電子管功放倒相電路及其調(diào)試(中).pdf

電 子 管 功 放倒 相電 路 及 其 調(diào) 試 3 自動平衡式倒相電路 分壓式 倒相 器輸 出信號 的對 稱與否 其中與分壓電阻的取值 精確度有直接關(guān) 系 另外 當電源 或電子管參數(shù)發(fā)生變化時 倒相 器的輸出對稱性與穩(wěn)定性也隨之 惡化 所以 后來又出現(xiàn) 了一 種 自 動平衡式倒相器 從圖5 中看出 它 由分壓 式 倒相 電路演 化而 來 兩者 電路基 本相同 都有放大 臂 與倒相臂兩部分 倒相管 G 2 的信 號也是 從放大 臂 G 1的輸 出端 取 得 所不同的僅僅是G 2 輸出負載 電阻 R 3 的接地 點變 了 電路 的工 作情況及特性 與分壓式 電路也就 截然不同 在這個電路中 G 2 的輸入信 號由G1 輸出端的R2 上提供 而 G 2輸出的反相信號也同時加在 R 2 上 R2 既是 G 2 柵 極輸入 信號 的分壓電阻 又是G2 輸出的負載 電阻 很明顯 R2 使 G 2 帶有很 深的負反饋 電路平衡情況是假 設上下臂的屏極電阻 R R 與 R1 R3 各 自都對稱時 當上臂G1 輸出增大 A點的 電壓上升 加到 字 占西 圖 5 自動平衡式倒相器 20 0 4年 第 5期 Hi Fi 之 友 G 2的信號 電壓增大也 隨之使 G2 輸出升高 U1 與U1 達到相等 如 若 G 2 輸 出 電壓上升 經(jīng)過 R3 的 反饋 電壓增加 又使 G2的輸 出降 低 兩管輸出便自動維持平衡 一 般將 R2 稱為平衡電阻 由于 R2 是上下臂屏極輸出端的公共負載 電阻 故又名共屏極倒相器 從 圖 6 可見 G 2 是 一個電壓 并聯(lián)負反饋放大 若R1 R3 則 上下臂 電路平衡條件為 U 1 U2 K2 R3 R2 2 K2 式中K2 為G 2 的放大倍 數(shù) 這 種電路兩臂輸 出一 般只能 做到基 本平 衡 還達不到 完全對 稱 因為G 2 輸出相位相反 達到 完全平衡時 輸 出電壓在 A點因 相位相 反而 被抵消 A 點的電壓 則為零 然而實際上 A點的電壓 又不能等于零 否則G 2 的柵極便 沒有輸 入信號 倒相器也就 不能 工作了 可見兩管輸出還不會平 衡 一般 下臂的輸 出總是相對 偏 低一些 設計好的 電路 G 2 輸 出 的信號 電壓約為上臂 的 9 6 不 a 平衡程度還不到 4 但這 點小的 相差并不顯著影響音質(zhì) 從倒相平衡程 度上 說 K2 及 R2 越大 上下臂輸出也越接近相 等 但R 2 又是推挽兩管的柵漏電 阻 受推挽管柵漏電阻R 所I R2 還 不能過 大 一般 R 2 的阻值可取 R1 R3 的一半或相等 通常 R 2 約在 5 0 1 0 0 k Q之 間 由于陰極 電阻 R 上 的交流 成分互相抵 消 故R 上可不用旁路電容器 此電 路G 2 雖有負反饋 但電路的穩(wěn)定 性仍沒有大的改善 增益也比分 壓式 倒相 電路低些 倒相臂仍 多 了一級 放大 電路 頻 響及 信噪 比 與分壓式電路差不多 保真度還 不如調(diào)試精良的分壓式倒相器 還可以改變電路提高輸出對 稱性 如將圖5 改變成圖6 a 的 電路 這時輸 出的 平衡性得到改 善 而下一級的柵漏電阻R3 R 4 又可以按允許值來使用 R1 R 2 可比R 3 R 4 大兩倍以上 圖6 b 的電路是將G 2 的柵極輸入信號移 到屏極回路中 R2 串聯(lián)在兩臂屏 極負載中點仍起著平衡輸 出的作 用 下一級的柵漏 電阻可以按允 許值來使用 故輸出對稱性與保 真度也有所好轉(zhuǎn) 在此方面也有考究的自動平 衡式 電路 圖7 則是一種較完善的 自動平衡式倒相 電路 它的輸 出 圖 6 改進的自動平衡式倒相器 b 3 5 維普資訊 Hi Fi 之 友 圖 7 完善的自動平衡倒相式電路 電壓對稱性要比普通 電路高得多 只是 電路及裝置比較復雜 自動平衡式倒相器的頻響等 特性很一般 至今在 Hi F i 放大 器中還沒有它的一席之地 但由 于它具 有較 高的增益 管子特性 參數(shù)及電源等變化對電路的影響 較小 能 自動補償增益使輸出平 衡 且無需計算分壓電阻及調(diào)試 等 故早期的一些普通小功率廣 播收 擴音機中多有應用 此電路 所用電子管較 自由 G1 G 2 不一 定要特性相同的 若從電路增益 輸出對稱陛及電路簡潔方面考慮 使用增益高的 6 N2 6 N4 1 2 AX7 或9 N 9 P 高 雙三極管效果好 也 可用兩 只型號相 同的 6 J 1 6 J S P 等 五極管 以獲得更高的增益 4 屏陰分割式倒相器 通 常 電子管工 作時的屏極 與 陰極 電壓是相反的 利 用這個 特性就可以當?shù)瓜嗥?圖8 a 的 倒相器便是這方面 的典型例子 它是把電子管放大電路的負載電 阻均衡地分配成兩個部分 一半 電阻 R 放在電子管的屏極電路 里 另一半 電阻R 接在 陰極 電路 之中 上下臂負荷電阻R 與R 的 3 6 中點都是地電位 R 通過電源接 地 只要 R R 在 R 與 R 上 產(chǎn)生 的電壓 U1 U 2則相等 相 位卻相反 電路平衡條件為 Ul U2 R Rk l 如若 R R 以及 R R 時 振幅就可以做到對稱 Rl 與 R 是 上下臂輸 出 電阻 為R 或R 與下級 R 的并聯(lián)值 屏陰分割式倒相 電路 由于存 在著特別深的負反饋 故電路增 益小于 1 也就是說 G根本沒有增 益 僅僅起到倒相的作用 因此 一 般也將 此 電路稱 為倒相式 分 負載 減生式或衰減式等倒相器 從電路情況看 分負載電路 的 屏極 臂具 有 電流 串聯(lián) 負反饋的 特性 其輸出阻抗 R 就很高 而 下 臂的陰極輸 出器又具 有 電壓 串 聯(lián)負反饋輸出R 低的特點 故上 下 臂輸 出阻抗 R 也就 大不相 同 其上下臂R 為 屏極 臂R R 1 R 陰極 NR R R 1 以后 文圖 1 3 的電路 為例 已 知 電子管 的 3 5 R l l k Q R 2 8 k Q R 為R 與下一級R 的并聯(lián)值 則各臂R 為 R 1 R 1 R l l 1 3 5 2 8 1 0 2 M Q R R R 1 1 l 2 8 1 3 5 1 0 8 k Q 由以上看出 此電路的屏極 輸出阻抗 R 高達幾百k Q 而陰 極 R 又低到幾 k Q 兩臂的 R 相 差也變得極為懸殊 在一個電路 中總是輸 出內(nèi)阻 R 小 輸 出功率 也 越高 可 見屏 陰分割式 倒相 器 的輸 出電壓還 不可 能做到嚴格平 衡 空載情況下上下臂輸 出電壓 U1 U2 還相等 而 有載時 因上 臂 R 高則輸出跌落 下臂R 低輸 出則上沖 并且是下一級負載電 阻 R 柵漏 電阻 R 越 小 不平 衡現(xiàn)象也越顯著 另外 由于電子 管的極間C 不同 陰極因與燈絲 間距小 形成的 C 要 比屏極大得 多 在較高頻率時 C 對下 臂輸 出 信號的旁路衰減也 變得突 出起 來 雖然造成輸出不平衡的原因較多 但這里輸出R 不均是主要的 圖 8 b 是一 種比較好的 電 路 顯然這是 針對上下 臂輸 出阻 抗不均所采取 的對策 它是 在 陰 極臂輸出電路中串聯(lián)了一只電阻 R 使上下臂輸 出阻抗R 一致來均 衡輸 出的 或是 說增大 下臂阻抗 可以降低其輸出電壓而使兩臂平 衡的 當 串聯(lián) R 后兩臂的輸 出內(nèi) 阻持平 信號輸 出電壓則對稱 屏 陰分割 式 電路還 有以下一 些特殊問題 使用時應特別注意 1 下臂因是陰極輸 出器 阻 值很大的負截電阻R 將陰極電位 抬得非常高 在R 上形成的電壓 已經(jīng)遠遠超過電子管工作點所需 要的偏 置電壓 這樣管子 工作點 失常 將工 作在特性 曲線 的彎 曲 部分 電路增益小且失真很大 假 如圖 8 c 中R 2 上 的電壓 為6 5 V 如此高的偏置電壓將使電子管的 屏流截止 一般是在 R1 上再 串聯(lián) 一 只小電阻 R 2 從陰極電路中分 取一部分 電壓 電路如后文 圖 l l a 所示 如在 R1 上串聯(lián) R2 后 U 由6 5 V降至 6 1 V 就可分得 2 5 V電壓 則會給管子建立一個合 適的偏置電壓 R 2 的阻值一般為 1 3 kQ 為防止因串入 R 2 使下 臂負載總電阻增大而引起輸出失 衡 應該在 R2 上并聯(lián)一只大容量 的 電容 器 以消除此 電阻的負載 作用 因倒相 管柵極 電位較 高 就 20 0 4年 第 5 期 維普資訊 a b C 圖 8 三種形式的倒相器 為前級直耦提供 了便利 可 以不 用交連 電容 將前 級與倒相級直 接 耦合成圖9 N電路 平常都是用一 只雙三極管 一半 G1 作前放 另一半 G 2 倒相 二級直耦成 D C放 大 電路 不但解決 了倒相級 的偏置問題 而且電路簡潔 相移 小 上下臂的輸出也更平衡 20 0 4年 第 5 期 圖 9 前 級與倒相級直耦電路 Hi Fi之 友 2 由于陰極與燈絲之間的 結(jié)構(gòu)距離近 兩者 因 電位高還 存 在著絕緣耐壓 及漏電所 引發(fā) 的交 流聲問題 改善的措施是用交流 點燃燈絲時 將燈絲不接地 使 電 源懸浮起來 并在燈絲上施加適 當?shù)?稍低于 U 正 電壓使兩者 同電位 以此提高陰極與燈絲間 的耐壓 也抑 制了因漏 電而 出現(xiàn) 的交流聲 必要時也可用直流 電 來點燃燈絲 信噪比則更高 此電路的設計與普通電壓放 大電路一樣 也是 U 高 上下臂 負載電阻R 越大 其增益也越高 但 R 用得 小些高頻 響應好 通 常 R 約在 2 0 5 0 k Q之 間 只是 電 路增益 的高低 及輸 出對稱性 已經(jīng) 與電子管的特性沒有多大關(guān)系 故選擇電子管應從電路簡潔 不 失真增益及高頻響應等方面考慮 一 般偏置電壓高的高 三極管較 合適 但從電路穩(wěn)定性及保真度 上著眼 中 三極管又較有利 在 Hi F i 電路中 倒相級多半都設 在功放的前一 二級內(nèi) 由于屏壓 與驅(qū)動信號低 應選擇 那些 C 小 R 低的6 N3 6 N1 l 等電子管 對 于 頻 響要 求 高 的可 選 用 6 N l 1 2 AU7 三極管 如驅(qū)動那些低內(nèi) 阻 高激勵 電壓的功率級的 還 必 須采用偏置電壓及陰極與燈絲 間 耐 壓高的 6 Nl 6 N6 6 N7 P 6 N8 P l 2 B H7等中 雙三極管 以提高功放的動態(tài)范圍與傳真度 3 由于 電路 的增益都做不 到 l 當屏壓或負載電阻用得較 低 電路增 益 K往往會降低到 0 9 以下 如K為0 8 當推挽功率管 一 臂的激勵信號要 求 9 4 V時 倒 相級 輸入信 號至 少要高 達 l l 7 V 9 4 V 0 8 l l 7 V 故采 用此 倒 相 器時一 定要把 電路增益與音源 實際輸出電平充分考慮進去 值 得注意的是 目前的 C D VC D等 音源的實際輸 出都以線路輸 出 0 d B 0 7 0 7 V 電平為標準 與 其標稱輸出的 1 5 2 V峰值電平 相差甚遠 另外許多C D碟片刻錄 時信號電平控制比較馬虎 輸出 電平往往也達 不到 0 d B ?？吹?一 些發(fā)燒友用 3 0 0 B 2 A3 或 6 N5 等電子管裝配的功放 前置是一 級R S P P電路 后一級跟著便是屏 陰分割式倒相器去推動功率管 上述管子都需要非常高的激勵信 號 如按照音源峰值輸出信號電 平來設計電路 顯然這樣的電路 增益就推不動功率級 在播放這 類節(jié) 目時功放也就達 不到所希望 的保真度與輸出功率 此外 過高 的信號電壓往往使倒相級工作在 過激勵的失真狀態(tài) 在要求高輸 出信號的或 Hi F i 電路中 最好 在倒相器后面再跟隨一級增幅級 或推動級 以減輕倒相級的失真 與承受能 力 歸納 起來 屏 陰分 割式倒相 器的閃光點在于 它不另外增加 倒相放大級 電路簡單工作穩(wěn)定 可靠 信噪比高 輸入 阻抗高對信 號損耗小 有很深的負反饋抵消 了失真成分 上下臂輸出信號對 稱性較 好 能承受大 信號 激勵而 頻響寬 保真度較高 并且電源和 3 7 維普資訊 H i Fi 之 友 電子管參數(shù)變 化對 電路的影 響也 很小 因此 它一向受到人們的青 睞 始終在各類音響設備中得到 廣泛的應用 5 共陰極倒相器 這 是上下 臂 自動 平衡倒相 的 另一種 電路形式 它將平衡 電阻 R2 從電子管的屏極移到陰極電路 中來 電路見圖1 0 所示 圖中G1 是 電壓放大臂 G 2 是倒相臂 R 2 是 共同的陰極 電阻 當有信號時 G 1 的屏流變化使其陰極電壓 U 也相應變化 G1 與 G 2因是共 陰 極電路 R2 上的電壓變化等于給 G 2 輸入了信號 也會引起 G 2屏 流變化 于是在R3 上輸出反相信 號 圖 1 0 自動平衡倒相電路的另一種形式 此 電路 中G1 G 2 的 陰極互相 耦 合 以差分 電路的形式工作著 由于共 陰極 電阻R2 很大 阻值 已 快接 近屏極 電阻 就好 像一條長 長的尾 巴拖在后 面 故也將共 陰 極電路稱為陰極耦合式 差分式 或俗稱為長尾式倒相器 從電路情 況看 R 2 的阻值越 大 上下臂的輸出也越平衡 在上 圖中假 設 R1 R 3 K2 則 U1 U2 平衡的關(guān) 系式為 U2 U 1 K2 R1 K2 若R2 等于或大于R1 R 3 并 且 K2 遠 大于 1 時 上下臂輸 出就 接近平衡狀態(tài) 但共陰極電阻R2 3 8 增大后 電阻上的直流壓 降也大 受 G 1 G 2 的 屏壓 及陰極與燈 絲問 的耐 壓與屏極直 流電源等方面的 限制 R2 還 不能 任意增大 此 外 當 R2 過 大時 所 引起 的負 反饋 很 重 電路增益降低也越大 長尾 巴 電路約有 5 0 的負反饋 故電路 增益一般不會超過電子管 的一 半 C 是 將R2 兩端的信號加到 G 2 的輸入 電容 它的容量左右 著低 頻響應 C越大低頻端的相移也越 小 但從瞬態(tài)響應上說其容量 又不 宜過大 通 常 C取 0 4 7 2 F R 2 約為0 5 0 8 R1 長尾式 電路 的屏阻也不要太大 在2 7 4 7 kQ 之 間高頻響應較好 事實上 共陰極倒相器的輸 出還做 不到嚴格的平衡 原因是 G1 G 2 的輸入方式無法一致 R2 也做不到 無限大 還 因下臂 G 2 工作在負半周 電容器 C使它的 柵極電位要比G1 正半周 偏高 一 些 這樣 兩臂的屏壓不等 增 益也就有些差別 雖然R k 的負反 饋 作用有助于平衡 但上下臂的 增 益仍存 在相 當?shù)牟钪?M M 可 由以下算式表示 M R R J R R 2 1 R 式 1 如用 6 N1 的共 陰極 倒相器 假 如 R1 R2為 3 O k Q R 為 2 0 k Q 6 N1 的 R 是 l l k Q 為 3 5 兩臂總增益 K為 K R R R 3 5 3 0 1 l 3 0 2 5 6 K1 或K2 K 2 2 5 6 2 1 2 8 K1 或K2 為其中一臂的增 益 上 下臂 增益 的 差值 M 代 入 式 1 則為 M 1 l 3 0 l l 3 0 2 3 5 1 2 0 0 0 2 8 G1 G 2的增益為 G1 K1 1 M G2 K2 1一M G1 G 2的實際增益為 Gl l 2 8 1 0 0 2 8 1 l 3 1 6 G2 1 2 8 1 0 0 2 8 1 2 4 4 從以上計算可見 為使長尾 式電路上下臂增益平衡 通常下 臂的負載電阻R3 要比上臂 R1 稍 大一些 一般為 1 1倍左右 例如 R1 為2 7 kQ R3則為 3 0 kQ 2 7 1 1 3 0 這 時它們的U 雖不等 但信號振幅 則比較 對稱 當然 這 僅僅是個經(jīng)驗數(shù)據(jù) 要達到精確 的平 衡還要經(jīng)過測量 調(diào)試 常見 到許 多朋友在使用長 尾式倒相 器 時 往往將上下臂的屏極負荷電 阻取得相等 以為這樣電路就平 衡 了 事實上 又破 壞 了信號 的對 稱性 除非采用恒流源代替 R2 兩臂輸出才能做到平衡 圖 l l 是 這方面的電路 在 a b 中上 下臂屏負荷電阻取得相等 并用 電子管或晶體管代替 R 2的恒流 源電路 它們 使共 陰極 電阻增大 尾巴也變得特別長 故輸出相當 平衡 也可以對 G的陰極施加負 電壓 如圖 l l C 所示 提 高屏 壓并同時增大 R2來改善兩臂輸 出對稱性 但這 給制作上帶 來困 難 也不經(jīng)濟 共陰極倒相器有以下優(yōu)點 1 上下臂輸出阻抗相等 輸 出信號對稱性高 也避免了燈絲 與陰極等C 對高頻信號衰減不一 的問題 2 雖有倒相放大臂 但耦合 方式不同 兩臂都有很深的負反 饋 等量的 故強信號過載能力 及頻響特性好 保真度高 3 具有差分電路的特點 電 路穩(wěn)定 共模信號抑制能力強 信 20 0 4年 第5期 維普資訊 a b C 圖 1 1 帶恒流源 的 自動平衡 倒相 電路 噪 匕 好 缺 點是 電路增益 比較 低 對 2 0 0 4 年 第 s 期 電子管特性參數(shù)的 一致要求較高 相關(guān)的偏 置電路及調(diào)試也 變得較 復雜 另外 阻值很大的共陰極電 阻 R2 形成的 U 高達 1 0 0 V以上 管子的偏置及陰極與燈絲間的耐 壓就成 了問題 如若減 小R2 而顧 及工作點等 又會增大輸 出的非 對稱性 對此 目前的長尾式 倒相 器都采取 圖 1 2 的 電路 將倒相級 G 2與前級 電子管 G1 直接 耦合起 來 以抬 高G 2 的柵負壓來而 獲得 所需的偏置 對于陰 絲極之間的 耐壓問題 可 按屏陰分割式 電路 的有關(guān)方法解決 圖 1 2 長 尾式 倒相 器 鑒 于以上原 因 早期一 些高 保真功放迫于電子管工作點的建 立及 陰極 燈絲 間耐壓等方 面的 原 因 大 多將 共陰極倒相 電路 中 的 R 2 運用得很 小 如 圖 1 3 a 中 的 R2 僅為 1 k Q 而 且 C也常被 省去 還稱不上長尾 巴電路 對于 短尾巴引起的輸出失衡 只能在 上 臂中接入 電位器 w 以分壓方 式降低輸出使兩臂平衡 此電路 的優(yōu)點是 R 2 阻值 小 形成的反饋 量不大 屏阻較大 電路增益很高 并且電路交連也很 自由 但輸出 必須經(jīng)過調(diào)試才能獲得平衡 圖 1 3 b 是 6 3 5 型落地式盤 式錄音 機 中前 置放音 電路的共 陰 Hi Fi 之 友 極 倒相 電路 推 挽輸 出 0 dB 電 平 兩管的偏置電壓是從共陰極 電阻 R1 R2 分 壓取 得的 R2 阻 值 雖僅為 4 7 k Q 與其屏極 負載 電阻 變壓器線圈 要大得多 已 經(jīng)是特 別長 的長尾 巴電路 了 此 電路不但輸 出平衡性非常高 也 較好地解決 了G1 G 2 的偏 置及 陰 極 燈絲之 間的耐 壓問題 圖1 3 C 是一個示波器Y軸 電路 中的倒相級 別看 它的共陰 極 電阻也僅為 8 k Q左右 但相對 于 3 6 k Q的屏負載電阻而言 卻 是名符其 實的長尾 巴電路 并在 其 陰極 電路 中還 有很完 備的平衡 校 整網(wǎng)絡 故輸 出對稱性 一點都 不遜色 共 陰極倒相 電路在 其他地方 也常見到 如圖 1 4 a 的 自倒相 的功放 電路就非常 有趣 它正是 共陰極 倒相 電路的一種變通應用 該 機 共 有 兩 級 放 大 電路 其 中 G1 G 2 構(gòu)成S R P P 前級 電路 G 3 G 4 既做功率放大 本身又兼有倒 相的作用 G3 的輸入信號由兩管 的陰極耦合而來 上下臂正 負半 周信號在輸出變壓器里合成功率 輸 出 本機 電路非常簡潔 電子管 為 2 只6 F 3 或 E C L 8 2 E C L 8 6 三 極 五極復合管 雙聲道時也僅 為4 只 阻容元件只有4 5 只 但 音量 W 1 與音 色 W2 控制卻 一 應 俱全 末級倒相 電路尾 巴雖 較短 對稱性差些 但 由于前后兩 級 電路各 自都是推挽放大電路 可輸出 8 1 0 W 功率和較好的音 質(zhì) 因此 過去多用于功率不太大 的經(jīng)濟型家用放音設備 中 其實 目前流行的RS P P電路 也 基本屬于此類 電路 只不過 它 的倒相形式與輸 出方式不 同罷了 3 9 維普資訊 Hi Fi 之 友 a b C 圖 1 3 早 期的共陰極倒相電路 在圖 1 4 b 的 自倒相的并聯(lián)推挽 功放電路中 全波信號由電路的 中點輸出 R1 與R 2 是G1 G 2 的 自生偏壓 電阻 阻值大小決定 著 各自的工作點 其阻值大產(chǎn)生的 一 U也高 管子的I 則小 反之 亦然 R1 R 2 應當嚴格對稱 除 非兩只管子參數(shù)不一致時 R 1才 不等于 R 2 ?？吹讲簧匐娐窙]有 4 0 a 圖 1 4自倒相