[組圖]45W晶體管電子管混合式功率放大器

EL34(6CA7)是飛利浦公司于1956年率先推出的音頻功率五極電子管，當年，它的出現給音頻放大器的聲音質(zhì)量帶來(lái)了一場(chǎng)改良，其設計陽(yáng)極耗散功率為25W(工作數據如附表)。如今，由中國曙光電子管廠(chǎng)生產(chǎn)的該管，暢銷(xiāo)海內外。EL34再生的聲音之美，是晶體管放大器還望塵莫及的。在晶體管放大器一統天下的今天，它寶刀不老、雄風(fēng)猶在也正是因為這個(gè)原因。

一，電子管特點(diǎn)

電子管是人類(lèi)歷史上的第一種電子放大器件。說(shuō)到電子管工作原理，對于現在的愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，是一個(gè)既古老而又時(shí)新的話(huà)題。由于某些導向上的偏見(jiàn)和能源關(guān)系的原因，我國在70年代以后一刀切地停止了電子管的介紹和應用，這無(wú)疑給現在的膽管發(fā)燒帶來(lái)困難。在此，有必要對電子管的一些常識加以表述。
電子管是種利用電場(chǎng)原理工作的真空器件，在分析它的工作時(shí)，我產(chǎn)可以按現在常見(jiàn)的N溝道結型場(chǎng)效應管工件方式去理解就很容易入門(mén)。只是電子管的陰極電子發(fā)射需要加熱罷了。兩者的柵極控制特性和工作原理是極為相似的。
比較現在的晶體管放大器，電子管功放有其自身特點(diǎn)：一是管子本身的溫度穩定，不需要在晶體管機中必不可少的巨型散熱器：二是負載能力較強，而且，不象晶體管那么嬌氣。真要燒掉一只管子也要以數十分鐘以上計，所以，實(shí)驗時(shí)器件比較安全，三是電子管放大器由器件特性決定，需要通過(guò)變壓器連接負載揚聲器。在機器萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，是不會(huì )象晶體管機那樣禍及到昂貴的揚聲器系統。
制作和使用電子管機時(shí)要注意：機內高壓，小心觸電！元件的耐壓可靠性要高，嚴禁帶電焊接。再有，電子管饑嚴禁空載，在試機時(shí)一定要連接好揚聲器。
電子管是一種高電壓工作的、具有相當大內阻的真空電子放大器件。它的最大長(cháng)處是具有近似理想的放大線(xiàn)性．這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是目前已出現的晶體管還無(wú)法達到的，這使它的運用電路非常簡(jiǎn)潔，不必象晶體管放大器要用很多的有源器件作“共基一共射”連接。這正好對應了發(fā)燒界“簡(jiǎn)潔為上”的信條，這是在90年代電子技術(shù)高度發(fā)展的今天，它能獨領(lǐng)響壇的一個(gè)最重要的原因。

二，電子管輸出變壓器

電子管的輸出阻抗較高，它的等效阻值比現在廣泛運用的電動(dòng)式揚聲器的阻抗要高出幾個(gè)數量級，從阻抗匹配的角度說(shuō)，采用輸出變壓器作阻抗變換是必需的：而且，電子管放大器的功率是以高電壓、小電流的形式，從驅動(dòng)低阻揚聲器需要的低壓大電流能量來(lái)看，使用降壓變壓器也是非常必要的。
對于現代音源高速發(fā)展，按再現以CD唱機為代表的高保真節目源的要求，放大器的指標就非常重要。對電子管放大器而言，這個(gè)指標很大的程度取決于輸出變壓器的質(zhì)量。輸出變壓器的質(zhì)量非常重要。因本文是介紹一臺英國成品機套件，沒(méi)有介紹具體制作，現只就變壓器設計和工藝要注意的問(wèn)題作一探討。
1、初級與次數的匝數比是根據某種特定的電子管的輸出阻抗與所推動(dòng)的揚聲器阻抗比獲得的，所以，要最大限度發(fā)揮電子管的性能，選用度身設計的輸出變壓器很重要。
2、為了使變壓器獲得很低的低頻響應，初級線(xiàn)圈的電感量必須做得較大：從高頻特性和相位特性出發(fā)，就要使變壓器本身的寄生電容、漏感等做得盡可能的小。傳統的以收音機及普通用途的擴音機為前提的變壓器顯然是不能勝任現代要求的。
3、電子管作推挽輸出的變壓器，根據輸出級的功率電子管在直流狀態(tài)下是并聯(lián)工作在供電電源兩端、信號工作狀態(tài)又是正、負半周互為反相推挽放大的特點(diǎn)，在繞組繞線(xiàn)的方向上，要使從“中心抽頭”流經(jīng)兩個(gè)半邊繞組的直流電流，產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁力線(xiàn)方向相反，在鐵芯內部互相抵消，以使變壓器內鐵芯靜態(tài)磁場(chǎng)為零，充分利用給定鐵芯的磁通量，這對防止鐵芯飽和失真、減小變壓器體積很重要。同時(shí)，電源上因濾波不良寄生的紋波成份也可以在變壓器內部相互抑制，有利于提高信噪比。
電子管輸出變壓器工藝很?chē)栏?，要解決以上的矛盾也非常不易，這是現在優(yōu)質(zhì)輸出變壓器及電子管放大器價(jià)格昂貴的一個(gè)主要原因。

三，電子管推挽輸出級原理

圖1 簡(jiǎn)單的輸出級

圖1示出了常見(jiàn)的電子管推挽輸出級線(xiàn)路結構圖。放大電子管的兩陽(yáng)極分別接于輸出變壓器的兩端，工作電源HT通過(guò)輸出變壓器中心抽頭流經(jīng)初級繞組向電子管供電，負載(揚聲器)聯(lián)接在次級端。該線(xiàn)路采用“固定偏壓”式線(xiàn)路：電子管的陰極直接與地(公共點(diǎn))相連，柵極分別接入兩電阻，其公共點(diǎn)聯(lián)接到滿(mǎn)足兩電子管正常工作的負偏壓電源上，這是電子管正常工作的典型配置方法。電子管的直流工作點(diǎn)設定還有一種“自給偏壓”式方法，就是在電子管的陰極回路牛串進(jìn)電阻，利用流經(jīng)電子管回路中的直流電流在該電阻上產(chǎn)生一定的電壓降，使陰極的電位相對于“地”電位有一個(gè)正的電位差，這時(shí)，電子管的柵極就可以接在地電位上，可以減掉因配置柵偏壓電源帶來(lái)的增加電路、增加元件的麻煩。這種所謂“自給偏壓”式電路應用也較多，但是，陰極電阻會(huì )消耗一部分電壓，輸出功率上會(huì )有減少。

電子管的工作偏壓就各型號而論是不盡相同的。而且同型號的管子在取得不同的陽(yáng)極工作電壓下，所需要的柵極工作偏壓也不同，一般是電壓增高，柵極偏壓就要取得更負一些，反之，若運用時(shí)沒(méi)有取到參數給出的陽(yáng)極高壓，柵極偏壓的絕對值就要減小。電子管的典型工作參數可以從有關(guān)手冊上查到。而且電子管的生產(chǎn)離散性相比晶體管要小得多，可以說(shuō)照手冊設定一般是不會(huì )有問(wèn)題的。
推挽式電子管放大電路的信號放大通路，是由前級分相，取得兩個(gè)互為反相的對稱(chēng)信號電壓分別進(jìn)入兩只電子管的柵極，調制陰極發(fā)射的電子流，在陽(yáng)櫻得到放大了的信號電壓、進(jìn)入變壓器合成，并通過(guò)變壓器耦合輸出給負載揚聲器。輸出變壓器的內部聯(lián)接，同名端如圖上所示，這樣，兩陽(yáng)極供電所含的直流紋波(交流成分)就可以在變壓器內部反相相抵，而反相的信號成分在變壓器內部轉變?yōu)橥嘣鰪?。功率一般增強為單只電子管的兩倍左右?具體甲類(lèi)、甲乙1類(lèi)、甲乙2類(lèi)、乙類(lèi)工作狀態(tài)的輸出效率在此不作比較，本機為甲乙1類(lèi)工作狀態(tài)。對于三極管、束射四極、五極管及流行的超線(xiàn)性狀態(tài)因涉及面多在此也不作探討，該機為典型五極管工作模式)。

圖2 混合功放全電路（一個(gè)聲道）

圖2示出了本混合功放電路圖。在以上對電子管放大器的特殊要點(diǎn)分別進(jìn)行探討、說(shuō)明之后，再來(lái)進(jìn)行整機分析，相信大家是比較好理解的。
圖上給出了本立體聲放大器一個(gè)聲道的線(xiàn)路，另一個(gè)聲道的電路是完全相同的。從原理圖上分析本放大器可以分為三部分：
1、電源，這包括電子管放大陽(yáng)極供電的高壓HT、加熱傍熱式電子管EL34“熱子”(俗稱(chēng)燈絲)的6．3V電壓及由變壓器T／t經(jīng)整流獲得的-60V直流電壓與高壓HT組成共同提供晶體管Q1、Q2工作的電源。
2、由電子管V1、V2及周?chē)c輸出變壓器組成的推挽式功率放大級。
3、由晶體管Q1、Q2組成的差動(dòng)電壓放大級。這一級主要有三個(gè)功能：
a．組成差動(dòng)電壓放大，把由輸出端輸入的弱信號電壓放大到足夠推動(dòng)功率放大管EL34的電壓：b．由簡(jiǎn)單的差動(dòng)放大器完成對信號電壓的分相，產(chǎn)生驅動(dòng)推挽式放大器需要的平衡式電壓輸出.。c．整機電路從提高性能出發(fā)。采用不用電容耦合的直流耦合方式，電子管V1、V2的靜態(tài)直流偏置(本機為一30伏)，也是由晶體管Q1、Q2的集電極電位取得的，沒(méi)有象一般RC耦臺方式那樣，設定電子管靜態(tài)調整元件。
本機的這種設計，有個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是一般設計無(wú)法達到的，這就是，放大部分的兩級都是采用對稱(chēng)的平衡式設計，它有很高的共模抑制比，因此，由電源端帶來(lái)的紋波及電源干擾信號，可以在放大器內部自動(dòng)地獲得抵消和抑制。所以，本設計裝制的放大器，交流聲、噪聲等雜音指標很低，信噪比完全勝任數字音響對放大器的要求。
輸入信號從晶體管Q1的基極直接耦合進(jìn)入功放輸入級。Q1和Q2組成差動(dòng)電壓放大級，R3是這個(gè)差動(dòng)放大器的公共射極電阻，該電阻的阻值很