電子管OTL功放原理及電路

電子管OTL功放原理及電路

OTL是英文Output Transformer Less Amplifier的簡稱，是一種無輸出變壓器的功率放大器。

一． OTL電子管功放電路的特點
    普通電子管功率放大器的輸出負(fù)載為動圈式揚聲器，其阻抗非常低，僅為4～16Ω。而一般功放電子管的內(nèi)阻均比較高，在普通推挽功放中屏極至屏極的負(fù)載阻抗一般為5～10kΩ，故不能直接驅(qū)動低阻抗的揚聲器，必須采用輸出變壓器來進行阻抗變換。由于輸出變壓器是一種電感元件，通過變壓器的信號頻率不同，其電感線圈所呈現(xiàn)的阻抗也不同。為了延伸低頻響應(yīng)，線圈的電感量應(yīng)足夠大，圈數(shù)也就越多，因此在每層之間的分布電容也相應(yīng)增大，使高頻擴展受到限制，此外還會造成非線性失真與相位失真。
    為了消除這些不良影響，各種不同形式的電子管OTL無輸出變壓器功率放大器應(yīng)運而生，許多適用于OTL功放的新型功率電子管在國外也不斷被設(shè)計制造出來。電子管OTL功率放大器的音質(zhì)清澄透明，保真度高，頻率響應(yīng)寬闊，高頻段與低頻段的頻率延伸范圍一般可達10HZ～100kHz，而且其相位失真、非線性失真、瞬態(tài)響應(yīng)等技術(shù)性能均有明顯提高。

二 電子管OTL功放電路的形式
    圖1(a)～圖1(f)是OTL無輸出功放基本電路。圖1(a)和圖1(b)為OTL功放兩種供電結(jié)構(gòu)的方式，即正負(fù)雙電源式和單電源供電方式。在正負(fù)雙電源式OTL功放中，中心為地電位。這樣可保證推挽電路的對稱性，因此可以省略輸出電容，使功放的頻率響應(yīng)特性更佳。單電源式OTL電路為了使兩只推挽管具有相同的工作電壓，必須使中心點的工作電壓等于電源電壓的一半。同時，其輸出電容C1的容量必須足夠大，不影響輸出阻抗與低頻響應(yīng)的要求。
 
    圖1(c)和圖1(d)為OTL功放電子管柵極偏置的取法。由于上邊管陰極不接地，因此上邊管的推動信號由柵極與陰極之間加入，而下邊管的推動信號可由柵極與地之間加入。至于其偏置方式，上邊管可通過中心點對地分壓后取出，而下邊管的偏置電壓必須另設(shè)專門的負(fù)壓電源來供給。
    圖1(e)和圖1(f)為OTL倒相電路的應(yīng)用。圖1(e)為采用屏陰分割式倒相電路對OTL功放進行激勵。只要倒相管的屏極負(fù)載電阻RL與陰極負(fù)載電阻RK的阻值相等，其輸出的激勵電壓總能獲得平衡。
    圖1(f)為采用共陰極差分式倒相電路。由于共陰極電阻RK，的阻值較大，具有深度負(fù)反饋作用，故電路穩(wěn)定可靠。同時，只要擔(dān)任差分放大的上管與下管的屏極負(fù)載電阻取值相等，其兩管的屏極總能輸出一對相位相反、幅值相等的推動信號電壓。

三、OTL功放電路的選管
    對于電子管OTL功放的輸出級，不是所有功率電子管均能適用，必須選用符合如下條件的功率電子管才能取得良好的效果。
1．低內(nèi)阻特性
    一般功率電子管的屏極內(nèi)阻為10kΩ左右，不適用于OTL功放。OTL功放必須選用屏極內(nèi)阻在200～800Ω的功率電子管。這些低內(nèi)阻功率電子管有6AS7、6N5P、6C33C-B、6080、6336等。
2．低屏壓、大電流特性
    一般功率電子管的屏極電壓均為400V左右，高屏壓電子管可達800～1000V，而OTL功放必須選用屏極電壓在150～250V之間的低屏壓、大電流特性的功率電子管來擔(dān)任。以上所列低內(nèi)阻功率電子管均具有低屏壓、大電流的工作特性。此外還有6C19、6KD6、421A、6146等功率電子管。這些電子管本身具有低屏壓、大電流特性，但其屏極內(nèi)阻稍高，應(yīng)多管并聯(lián)才能適用于OTL功放。
3．采用新型OTL功放專用功率電子管
    這類電子管不僅內(nèi)阻較低，而且具有低屏壓、大電流特性，如6HB5、6LF6、17KV6、26LW6、30KD6、40KG6等。為了降低電子管燈絲的功耗，許多用于OTL功放的功率電子管的燈絲電壓提高到20～40V，以便于串聯(lián)使用。

四 幾種OTL功放典型電路
1．新型三極功率管OTL功放
    圖2是6C33 C-B雙三極管OTL功放電路圖。本電路采用國外新型低內(nèi)阻、大功率雙三極管6C33C-B作OTL功放，每個聲道用一對6C33C-B作功率放大，在輸出8Ω負(fù)載時，每聲道的輸出功率可達40W。
 
    本OTL功放輸入級采用高放大系數(shù)雙三極電子管12AX7組成前級差分兼倒相電路。該電路具有輸入阻抗高、動態(tài)范圍大的特點。為了拓寬頻響、減小相位失真，輸入級與推動級之間采用直接耦合的方式。為提高前級增益，在差分輸入管12AX7的陰極加上-22 V 電壓，并串接了一只1.1mA的恒流二極管，使前級工作更加穩(wěn)定可靠。
    推動放大級由中放大系數(shù)雙三極電子管12BH7擔(dān)任，該管特性與l2AU7、12JD8、5687等雙三極管特性相近。為了增大屏極電流，提高推動級輸出能力，特將兩只三極管并聯(lián)使用，每管屏極電壓高達265V，組成共陰極推動放大電路。為提高推動級各項電性能、減小失真、拓寬頻響，在兩管的陰極加有較深的電流負(fù)反饋。
    OTL功放輸出級每個聲道采用一對新型雙三極功率電子管6C33C-B。前級一對幅值相等、相位相反的推動信號經(jīng)過兩只0.47 F電容耦合至功放管。
    本OTL功放級采用正負(fù)雙電源形式，其功放級工作電壓為±182V。功放管6C33C-B的柵極與陰極間的最高負(fù)壓值為-60V，上邊管的柵負(fù)壓由單獨的負(fù)壓電源供給，下邊管的柵負(fù)壓則由另一組負(fù)電壓供給。
    為提高OTL功放的各項電性能，在OTL中點輸出端與輸入端之間通過1.8kΩ電阻加了適當(dāng)?shù)碾妷贺?fù)反饋，使整機電性能穩(wěn)定可靠。本機的頻率響應(yīng)為10Hz～200kHz(±0.1dB)。
    在OTL功放電源供給方面，功放級的正負(fù)高壓由電源變壓器中135V/1.3A繞組經(jīng)二極管正反相整流濾波后取得±182V高壓。輸入級與推動級的屏極高壓由電源變壓器300V/0.1A繞組經(jīng)二極管橋式整流濾波后輸出+395V高壓，并經(jīng)去耦電阻降壓后得到+265V和+140V電壓，分別供給12AX7和12BH7。柵負(fù)壓電源分為兩組，由電源變壓器中的兩個獨立繞組60V/50mA經(jīng)整流濾波后分別供給OTL功放管的柵極作為柵負(fù)偏壓，并通過兩只20kΩ可變電位器進行調(diào)節(jié)。燈絲電源分為3組，前級各聲道為2組。功放管6C33C-B燈絲有兩種用法，當(dāng)串聯(lián)使用時為12.6V/3.3A，并聯(lián)使用時為6.3V/6.6A，本機采用的是串聯(lián)方式。

2．普通三極管OTL功放
    圖3是6KD6五極管OTL功放電路圖。它是將普通束射四極管或五極功率電子管改為三極管接法的OTL功放，利用了電子管簾柵極在相同柵壓下可以輸出較大電流的特點。原來由于相對的屏極內(nèi)阻較大，限制了工作電流，但改成三極管接法以后，簾柵極的電壓與屏極電壓處于同等電位，屏極內(nèi)阻大幅度下降，加強了屏極承受較大電流的能力，因此能在低阻抗負(fù)載下輸出較大功率。
 
    對于普通功率電子管改成三極管接法的OTL功放來說，并不是所有功率管均能采用，必須選用屏極電壓范圍較大的束射四極管或五極功率電子管，如6KD6、6L6、6P3P、6146等。同時，功放級還必須采用多只功率管并聯(lián)的方式，在8Ω低阻抗負(fù)載時，每聲道采用6只功率管并聯(lián)才能符合低阻抗負(fù)載的要求，并且輸出功率僅為30W 左右。

    本OTL功放的輸入級由高放大系數(shù)電子管6J2擔(dān)任，可將輸入的音頻信號進行較大幅度提升，單級電壓增益可達30dB以上。經(jīng)放大后的信號電壓采用直接耦合的方式傳輸至倒相級。倒相級由高屏壓雙三極管6SN7擔(dān)任，屏極電壓取值為340V。由該管組成屏陰分割式倒相電路，屏極與陰極的負(fù)載電阻均取值為33kΩ。這樣，在輸出端即可取得一對幅值相等、相位相反的推動信號電壓。

    OTL功放級采用SEPP并聯(lián)推挽電路，可選用6KD6、6L6、6P3P等屏壓范圍大的功放管，并將其改為三極管接法。采用6只功放管并聯(lián)的輸出方式，使輸出阻抗達到8～16Ω。

    功放級電源為正負(fù)雙電源形式，取值為±230V。功放管柵極負(fù)壓應(yīng)根據(jù)不同功率管特性決定，上邊管與下邊管通過各自的分壓網(wǎng)絡(luò)并通過調(diào)控電位器后獲得。