25W×2 EL34推挽功放

    由於受到電子管器件本身的特性限制，業餘製作膽機功放的輸出功率一般都不太大，尤其是採用單端輸出功放時，其輸出功率更小，通常僅數瓦，一般不超過10W。對於一台10W的功率放大器，它往往只能提供1～2W的平均工作功率。因為當進行高保真重放時，由於節目源的動態大，平均功率為1～2W時的峰值功率已經超出10W，從而加大了放音失真，特別是採用靈敏度較低的音箱時，失真情況更趨嚴重。在國際電工委員會(IEC)有關高保真度家用聲頻功率放大器最低性能要求中就作了規定，要求功放的額定輸出功率應≥10W。由此可知，如果要較好地欣賞包括大型交響樂等曲目在內的各類音樂節目的話，一台10W×2的功放是最起碼的要求。一般而言，20～30W×2的額定功率才能達到高保真重放的基本目標。
    本文詳細介紹一款EL34 25W×2功放的製作，供需要較大輸出功率的膽機愛好者仿製。

一.基本結構
    膽機的輸出功率主要取決於輸出級電子管型號及其採用的電路程式。就電路程式而言，要成倍提高其輸出功率的話，通常採用兩種方式。對於單端甲類放大，可以將兩隻輸出功率管並聯起來使用，如圖1(a)所示。與單管工作相比，在工作電壓保持不變的前提下，屏極電流增大1倍，輸出功率也增大1倍，而輸入電壓和失真則保持不變。此外，由於雙管並聯，內阻減小一半，負載電阻也減小一半。因此只要加大電源的電流容量，並把輸出變壓器的一次側阻抗減小一半，很容易把單管A類輸出改成雙管並聯A類工作方式。實際上，輸出變壓器的一次側阻抗並非一定要嚴格地減小一半，也已能獲得比單管工作時大得多的輸出功率。例如，300B作單端A類工作時，輸出變壓器一次側阻抗為3～3.5kΩ。當改為雙管並聯A類工作時，輸出變壓器一次側阻抗可採取1.5～1.6kΩ，此時輸出功率大致為單管時的2倍。不過，如果找不到現成的阻抗為1.5～1.6kΩ的輸出變壓器，也可以採用一次側阻抗為2～3kΩ的輸出變壓器來代用。
 
    提高輸出功率的另一種方式就是採用推挽輸出，如圖1(b)所示。由於推挽輸出的工作狀態可設置為A類、AB類和B類，因而就輸出功率而言，它可達到單端輸出時的1～2倍。就失真較小的A類推挽而言，一般比單端輸出功率大1倍。實際上，推挽工作時，對交流信號而言，兩隻電子管是以串聯方式工作的，因而輸出變壓器的一次側阻抗為單端輸出時的1倍，輸出功率也大致增加1倍。
    與單管單端輸出相比，雙管單端輸出和推挽輸出的輸出功率都大一倍左右。不過，推挽輸出不僅效率高，而且由於兩管流過輸出變壓器一次側的直流方向相反，直流磁通相互抵消，變壓器的鐵心無需留空氣隙，同樣條件下。電感量比單管時高得多，有利於簡化結構。此外，推挽輸出變壓器具有抵消電源紋波的作用，因而降低了對電源濾波的要求。最後，推挽電路還能抵消偶次諧波，失真明顯低於單端輸出。推挽電路啊缺點，管子需要配對，並需要兩個幅度相同而相位相反的驅動信號即需要倒相電路。此外，輸出變壓器的兩個一次側繞組，在圈數、直流電阻、漏感和分佈電容等方面應該盡量保證對稱和平衡。如果在這方面做得越好，那麼推挽電路的優點就越加明顯。
    推挽輸出所必須的倒相電路常見的有圖2所示3種方式。其中圖2(a)為變壓器倒相，無需使用有源器件，電路簡潔，倒相信號波形好、失真小，輸出阻抗低不易受輸出級柵流影響且驅動能力強，但這需要一個性能優良的輸入變壓器。圖2(b)為屏陰分負載倒相，由於從屏極負載電阻和陰極電阻上取出的信號恰好反相，因此只要使屏極電阻等於陰極電阻，加上通過陰極電阻加有100%的本級電流負反饋，就能從屏極和陰極取得幅度相等的反相驅動信號。該電路失真較小，增益≤1，因而要求它的前級有足夠高的增益，或者在其後再加一級推挽電壓放大級，否則不易取得足夠大的功率輸出。
 
    上述兩種倒相電路都不需要進行調整，增益基本上≤1。我國業餘製作以圖2(b)最為常見。圖2(c)為陰極耦合倒相，其特點是在對輸入信號倒相的同時還能獲得較高的增益。不過，這個電路輸出的倒相信號幅度並不嚴格相等，也就是說需要進行平衡調整，這對業餘製作來說是個不便之處，因此這個倒相電路更常見於廠家生產的商品機中。過去我國業餘製作中應用這種倒相電路的不多，為此對它的工作原理應有一個大致的了解，請參見圖2(c)。
    輸入信號先經一級電壓放大(v1)，然後進入V上和V下進行倒相和放大。V1的輸出信號直接進入V上柵極並從其屏極取出放大了的信號作為後面推挽放大級的一路驅動信號。顯然，該信號與其柵極輸入信號反相。也就是說，V上的工作情況與一般電壓放大級完全一樣。
    另一路推挽驅動信號則從V下屏極取得。不過V下的工作組態與V上不同。它的陰極接到v。的陰極即兩者共用一隻陰極電阻。它的柵極通過一隻高值電阻R(1MΩ)與V上柵極相連，同時又通過一隻容量很大的電容C(0.47μF)使V下的柵極接地。也就是說，V下的柵極對交流而言是接地的，即V下在柵極接地狀態下工作，而輸入信號取自V上陰極電阻並由陰極注入。這樣一來，V上工作於陰極接地放大狀態，屏極輸出信號與柵極輸入信號反相，而陰極電阻上信號與柵極輸入信號同相即與屏極輸出信號反相。V下工作於柵極接地放大狀態，其屏極輸出信號與陰極輸入信號同相，即與v上屏極輸出信號反相，從而在V上、V下屏極可取出相位相反的倒相信號。至於倒相信號之間的幅度，因兩種工作狀態下的放大量並不相同，因而當兩管取相同的屏極電阻時，輸出的信號幅度並不一樣。通常是陰極接地時的放大一些因此只要適當加大V下的屏極電阻，即圖2(c)中與R2串入一隻可調電阻VR作微調，就可以取得幅度相同的倒相信號。

二.實用電路
    圖3是根據上述電路結構設計的25W×2功率放大器電原理圖，其中電源部分為左右聲道共用。由圖可知，整個放大部分由輸入電壓放大(V1)、倒相(V2)和輸出(V3、V4)3部分組成。輸出級採用EL34，這個管子性能穩定，音質也相當好，而且在市場上很容易買得到，無斷貨的後顧之憂。附表是EL34的主要應用特性。
 
    由表可知，EL34作單端A類放大時，屏極負載阻抗2kΩ下最大輸出功率為11w(失真率10%)。當它作推挽放大時，屏-屏負載阻抗3.8kΩ下的最大輸出功率可達36W(失真率5%)。
 
    由於本機最大輸出功率要求為22～25W左右，因此基本上可以選用表中AB類狀態下工作參數，即屏極電壓取350V，屏極電流取得略大一些(約48mA)，有利於減小失真。這裡要指出，表中的屏極或簾柵極電壓都是相對於陰極電位而言的。由於本輸出級採用陰極自偏壓電路，即利用兩管屏流流過陰極公用電阻R13上的壓降(約30V)作為輸出級的偏置電壓，因此按表中屏極電壓為阻代替可變電阻即可。
    設計電路時，屏極對地的實際電壓為350+30=380(V)左右。根據圖3中實測數據，輸出級陰極(對地)電壓為29V，因而兩管靜態電流為29V/300Ω=96mA，每管電流為48mA，EL34的實際屏極損耗為350V×48mA=16.8W。這僅佔EL34最大屏極損耗(25w)的67%，由於留有較大余量，對延長管子的工作壽命很有利。倒相級(V2)採用陰極耦合倒相電路，由圖3可以知道，兩管屏極均採用固定電阻，只是阻值略有不同，R7取30kΩ，而R8取33kΩ，這樣就可免去平衡調整。如果製作者備有信號發生器和示波器，則可按如下方法進行調整。首先把R8改為30kΩ，然後串一隻可變電阻(5kΩ)接到V2(下面一管)的屏極電路中去；然後輸入1kHz正弦信號，並用示波器觀察上下兩路輸出信號的波形，同時微調可變電阻使兩者波形的幅度相等；最後用阻值相近的固定電當然，此時的輸出功率有所降低，達不到單管工作時的2倍，但仍較明顯高於單管輸出。同理，輸出阻抗也較低。
    由於本機倒相級具有較大增益，而且本機輸出功率也不是太大，因而對輸入電壓放大級的增益要求並不高，用一級三極體電壓放大已足夠。本來用一隻雙三極體分擔左右聲道電壓放大也是可以的，不過出於左右聲道間隔離需要，把一隻雙三極體並聯後作一個聲道的電壓放大。
    採用多極管作輸出級的功率放大器，由於內阻較高，通常施加一定的總體負反饋來降低輸出阻抗，提高阻尼係數(DF)。一般來說，負反饋量大，阻尼係數低，功放對揚聲器的制動能力強。不過，對於一個具體的揚聲器來說，阻尼係數過高過低都不是最好。為此，本機的負反饋量可以通過波段開關加以改變。負反饋量可分別選擇為8dB、10dB和12dB 3檔，由使用者根據實際使用情況決定。
    由於推挽放大對電源的要求相對較低，本機電源部分也相當簡單。為了提高整流效率，採用晶體二極體代替傳統的電子管整流。

三.製作調試
    選購好電源和輸出變壓器等大型主要元器件后可設計加工底盤。圖4尺寸可供參考。應注意的是這個尺寸只給出了底盤上面和后側板有關尺寸，兩側和前側板都未畫出，讀者可自行決定其加工尺寸。底盤上面中央一前一後分別是電源濾波扼流圈和電源變壓器，後者左右則為輸出變壓器。後面側板上左右兩邊分別為輸入插座和揚聲器接線柱；中間則為電源插座，其兩邊為保險絲座和控制負反饋量的波段開關。電源開關安裝在底盤的前部中央，它的兩邊則是左右聲道音量控制。
 
    輸出變壓器為日本平田電機製作所的U-405(ISO)，如無法購得，也可按下列要求委託加工：額定輸出功率60W，一次側(屏至屏)阻抗5kΩ。二次側阻抗4Ω、8Ω和16Ω。一次側最大直流電流(平衡)270mA，不平衡電流7mA。一次側最大電感量380H，最小160H。頻率特性4Hz～80KHz。附簾柵極抽頭。
    圖5為底盤主要元器件布置以及實體布線示意圖。電源變壓器左邊設有一個“接地點”。此處底盤必須打磨清潔，並用帶齒的焊片用螺絲可靠地加以固定好，確保電氣上是接地的。凡穿過底盤的接線(輸出變壓器引線、B電源線、簾柵極引線等)都需加保護套管。輸入引線要用屏蔽線(見圖5所示)，其他引線可用一般塑料線。
 
    圖6為交流電源和燈絲接線示意圖。圖7為負反饋量控制開關接線示意圖，6隻負反饋電阻直接安裝在波段開關上。
  

    應該補充說一下，圖5中左右聲道輸出級陰極電阻和旁路電容(300Ω/20W琺琅電阻和100μF/100V)都表示靠近EL34處安裝，實際上安裝在靠近輸出端子處，尤其是R聲道的300Ω/100μF是安裝在輸出端子前的100 μ F×2與100μF/500V之間的。
    安裝完成檢查無誤后，可插入電子管通電試驗，並注意有無冒煙、異味等不正常情況發生。如無異常情況可用萬用表測量EL34陰極對地電壓應為28—30V，說明輸出級工作正常，然後測量12AU7、6CG7各極電壓，應接近圖3所示電壓值。這說明電路安裝無誤，工作基本正常。
    接著先斷開負反饋接線，接上音箱和CD唱機試聽。由於尚未加入負反饋，聲音可能還不大理想。關機后恢復負反饋接線，再通電試聽。如果一通電即發生自激，說明負反饋誤接成正反饋。為此，應斷開電源，交換一下輸出變壓器一次側Pl、SGl和P2、SG2的接線即可。再次通電試聽並改變負反饋量，可以聽出音質會有所變化，至此安裝完成。

四.性能指標
    首先，在負反饋量12dB時本機殘留雜訊為0.3mV。應該說，從數據上看並不太好。不過，即使用大型揚聲器放音時也聽不出有什麼交流聲。
    圖8為本機的輸入特性。不同負反饋量時的削波功率基本上為22 W。在負反饋量NFB=8dB時，輸出變壓器二次側8Ω端子上削波時最大輸出電壓實測值為14V(1kHz)，換算為輸出功率相當於U2/RL=14V×14V/8 Ω=24.5W，此時輸入靈敏度約0.74V。可以說達到了預期設計要求。
 
    圖9為頻率響應，無反饋時為30Hz～15kHz(-1dB)，施加10dB負反饋時拓展到10Hz～70kHz(-1dB)，而100kHz處僅跌落2dB。取得如此良好的頻響，主要得益於輸出變壓器具有較寬的頻響。
 
    圖10為本機負反饋量分別是8dB和l 2dB時的總諧波失真(THD)特性。NFB=12dB時，輸出功率lW(1kHz)時僅0.02%， 5W時為0.3%，22W時為2%。本機輸出阻抗為1.44Ω(1kHz)，負載為8Ω時的阻尼係數為8Ω/1.44Ω=5.5，顯然比一般單端輸出時的阻尼係數要低。
 
    圖11為200Hz、1kHz和10kHz的方波響應(上為輸入方波、下為輸出方波)和22.5W正弦波(1kHz，NFB=12dB)時的波形，都很不錯。
 
    本機連同JBL4312Mll音箱一起試聽，聲音通透寬廣很有魅力，長時間聆聽也不會感到疲勞，十分耐聽。