电子管功放制作技巧和要领,Vacuum Tube Amplifier

关键字：电子管，功放，焊接，电烙铁

第五节 自制功放的性能测试与提高
一、输出功率的测试与调整
1 输出功率的简易测试法
    功放机装配调试好以后，总想了解一下本机的输出功率大小。在无正规测试仪表的情况可借助万用表来进行简单的估测。
    图8-20是用万用表估测输出功率的示意图。

    将CD、VCD、录音卡座等的音频信号，由新装好的功放机输入端注入，音量电位器置于最大位置。
    将万用表拨到交流电压25V或50V档上。由于所测是交流信号电压，故表笔不分正负。测量时将两只表笔并联在功放机输出端子上或音箱两端。此时万用表针在不停地随着音频信号的强弱摆动，记下表针摆动最大时的电压数值。
  计算方法如下：
  额定输出功率    P＝V²/Z
  式中：V为所测得输出电压，Z为负载阻抗值。
  在4Ω负载下，如测得的最大交流电压值为10V或12V时，则功放的额定输出功率分别为：
    P1＝V²/J＝10²/4＝25W
    P2＝V²/J＝12²/4＝36W
在8Ω负载下，如测得的最大交流电压值为12V或16V时，则功放的额定输出功率分别为：
    P1＝V²/Z＝12²/8＝18W
    P2＝V²/Z＝16²/8＝32W
    因CD、VCD等音乐信号的输出电平，比音频信号发生器连续正弦波信号偏弱。用万用表测得的数值与交流电压有效值相接近，故可认为其数值为额定输出功率。如果用峰值功率来衡量时可加大4倍，即额定功率如为30W+30W时，而峰值功率即可达120W+120W。

2 增强输出功率的措施
    如经上述简单的估测后，功放机的输出电压达不到要求的数值或输出电压较高，但失真与噪声显著偏大，则可进行如下的调试：
    我们知道，一般声频放大器的输出功率有最大输出功率和最大不失真输出功率两个指标。最大输出功率表明功放的最大负载能力；最大不失真输出功率，表示功放的不失真放大能力。对于电子管功放，了解最大不失真功率更值得关注；所以在增强输出功率的同时，要照顾到整机失真度指标及其他性能参数。一味追求加大输出功率并不可取。
    在保证失真度不致下降太多的前提下，提高输出功率的方法有以下可考虑的措施：

1. 减小功率管的阴极电阻的阻值，使输出电流增大，输出功率可以有一定幅度的增大。但由于阴极电阻负反馈作用的减小，放大器的稳定性及其他性能指标要受到一定影响。
2. 适当提高功率放大级的屏极电压，则可使输出功率加大。但必须考虑到功放管的极限运用值，而且要相应考虑到电源滤波电容器耐压是否够大，直流高压回路的降压电阻的耗散功率是否能满足要求。
3. 适当加大推动级的推动电压，也能使整机输出功率相应提高。其措施是减小推动放大管阴极电阻的阻值。由于推动级的阴极电阻具有电流负反馈作用，阴极电阻减小会降低反馈量，对整机的失真系数及频率响应等性能会有一定影响。
4. 适当调节整机的负反馈量，亦能有效地增加或减小整机的输出功率。即调节由输入管阴极至输出变压器未级的整机负反馈电阻的阻值。加大负反馈电阻，会使负反馈量减小，输出功率增大，但放大器的工作稳定性和性能指标会有所下降；减小负反馈电阻，会使负反馈量加大，输出功率会相应减小，但放大器稳定性提高，频响、信噪比、失真度会有所改善。过量的深度负反馈会使整机的转换速度降低，瞬态响应变差。
5. 更换电子管

    以上措施均有利有弊，不能两全。较可靠的方法是更换性能更好的电子管。如输出功率放大管由6P3P更换为EL34、6CA7、KT88等。更换电子管，必须考虑到原来的电源变压器、输出变压器等是否符合设计要求。如变压器功率余量的大小、高压电流的大小、滤波电容的耐压高低等各项性能是否符合要求。管脚的排列也要对应。

二、施加负反馈改善放大器的性能
    对现代高保真功率放大器来说，如何减小功放的非线性失真，提高放大器的信噪比，拓宽频率响应，是至关重要的。
    采用施加负反馈来改善与提高放大器工作的稳定性和各项性能指标，在国内外高保真功放系统中得到了广泛的应用。所谓“反馈”，就是把输出信号的电流或电压的一部分回送到输入端去调节输入信号的一种方法。反送回输入端的信号削弱了输入情号，使放大器放大倍数降低，称之为“负反馈”，反之，称为“正反馈”。根据反馈信号正比于输出电压还是电流，对于放大器来说则有电压反馈和电流反馈之分。要提出的是，功放整机加了深度的大回环负反馈以后，虽然放大器的性能提高不少，但对放大器瞬态响应、转换速率等性能却带来了不利的影响。所以负反馈的运用必须恰如其分、适可而止。
1，对放大器施加负反馈的好处
    对放大器施加负反馈主要有如下作用

1. 提高了放大器的稳定性
       放大器的稳定性主要反映在放大倍数上。放大器的放大倍数会出于电压波动、温度变化等原因而随之变化。加入负反馈后，当放大倍数升高时，负反馈电压加在输入端使输入信号减小，放大倍数随之降低；反之，输入信号回升，放大倍数增高。由于控制信号取自输出信号，所以放大器可以作到输出、输入“相辅相承”，保持在一个相对稳定的工作状态下。
2. 改善了放大器的频率特性
       放大器的频率响应，反映了放大器的放大倍数随信号频率的不同而有所变化。负反馈可以使放大器因频率变化引起的放大倍数变化相对减小；尽管加入负反馈会使放大倍数减小，但却改善了放大器的频率特性，即频响展宽。
3. 减小了放大器的非线性失真
       电子管是一种非线性器件。所谓非线性是指电子管输出电压与输入电压之间的关系不是直线关系，也就说其输出、输入特性曲线不是一条直线。当你在输入端输入一个正弦波信号时，输出信号不是与输入信号波形一样的正弦波，而是发生了畸变，这就是说产生了非线性失真。加入负反馈后，输出信号的波形失真反馈到输入端，但由于失真的波形与输入端的波形相位相反，补偿了放大器的失真，使输出波形得到改善。

    此外，负反馈对放大器的输入、输出阻抗也有一定影响。

三、电子管放大器常用的负反馈措施
    图8-21是一种单级电压负反馈电路。

    图8-21中的RC负反馈网络加在放大管的屏极，将输出信号反馈一部分至该管的栅极。因为在共阴极电路中，电子管屏极的电位与栅极电位正好相反，故形成负反馈。栅极因负反馈加入而使输入电压降低，放大管的放大倍数也随之降低；放大器因负载变化所引起的相位失真和频率失真均得到改善，其电压反馈量是由电阻R与C来决定的。一般电路中R的阻值为几百千欧，它与放大器的频率无关。C的容量为0.01-0.1左右，C与放大器的频率特性相关，可以对某一频段的信号实施负反馈。
    图8—22是一种级间负反馈电路图。

    将后一级放大管屏极的信号，通过电阻R反馈到前一级电子管的屏极。因前级信号经栅极倒相后，前级与后级两管的屏极相位亦相反，这样即组成屏至屏极的负反馈网络。反馈电阻R的阻值—般取1—1.5MΩ。若R的阻值过小时，会降低输入阻抗，同时对放大器的低频响应造成影响。
    图8-23是电流负反馈电路图。

    图8—23中阴极电阻RK不加旁路电容，音频信号的屏极电流通过RK以后，使RK两端由于降压作用产生了一个音频电压，这个电压和栅极上原来输入电压相位是相反的，所以产生了负反馈作用。
    电流负反馈一般加在功放机中的中间放大级或推动放大级。一般功率管阴极施加电流负反馈功率放大会降低输出功率和增大屏极内阻。
    图8—24是另一种极间负反馈电路。

   利用极间负反馈亦能有效地抑制噪声，图8—24中的电压负反馈电阻RP是设置在中间放大级与输出级之间。
    级间负反馈电阻与阴极电阻相串连，凡被加负反馈的中间放大级，除了受反馈电阻RP作用外，一定还要有本级的电流负反馈。
    级间负反馈不限定二级，亦可为三级或四级，但必须注意其相位关系，因为负反馈电压的相位必须和原来输入信号相差180°。如相位相同，会形成正反馈而产生自激，破坏放大器的正常工作。
    图8—25是整机负反馈电路。

    图8—25中为整机负反馈电路，RC负反馈网络设置在输入级与输出级之间。这种整机的负反馈被称为大回环负反馈。
    近年采由于这种深度的大回环负反馈，对功放的瞬态响应、转换速率等性能带来影响，故对整机负反馈量都加以合理控制。一般的反馈量控制在6—12dB之间。

四、电子管功放的频率补偿
    音频功率放大器的频率响应曲线，通常总是中频段比较平坦，低频段与高频段会显著下降。与此相关的相位特性，若以中频段的相位作为基准，则低频段的相位相对超前，而高频段的相位则相对滞后。从中频段到低频段和从中频段到高频段的频率响应曲线的下降和相位变化，各种功率放大器均不相同，但最低频段与最高频段的频率响应斜率和相位角的大小，总是决定于该功放机的放大级数和电路形式。
    在这种情况下补偿的方法较多，但总的原则必须增大在相位变化为180度的频率时的增益量下降值，而且频率响应的终端斜率不允许增大。
    为了实现上述要求，应从声频范围的低频段与高频段，由频率响应开始下降的频率起到相位变化达180度的范围内进行频率特性补偿，与相位的变化相比尽可能使增益量衰减大些。一般来说，使这范围的频率响应的斜率不大于6分贝/倍频程，即能达到目的。
1 低频补偿
    一般的阻容耦合式放大电路的低频段的频率响应，最后可以用通用低频衰减特性来表示。
    在多级放大器中，应采用阶梯法来进行补偿。在这种情况下阶梯补偿网络尽可能接在前级放大器中。如果将此电路接在靠近功放级时，则放大器低音频段的最大输出即会减小，若要勉强增大输出，则阶梯网络之前的放大级中将会产生显著的非线性失真。
    图8—26是一种低频补偿电路。

    低音频段的阶梯补偿网络的电参数，一般选择在低频段的频率响应是从40HZ处开始下降，则阶梯补偿的高度约为12dB，在阻容耦合放大电路中的耦合电容器的容量尽可能大一些。
    图8—27是低频补偿特性曲线图。

2 高频补偿
    在阻容耦合与变压器输出的多级功率放大器中，高频段的频率响应也随着电路中杂散电容的存在而衰减，故必须进行补偿，才能获得高频段较平坦的特性。
   图8—28是一种高频补偿电路。

    在多级放大器中，输出变压器的高频特性是由自身决定的，故高频衰减的基准频率是固定不变的。而阻容耦合放大器的基准频率则由耦合电容、屏极电阻与电路中的杂散电容所决定。在实际电路中，一般高频段的频率特性从10kHz以上即呈衰减趋势。
    这样阻容耦合放大器的高频段在补偿时的基准频率可以选择在10kHz到50kHz之间。高频补偿网络是由网络中的电阻与电容所决定的，提高基准频率的方法可减小补偿网络中电阻的阻值。
    图8—29是高频补偿特性曲线图。

    高频补偿电路与低频补偿电路原则相同，其阶梯补偿网络应接入前级放大器中。如将该补偿网络接到末级中，则它的频率响应开始下降的频率移到音频范围之外，否则会减小高频的最大输出。