[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(dāng)年，它的出現(xiàn)給音頻放大器的聲音質(zhì)量帶來(lái)了一場(chǎng)改良，其設(shè)計(jì)陽(yáng)極耗散功率為25W(工作數(shù)據(jù)如附表)。如今，由中國(guó)曙光電子管廠生產(chǎn)的該管，暢銷海內(nèi)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(tǒng)天下的今天，它寶刀不老、雄風(fēng)猶在也正是因?yàn)檫@個(gè)原因。

一，電子管特點(diǎn)

    電子管是人類歷史上的第一種電子放大器件。說(shuō)到電子管工作原理，對(duì)于現(xiàn)在的愛好者來(lái)說(shuō)，是一個(gè)既古老而又時(shí)新的話題。由于某些導(dǎo)向上的偏見和能源關(guān)系的原因，我國(guó)在70年代以后一刀切地停止了電子管的介紹和應(yīng)用，這無(wú)疑給現(xiàn)在的膽管發(fā)燒帶來(lái)困難。在此，有必要對(duì)電子管的一些常識(shí)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(xiàn)在常見的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工件方式去理解就很容易入門。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(xiàn)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(wěn)定，不需要在晶體管機(jī)中必不可少的巨型散熱器：二是負(fù)載能力較強(qiáng)，而且，不象晶體管那么嬌氣。真要燒掉一只管子也要以數(shù)十分鐘以上計(jì)，所以，實(shí)驗(yàn)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(fù)載揚(yáng)聲器。在機(jī)器萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，是不會(huì)象晶體管機(jī)那樣禍及到昂貴的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
    制作和使用電子管機(jī)時(shí)要注意：機(jī)內(nèi)高壓，小心觸電！元件的耐壓可靠性要高，嚴(yán)禁帶電焊接。再有，電子管饑嚴(yán)禁空載，在試機(jī)時(shí)一定要連接好揚(yáng)聲器。
    電子管是一種高電壓工作的、具有相當(dāng)大內(nèi)阻的真空電子放大器件。它的最大長(zhǎng)處是具有近似理想的放大線性．這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是目前已出現(xiàn)的晶體管還無(wú)法達(dá)到的，這使它的運(yùn)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(duì)應(yīng)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(dú)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(xiàn)在廣泛運(yùn)用的電動(dòng)式揚(yáng)聲器的阻抗要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，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(qū)動(dòng)低阻揚(yáng)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(duì)于現(xiàn)代音源高速發(fā)展，按再現(xiàn)以CD唱機(jī)為代表的高保真節(jié)目源的要求，放大器的指標(biāo)就非常重要。對(duì)電子管放大器而言，這個(gè)指標(biāo)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(tái)英國(guó)成品機(jī)套件，沒(méi)有介紹具體制作，現(xiàn)只就變壓器設(shè)計(jì)和工藝要注意的問(wèn)題作一探討。
  1、初級(jí)與次數(shù)的匝數(shù)比是根據(jù)某種特定的電子管的輸出阻抗與所推動(dòng)的揚(yáng)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(shè)計(jì)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(yīng)，初級(jí)線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(tǒng)的以收音機(jī)及普通用途的擴(kuò)音機(jī)為前提的變壓器顯然是不能勝任現(xiàn)代要求的。
  3、電子管作推挽輸出的變壓器，根據(jù)輸出級(jí)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(hào)工作狀態(tài)又是正、負(fù)半周互為反相推挽放大的特點(diǎn)，在繞組繞線的方向上，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)磁力線方向相反，在鐵芯內(nèi)部互相抵消，以使變壓器內(nèi)鐵芯靜態(tài)磁場(chǎng)為零，充分利用給定鐵芯的磁通量，這對(duì)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?yàn)V波不良寄生的紋波成份也可以在變壓器內(nèi)部相互抑制，有利于提高信噪比。
    電子管輸出變壓器工藝很嚴(yán)格，要解決以上的矛盾也非常不易，這是現(xiàn)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(jí)原理

圖1 簡(jiǎn)單的輸出級(jí)

     圖1示出了常見的電子管推挽輸出級(jí)線路結(jié)構(gòu)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(jí)繞組向電子管供電，負(fù)載(揚(yáng)聲器)聯(lián)接在次級(jí)端。該線路采用“固定偏壓”式線路：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)接到滿足兩電子管正常工作的負(fù)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(shè)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(duì)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(yīng)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(hào)而論是不盡相同的。而且同型號(hào)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(fù)一些，反之，若運(yùn)用時(shí)沒(méi)有取到參數(shù)給出的陽(yáng)極高壓，柵極偏壓的絕對(duì)值就要減小。電子管的典型工作參數(shù)可以從有關(guān)手冊(cè)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(cè)設(shè)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(hào)放大通路，是由前級(jí)分相，取得兩個(gè)互為反相的對(duì)稱信號(hào)電壓分別進(jìn)入兩只電子管的柵極，調(diào)制陰極發(fā)射的電子流，在陽(yáng)櫻得到放大了的信號(hào)電壓、進(jìn)入變壓器合成，并通過(guò)變壓器耦合輸出給負(fù)載揚(yáng)聲器。輸出變壓器的內(nèi)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(nèi)部反相相抵，而反相的信號(hào)成分在變壓器內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)橥嘣鰪?qiáng)。功率一般增強(qiáng)為單只電子管的兩倍左右。(具體甲類、甲乙1類、甲乙2類、乙類工作狀態(tài)的輸出效率在此不作比較，本機(jī)為甲乙1類工作狀態(tài)。對(duì)于三極管、束射四極、五極管及流行的超線性狀態(tài)因涉及面多在此也不作探討，該機(jī)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(duì)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(jī)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及周圍元件與輸出變壓器組成的推挽式功率放大級(jí)。
  3、由晶體管Q1、Q2組成的差動(dòng)電壓放大級(jí)。這一級(jí)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(hào)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(duì)信號(hào)電壓的分相，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)推挽式放大器需要的平衡式電壓輸出.。c．整機(jī)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(jī)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(tái)方式那樣，設(shè)定電子管靜態(tài)調(diào)整元件。
    本機(jī)的這種設(shè)計(jì)，有個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是一般設(shè)計(jì)無(wú)法達(dá)到的，這就是，放大部分的兩級(jí)都是采用對(duì)稱的平衡式設(shè)計(jì)，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(hào)，可以在放大器內(nèi)部自動(dòng)地獲得抵消和抑制。所以，本設(shè)計(jì)裝制的放大器，交流聲、噪聲等雜音指標(biāo)很低，信噪比完全勝任數(shù)字音響對(duì)放大器的要求。
    輸入信號(hào)從晶體管Q1的基極直接耦合進(jìn)入功放輸入級(jí)。Q1和Q2組成差動(dòng)電壓放大級(jí)，R3是這個(gè)差動(dòng)放大器的公共射極電阻，該電阻的阻值很大，有相當(dāng)?shù)暮懔魈匦裕@對(duì)提高差分放大器的共模特性和從高壓HT端取得合適的Q1、Q2工作電流、射極電位是非常必要的。其阻值大小對(duì)工作電流的設(shè)定起到重要作用。電阻R4、R5、及PR1是本差動(dòng)放大器的集電極負(fù)載電阻，為提高輸入級(jí)的電壓增益，這個(gè)電阻值取得比較大。PR1是為了克服晶體管參數(shù)離散性大，配對(duì)性能差的毛病而設(shè)定的，它有微調(diào)兩電子管控制柵極直流靜態(tài)工作點(diǎn)和調(diào)整交流噪聲自我抑制的雙重功效。電阻R4、R5與PR1的總阻與差分放大器的工作電流產(chǎn)生的電壓降將決定功放管的控制柵極偏壓疽。兩晶體管的集電極直接輸出到Vl、V 2的控制柵極，推動(dòng)功放電子管進(jìn)行功率放大。
    在本級(jí)供電的正負(fù)電源端，設(shè)立了由R2C1、R6C2組成的退耦濾波電路。
    功放部分非常簡(jiǎn)潔。功放級(jí)的原理在上面已經(jīng)談過(guò)，在此就不重復(fù)。本機(jī)采用推挽式固定偏壓五極管功率放大電路，電阻R9R10是電子管簾柵極供電電阻，它的數(shù)值是按照給定的EL34型號(hào)設(shè)定的．變壓器T3是電子管EL34熱子供電電源，次級(jí)連接熱子的一個(gè)端接到公共電位，對(duì)減低管子產(chǎn)生的交流聲很有作用，
    機(jī)設(shè)定了一定的負(fù)反饋環(huán)路。負(fù)反饋的熱端是從輸出變壓器的次級(jí)通過(guò)電阻R7、R8分壓，把輸出信號(hào)的一部分送到輸入級(jí)差動(dòng)放大器反相輸入端(Q2的基極)獲得的，R7、R8與輸出變壓器的降斥比共同決定負(fù)反饋量，并可控制整機(jī)輸入靈敏度。本機(jī)在額定輸出功率時(shí)，輸入靈敏度為650mV。負(fù)反饋環(huán)路對(duì)于降低束射四極電子管、五極管的等效內(nèi)阻與降低整機(jī)的失真系數(shù)有很大的作用。電子管放大器不會(huì)出現(xiàn)晶體管機(jī)的所謂瞬態(tài)互調(diào)失真，取得一定的負(fù)反饋是有好處的。

圖3 輸出級(jí)接線

五，電子管機(jī)元器件的選擇

    附后給出了本機(jī)所需元器件的清單，請(qǐng)照給定的參數(shù)配置，電于管機(jī)內(nèi)部供電電壓很高，要特別注意承受高壓的器件的可靠性，絕緣耐壓參數(shù)是否足夠，以避免裝調(diào)機(jī)器時(shí)因元件質(zhì)量不佳而帶來(lái)的不必要麻煩！

六，整機(jī)的安裝

    電子管擴(kuò)音機(jī)需要有較大的機(jī)械強(qiáng)度的機(jī)架底板。本機(jī)是采用厚度為2毫米的合金鋁板加工成底板的。底板的尺寸和詳細(xì)的加工孔位如圖4所示，請(qǐng)仔細(xì)照樣加工。機(jī)殼結(jié)構(gòu)是以上所敘的底板作為固定全部零部件的基板，側(cè)面板厚度為3毫米的鋁板彎折成框型，底面板為與基板一樣大小的厚底為2毫米的鋁板制造，它們靠螺絲緊緊地固定成一個(gè)薄箱?，F(xiàn)在的電子管機(jī)非常講究焊裝工藝和結(jié)構(gòu)造型，是不再在外面加網(wǎng)罩的，裝成功的整機(jī)就象照片那樣非常美觀，且這種式樣代表當(dāng)今高級(jí)電子管機(jī)的時(shí)尚。圖上帶☆號(hào)的孔是為穿過(guò)電線而設(shè)的，請(qǐng)?jiān)诳變?nèi)安裝專用于穿線孔的工字型像膠圈，提高機(jī)器的絕緣性能。

圖4 機(jī)殼詳細(xì)尺寸

    晶體管差分放大器是安裝在如圖6所示的印刷電路板上．請(qǐng)先按本文提供的印制板圖進(jìn)行加工，并安裝好上面的元器件。整部機(jī)器上的晶體管、電容器是有極性的元件需要識(shí)別并正常地進(jìn)行安裝。

圖5 電源連接

圖6 印刷電路板元件布局

混合功放印刷板

    在做好以上的準(zhǔn)備工作以后，就可以按照?qǐng)D3、圖4、圖5和底視的配線照片進(jìn)行總裝焊線了。
    先把電子管座、輸出變壓器、電源變壓器、電源開關(guān)等等大型元件用螺絲固定在底板上，再把輸入、輸出插座、前級(jí)印板等安裝上去。注意元件的金屬部分，輸入、輸出插座的冷、熱端，印制板要保證與金屬機(jī)殼有可靠的絕緣，以保證安裝安全和避免因產(chǎn)生“地線環(huán)路”形成雜音干擾等許多不必要的麻煩。請(qǐng)注意電源變壓器T2，T3及輸出變壓器T1、濾波大電容C，和4只陶瓷的8腳電子管管座是安裝在底板的外面，電源變壓器T4及前級(jí)印板是安裝在底板的內(nèi)側(cè)。參閱照片所示。
    在安裝完本機(jī)的大型零件后，現(xiàn)在可以開始做各部件之間的連線工作。具體如何連線請(qǐng)參照?qǐng)D3、圖5、圖6。請(qǐng)注意  ，輸入插座到前置板要用上屏蔽線，并做到一點(diǎn)接地。從變壓器T。及變壓器T，的次級(jí)端到燈絲及前置印制板的連線是帶有交流成分的，請(qǐng)使用雙芯絞合銅芯塑膠線，使它們周圍的變壓磁場(chǎng)有自抵消作用，這對(duì)減少交流聲是十分有利的。
    要嚴(yán)格重視公共線(俗稱地點(diǎn))接地點(diǎn)的工藝和位置對(duì)提高機(jī)器性能的重要性。各個(gè)部件的接地點(diǎn)(圖上標(biāo)識(shí)為CE)請(qǐng)各自獨(dú)立的引線，歸于電容器C3負(fù)極端為一點(diǎn)，也就是并聯(lián)式的星型接法。不要采用一條線連接到底和各自散布在金屬底板的上的錯(cuò)誤方法，這樣可能產(chǎn)生“地回路”使信噪比下降。同樣，金屬底板也要從C3的負(fù)極端單獨(dú)引一條線接零電位。
    本機(jī)是晶體管、電子管混合式，大型元件較多，電烙鐵的功率可能需要45W一75W的功率才能焊接好，晶體管部分的印刷電路板及元件比較嬌氣，這就需要一只25W一35W的烙鐵進(jìn)行焊裝。
    整機(jī)安裝完畢后，請(qǐng)認(rèn)真對(duì)照線路仔細(xì)檢查幾遍，以免通電后遭受重大損失1機(jī)器內(nèi)部有高電壓存在，請(qǐng)注意絕緣性能，高壓部分的裸露接頭一定要套上套管。

七，調(diào)試

    在完成上述裝工序并且切切實(shí)實(shí)認(rèn)真檢查核對(duì)后，下面，我們開始進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。調(diào)試需要具備一只20kΩ／V以上的萬(wàn)用表、螺絲刀再就是您的金耳朵。電子管放大器相對(duì)晶體管調(diào)試要方便得多，只要細(xì)心操作是較易完成的。
    第一步；幾個(gè)關(guān)鍵電壓的測(cè)量與核準(zhǔn)。本機(jī)幾個(gè)關(guān)鍵的電壓在圖2上已經(jīng)標(biāo)注。為防止電壓不準(zhǔn)，燒壞昂貴的電子管，在第一次試機(jī)時(shí)，請(qǐng)把4只EL3／t電子管從管座上拔掉。拔、裝電子管時(shí)一定要用手指握住管基的膠木部份。左右輕輕搖動(dòng)拔插，并注意對(duì)準(zhǔn)鍵槽。插上電源插頭，接通電源開關(guān)，第一步看是否有元件嚴(yán)重發(fā)熱、爆裂等因元件素質(zhì)不良而導(dǎo)致的異常情況。若正常時(shí)，就可檢查各電壓是否與正常工作時(shí)相符。請(qǐng)重點(diǎn)檢查電子筲熱子(燈絲)電壓是否為6．3V，柵極對(duì)地電位是否為－30V(電子管工作在甲類、甲乙1類放大時(shí)沒(méi)有柵流產(chǎn)生，可以視為輸入阻抗為近似乎開路的無(wú)限大電阻，它在與外電路并聯(lián)后，是不會(huì)產(chǎn)生分流作用的）。如果測(cè)量的結(jié)果正常就可以進(jìn)行下一步調(diào)整。若反之，第一，前級(jí)差分管集電極對(duì)地直流電位不平衡，可以調(diào)整可調(diào)電位器PR1糾正。第二，集電極電位不為－30V，這就需要對(duì)R3的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整R3大，Ic小，負(fù)電位絕對(duì)值升高，R3小，Ic大，負(fù)電位絕對(duì)值降低。
    在調(diào)整時(shí)注意，由于高壓濾波電容儲(chǔ)藏有高壓能量，在關(guān)機(jī)后調(diào)整前，需要用一只lkQ到2kQ左右的大功率電阻對(duì)c，進(jìn)行放電，以保證安全I(xiàn)在以上的測(cè)試調(diào)整完成后，關(guān)機(jī)?？蛇M(jìn)行試音了。切記：
    1、連接好揚(yáng)聲器負(fù)載！
    2、暫時(shí)焊開T11熱端取負(fù)反饋電阻R7的連接點(diǎn)。
    插上4只EL34電子管，輸入端(Q1基極)不輸入訊號(hào)。打開電源開關(guān)，這時(shí)，我們會(huì)看到電子管的熱子(燈絲)在給電以后，慢慢地紅亮起來(lái)，隨后，揚(yáng)聲器內(nèi)有輕微的聲響放出，若整機(jī)平衡做得很好，此時(shí)的聲音就很小很小。若有交流聲出現(xiàn)，可以左右調(diào)整PR1的動(dòng)片，使交流聲最小。這時(shí)，就可以輸入小音量的訊號(hào)進(jìn)行試音了。注意，此時(shí)因沒(méi)有加入負(fù)反饋，整機(jī)的開環(huán)增益很高，聲音很響很響。所以一定要調(diào)小輸入信號(hào)電平，以免沖毀揚(yáng)聲器。
    如果您安裝的這臺(tái)放大器經(jīng)過(guò)以上的步驟都過(guò)了關(guān)的話，那末您就完成了百分之九十的工作量，可以進(jìn)行加負(fù)反饋的最后一步。
    要做的這個(gè)工作，您一定要有思想準(zhǔn)備。因?yàn)椋?fù)反饋的取點(diǎn)如果因輸出變壓器的初次級(jí)相位接錯(cuò)。這時(shí)，就形成了正反饋，也就是常說(shuō)的振蕩，揚(yáng)聲器將發(fā)出類似于牛吼一般的大聲怪叫。如果真有這事，您也不必心慌，馬上關(guān)機(jī)。把輸出變壓器次級(jí)端冷、熱極的連線對(duì)調(diào)一下就是了。自然，如果一切正常，而且在加入負(fù)反饋以后，您的機(jī)器噪聲更小，樂(lè)音明顯轉(zhuǎn)靚的話。一臺(tái)采用著名發(fā)燒級(jí)電子管的放大器就制作成功了1欣喜之余，您不妨試一下“藍(lán)兩樓”、“薩克斯管”。相信您會(huì)情有所動(dòng)，世上真還有如此美妙的音樂(lè)，真讓人陶醉1