25W×2 EL34推挽功放,EL34 power amplifier

关键字：电子管，EL34，放大器，功放

  由于受到电子管器件本身的特性限制，业余制作胆机功放的输出功率一般都不太大，尤其是采用单端输出功放时，其输出功率更小，通常仅数瓦，一般不超过10W。对于一台10W的功率放大器，它往往只能提供1～2W的平均工作功率。因为当进行高保真重放时，由于节目源的动态大，平均功率为1～2W时的峰值功率已经超出10W，从而加大了放音失真，特别是采用灵敏度较低的音箱时，失真情况更趋严重。在国际电工委员会(IEC)有关高保真度家用声频功率放大器最低性能要求中就作了规定，要求功放的额定输出功率应≥10W。由此可知，如果要较好地欣赏包括大型交响乐等曲目在内的各类音乐节目的话，一台10W×2的功放是最起码的要求。一般而言，20～30W×2的额定功率才能达到高保真重放的基本目标。
    本文详细介绍一款EL34 25W×2功放的制作，供需要较大输出功率的胆机爱好者仿制。

一.基本结构
    胆机的输出功率主要取决于输出级电子管型号及其采用的电路程式。就电路程式而言，要成倍提高其输出功率的话，通常采用两种方式。对于单端甲类放大，可以将两只输出功率管并联起来使用，如图1(a)所示。与单管工作相比，在工作电压保持不变的前提下，屏极电流增大1倍，输出功率也增大1倍，而输入电压和失真则保持不变。此外，由于双管并联，内阻减小一半，负载电阻也减小一半。因此只要加大电源的电流容量，并把输出变压器的一次侧阻抗减小一半，很容易把单管A类输出改成双管并联A类工作方式。实际上，输出变压器的一次侧阻抗并非一定要严格地减小一半，也已能获得比单管工作时大得多的输出功率。例如，300B作单端A类工作时，输出变压器一次侧阻抗为3～3.5kΩ。当改为双管并联A类工作时，输出变压器一次侧阻抗可采取1.5～1.6kΩ，此时输出功率大致为单管时的2倍。不过，如果找不到现成的阻抗为1.5～1.6kΩ的输出变压器，也可以采用一次侧阻抗为2～3kΩ的输出变压器来代用。

    提高输出功率的另一种方式就是采用推挽输出，如图1(b)所示。由于推挽输出的工作状态可设置为A类、AB类和B类，因而就输出功率而言，它可达到单端输出时的1～2倍。就失真较小的A类推挽而言，一般比单端输出功率大1倍。实际上，推挽工作时，对交流信号而言，两只电子管是以串联方式工作的，因而输出变压器的一次侧阻抗为单端输出时的1倍，输出功率也大致增加1倍。
    与单管单端输出相比，双管单端输出和推挽输出的输出功率都大一倍左右。不过，推挽输出不仅效率高，而且由于两管流过输出变压器一次侧的直流方向相反，直流磁通相互抵消，变压器的铁心无需留空气隙，同样条件下。电感量比单管时高得多，有利于简化结构。此外，推挽输出变压器具有抵消电源纹波的作用，因而降低了对电源滤波的要求。最后，推挽电路还能抵消偶次谐波，失真明显低于单端输出。推挽电路啊缺点，管子需要配对，并需要两个幅度相同而相位相反的驱动信号即需要倒相电路。此外，输出变压器的两个一次侧绕组，在圈数、直流电阻、漏感和分布电容等方面应该尽量保证对称和平衡。如果在这方面做得越好，那么推挽电路的优点就越加明显。
    推挽输出所必须的倒相电路常见的有图2所示3种方式。其中图2(a)为变压器倒相，无需使用有源器件，电路简洁，倒相信号波形好、失真小，输出阻抗低不易受输出级栅流影响且驱动能力强，但这需要一个性能优良的输入变压器。图2(b)为屏阴分负载倒相，由于从屏极负载电阻和阴极电阻上取出的信号恰好反相，因此只要使屏极电阻等于阴极电阻，加上通过阴极电阻加有100%的本级电流负反馈，就能从屏极和阴极取得幅度相等的反相驱动信号。该电路失真较小，增益≤1，因而要求它的前级有足够高的增益，或者在其后再加一级推挽电压放大级，否则不易取得足够大的功率输出。

    上述两种倒相电路都不需要进行调整，增益基本上≤1。我国业余制作以图2(b)最为常见。图2(c)为阴极耦合倒相，其特点是在对输入信号倒相的同时还能获得较高的增益。不过，这个电路输出的倒相信号幅度并不严格相等，也就是说需要进行平衡调整，这对业余制作来说是个不便之处，因此这个倒相电路更常见于厂家生产的商品机中。过去我国业余制作中应用这种倒相电路的不多，为此对它的工作原理应有一个大致的了解，请参见图2(c)。
    输入信号先经一级电压放大(v1)，然后进入V上和V下进行倒相和放大。V1的输出信号直接进入V上栅极并从其屏极取出放大了的信号作为后面推挽放大级的一路驱动信号。显然，该信号与其栅极输入信号反相。也就是说，V上的工作情况与一般电压放大级完全一样。
    另一路推挽驱动信号则从V下屏极取得。不过V下的工作组态与V上不同。它的阴极接到v。的阴极即两者共用一只阴极电阻。它的栅极通过一只高值电阻R(1MΩ)与V上栅极相连，同时又通过一只容量很大的电容C(0.47μF)使V下的栅极接地。也就是说，V下的栅极对交流而言是接地的，即V下在栅极接地状态下工作，而输入信号取自V上阴极电阻并由阴极注入。这样一来，V上工作于阴极接地放大状态，屏极输出信号与栅极输入信号反相，而阴极电阻上信号与栅极输入信号同相即与屏极输出信号反相。V下工作于栅极接地放大状态，其屏极输出信号与阴极输入信号同相，即与v上屏极输出信号反相，从而在V上、V下屏极可取出相位相反的倒相信号。至于倒相信号之间的幅度，因两种工作状态下的放大量并不相同，因而当两管取相同的屏极电阻时，输出的信号幅度并不一样。通常是阴极接地时的放大一些因此只要适当加大V下的屏极电阻，即图2(c)中与R2串入一只可调电阻VR作微调，就可以取得幅度相同的倒相信号。

二.实用电路
    图3是根据上述电路结构设计的25W×2功率放大器电原理图，其中电源部分为左右声道共用。由图可知，整个放大部分由输入电压放大(V1)、倒相(V2)和输出(V3、V4)3部分组成。输出级采用EL34，这个管子性能稳定，音质也相当好，而且在市场上很容易买得到，无断货的后顾之忧。附表是EL34的主要应用特性。

    由表可知，EL34作单端A类放大时，屏极负载阻抗2kΩ下最大输出功率为11w(失真率10%)。当它作推挽放大时，屏-屏负载阻抗3.8kΩ下的最大输出功率可达36W(失真率5%)。

    由于本机最大输出功率要求为22～25W左右，因此基本上可以选用表中AB类状态下工作参数，即屏极电压取350V，屏极电流取得略大一些(约48mA)，有利于减小失真。这里要指出，表中的屏极或帘栅极电压都是相对于阴极电位而言的。由于本输出级采用阴极自偏压电路，即利用两管屏流流过阴极公用电阻R13上的压降(约30V)作为输出级的偏置电压，因此按表中屏极电压为阻代替可变电阻即可。
    设计电路时，屏极对地的实际电压为350+30=380(V)左右。根据图3中实测数据，输出级阴极(对地)电压为29V，因而两管静态电流为29V/300Ω=96mA，每管电流为48mA，EL34的实际屏极损耗为350V×48mA=16.8W。这仅占EL34最大屏极损耗(25w)的67%，由于留有较大余量，对延长管子的工作寿命很有利。倒相级(V2)采用阴极耦合倒相电路，由图3可以知道，两管屏极均采用固定电阻，只是阻值略有不同，R7取30kΩ，而R8取33kΩ，这样就可免去平衡调整。如果制作者备有信号发生器和示波器，则可按如下方法进行调整。首先把R8改为30kΩ，然后串一只可变电阻(5kΩ)接到V2(下面一管)的屏极电路中去；然后输入1kHz正弦信号，并用示波器观察上下两路输出信号的波形，同时微调可变电阻使两者波形的幅度相等；最后用阻值相近的固定电当然，此时的输出功率有所降低，达不到单管工作时的2倍，但仍较明显高于单管输出。同理，输出阻抗也较低。
    由于本机倒相级具有较大增益，而且本机输出功率也不是太大，因而对输入电压放大级的增益要求并不高，用一级三极管电压放大已足够。本来用一只双三极管分担左右声道电压放大也是可以的，不过出于左右声道间隔离需要，把一只双三极管并联后作一个声道的电压放大。
    采用多极管作输出级的功率放大器，由于内阻较高，通常施加一定的总体负反馈来降低输出阻抗，提高阻尼系数(DF)。一般来说，负反馈量大，阻尼系数低，功放对扬声器的制动能力强。不过，对于一个具体的扬声器来说，阻尼系数过高过低都不是最好。为此，本机的负反馈量可以通过波段开关加以改变。负反馈量可分别选择为8dB、10dB和12dB 3档，由使用者根据实际使用情况决定。
    由于推挽放大对电源的要求相对较低，本机电源部分也相当简单。为了提高整流效率，采用晶体二极管代替传统的电子管整流。

三.制作调试