本文介绍一款20 W单端纯甲类功率放大器,电路十分简洁、元件较少,符合“简洁至上”原则,用料普通、易于仿制。整机电路可分为输入级、电压放大级、输出级与扬声器阻抗补偿四部分。
输入级
核心电路是两只BC559组成的差分放大电路。22 kΩ电阻为三极管偏置电阻,同时决定整机输入电阻;8.2 kΩ为差分对管公共发射极电阻,决定共模抑制比与本级静态工作电流。经输入级放大的电流流过1 kΩ可调电阻产生电压信号直接送下一级。1 μF电容为整机输入电容,其容量与材质对音质影响较大:按理论计算,1 μF电容与输入电阻22 kΩ构成高通网络,低端转折频率f≈1/(2π×22 k×1 μ)≈7.2 Hz。鉴于数码音源已普及,将低端转折频率选在1 Hz以下更为理想,因此该电容应选用品质优良的音频专用耦合电容。8.2 kΩ电阻决定输入级静态电流(两管值):VCC/8.2 k=20/8.2≈2.4 mA。静态电流小则信噪比高但音质发干,大则音质温暖但高频噪声与电流声增加,取2.4 mA较为均衡。
电压放大级
为简化电路,使用一只BD139作共射放大并采用自举电路,本级静态电流约VCC/(1.5 k+1.5 k)=6.8 mA。100 pF小电容作频率补偿,若无高频自激可省去。自举电路由100 μF电容与两只1.5 kΩ电阻分压组成,用以保证大信号输出时的幅度特性与线性。音响界对自举电路有不同看法,认为其近似正反馈、对音质有负面影响;本电路设计年代较早、以“简洁至上”为前提。
输出级
上部两只MJE2955及周边元件组成单端纯甲类放大,下部两只MJE2955为核心组成大电流恒流源,其电流值即输出级静态电流,约0.65/0.25=2.6 A。在8 Ω负载对应约20 W纯甲类输出的前提下,2.6 A显得偏大;由P≈2·I²·RL估算约1.1 A即可满足。但因扬声器阻抗并非恒定,某些频点与极端情况阻抗可能大幅下降,采用较大静态电流并按4 Ω负载可获得40 W纯甲类输出,是一种既稳妥又严谨的设计。
扬声器阻抗补偿
为将感性负载改为接近纯阻,功放输出端对地一般串接阻容补偿网络,电阻取值与扬声器标称阻抗相当,电容取0.1~0.22 μF。
电源与安装调试
由于纯甲类单端功放共模抑制能力有限且静态电流较大,对电源要求较高。宜采用电容滤波方案:变压器容量不低于1000 W,次级四线并绕四组15~18 V、电流≥10 A,两两串联成两组双电压分供左右声道;整流全桥选25 A以上;每声道正负电源每边滤波电容不小于2.2万 μF,宜以多只较小电容并联并搭配高频无极性小电容。若采用双单声道结构(各自独立的变压器—整流—滤波—放大—输出)则更佳。
制作时电阻选用1/2 W金属膜,电容用量少应选精品。调试简单:通电前将1 kΩ可调电阻置于中间,通电后调输出端电位尽量接近0 V即可;保持空载半小时以上观察散热器温度与输出电位后即可投入使用。功放元件尚需老化,通常经过一段煲机时间方能获得最佳听感。