往遠(yuǎn)大于Rs故此處忽略不計(jì)。 輸入阻抗 RifRg|Rf/(1+Ko)而此時(shí)的電子管等效內(nèi)阻 rafra/(1+u)等效放大系數(shù) u=u/(1+u)。這表明u值很高的束射四極管和五極管當(dāng)值較大的情況下其等效內(nèi)阻可以接近甚至小于三極管的內(nèi)阻值。 典型的單級(jí)電流串連負(fù)

10、反饋 ?抗。 惝狓 uRL 放大倍數(shù) Kf ra+RL+(1+u)Rk 其輸入阻抗Rif和原輸入阻抗Ri的關(guān)系為Rif(1+Ko)Ri是增大的。而此時(shí)電子管的等效內(nèi)阻rafra+(1+u)Rk可見(jiàn)電流串連負(fù)反饋將開(kāi)環(huán)時(shí)的管內(nèi)阻增大了 (1+u)Rk 倍。 簡(jiǎn)易實(shí)例分析 電路由三部分組成共陰電壓放大單元V1、Ra、Rk組成、陰極輸出單元V2及其周邊元件組成、負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)Rf和Rs組成另有120K電阻和33uF電容組成了電源退耦部分。 共陰放大單元簡(jiǎn)易計(jì)算查表得12AX7特性ra50Ku100電路采用直耦由于陰極輸出器輸入阻抗甚高忽略不計(jì)。故交流等

11、效阻抗RLRa220K?？梢钥闯鲭妷悍糯蠹?jí)是典型的電流串連負(fù)反饋電路套用上述分析公式得本級(jí)放大倍數(shù)K1100220K/50K+220K+(1+100)2K46.6倍陰極輸出器放大倍數(shù)小于且約等于1設(shè)陰極輸出器放大倍數(shù) K20.9。則整機(jī)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù) KoK1K246.60.9RLgm為五極辜rN?42倍由于反饋信號(hào)由電阻Rf與信號(hào)源內(nèi)阻Rs分壓獲得電子管V1輸入阻抗甚大忽略不計(jì)故反饋系數(shù) Uf/UoRs/(Rs+Rf)100K/1M=0.1。 整機(jī)環(huán)路負(fù)反饋屬于典型的電壓并聯(lián)負(fù)反饋故閉環(huán)放大倍數(shù)套用上述公式得KfKo/(1+Ko)42/(1+0.142)8倍。 實(shí)際實(shí)

12、驗(yàn)結(jié)果證明采用此線路程式選用12AX7管實(shí)測(cè)閉環(huán)放大倍數(shù)為7.9倍。選用放大系數(shù)u=70的6N9P管實(shí)測(cè)閉環(huán)放大倍數(shù)為7.8倍?？梢哉J(rèn)為計(jì)算結(jié)果合理也可以看出負(fù)反饋穩(wěn)定了電路參數(shù) 附反饋深度對(duì)數(shù)計(jì)算方法反饋深度 Ku20lgKf/Ko如果反饋后放大倍數(shù)Kf0.5Ko則反。 簡(jiǎn)易實(shí)例分析 電路由三部分組成共陰電壓放大單元V1、Ra、Rk組成、陰極輸出單元V2及其周邊元件組成、負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)Rf和Rs組成另有120K電阻和33uF電容組成了電源退耦部分。 共陰放大單元簡(jiǎn)易計(jì)算查表得12AX7特性ra50Ku100電路采用直耦由于陰極輸出器輸入阻抗甚高忽略不計(jì)。故交流等效阻抗RLRa220K。可以看出電壓放大級(jí)是典型的電流串連負(fù)反饋電路套用上述分析公式得本級(jí)放大倍數(shù)K1100220K/50K+220K+(1+100)2K46.6倍陰極輸出器放大倍數(shù)小于且約等于1設(shè)陰極輸出器放大倍數(shù) K20.9。則整機(jī)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù) KoK1K246.60.942倍由于反饋信號(hào)由電阻Rf與信號(hào)源內(nèi)阻Rs分壓獲得電子管V1輸入阻抗甚大忽略不計(jì)故反饋系數(shù) Uf/UoRs/(Rs+Rf)100K/1M=0.1。 以供設(shè)計(jì)便利 $雱J進(jìn)整機(jī)環(huán)路負(fù)反饋屬于典型的電壓并聯(lián)負(fù)反饋故