15W纯甲类功率放大器及其稳压电源

2017-03-16 76 0

针对一般居室以客厅或卧室兼作听音室、音箱灵敏度≥89 dB的国情,10~20 W纯甲类功放即可满足普通欣赏需求。本文设计并介绍一台15 W纯甲类功放及其稳压电源。

一、功放电路

VT1、VT2组成差动放大级,每管静态电流约0.5 mA;R3为VT1集电极负载,VT1与推动级VT4直接耦合。输出级由两只同型号NPN大功率管VT5、VT6组成(而非互补对称推挽):VT6对扬声器为共发射极、VT5为射极输出,因此是不对称放大。但实测取消大环负反馈(短路R5)时开环失真很小且以偶次谐波为主,这得益于推动级电路——VT4为集-射分割式倒相电路,从集电极与发射极输出一对大小相等、方向相反的信号。VT4对VT6为射极输出;其集电极信号经发光二极管VD1加至VT3基极,VD1正向压降约1.9 V、可视作低噪声稳压管,使VT3发射极电阻R7两端直流电压基本不变。VT3与VT5组成同极性达林顿复合管,故推挽上臂为一级共射(VT4)加两极射随(VT3、VT5),下臂为一级射随(VT4)加一级共射(VT6),属不对称推挽,各管β不必配对。样机各管β为β1=β2=110、β3=50、β4=90、β5=70、β6=90,宜把β大的管优先置于VT4与VT6。开环电压增益约504,闭环增益由R4与R5决定、约15.7。甲类推挽理论最高效率50%,样机最大不失真输出有效值11 V、输出约15 W(8 Ω)、静态功耗约40 W、最高效率37.5%。无信号时40 W几乎全耗于两只输出管,须加足够散热器并保证通风。

本功放特点:输出功率管β不需配对;以自设计的推动级取代传统自举电路、频响好;输出电压幅度大;电路简单、调整容易。

二、稳压电源

因功放为OCL、输出端与扬声器直接耦合,一般需加延时保护电路;本机采用带短路保护与软启动功能的±17 V双路稳压电源,故省去该电路。正负稳压电路均采用集电极输出式调整电路,效率高、具短路保护但不能自启动。VT7、VT9组成复合电源调整管,VT11为取样放大管;因VT11基极接地,发射极须为-0.7 V,故R19下端接-17 V。负电源对地短路时VT11发射极-基极电压为零而截止,调整管VT9、VT7随之截止,正电源输出为零;由于正负稳压对称,正电源对地短路亦使负电源消失。此设计的价值在于:万一某只输出管击穿短路,另一只管因无电源而无法提供大电流,有效保护了扬声器。输出电压大体由VD4、VD5稳压值决定(低约0.7 V),两管需配对。输入滤波电容每边两只4700 μF并联,输出每边仅一只10 μF无极性电容;满载2.4 A时正侧纹波0.8 mV、负侧1.25 mV。稳压性能良好的原因一是集电极输出式调整管具一定电压放大倍数,二是取样比等于1、输出变化直接耦合到取样管发射极。

为消除开机冲击,电源设计软启动:开机后滤波电容C3正电压经R10向C5充电、C5电压按指数上升,经R12及VD2加到正电源输出端,同时经R16为VT12发射极供电使负电源同步启动;达到正常值后正电压经R14触发单向可控硅VD3导通、VD2截止,C5经R12和VD3放电。延迟时间由R10、C5时间常数决定(本例约0.33 s),开机时音箱无冲击声。

电源效率很高,调整管压降降至1 V仍可稳定;市电220 V时稳压输入取±22 V(带负载),可在市电±10%变化时保持最佳状态。调整管压降7 V、满负荷2.4 A时管耗约17 W、散热器可较小、效率70%以上;压降3 V时效率85%。

三、制作与调整要点

输出管VT5、VT6选东芝2SC3281(β70~110);推动管VT3、VT4选NEC 2SD401(β50~90,输出管β超100时可用3DG130/3DG12代);输入级VT1、VT2选9012/9015(β约100、需配对)。电源部分VT7、VT8选MJ2955与2N3055互补对、β>80;VT9、VT10选3CK9/3DK9中功率管;取样管VT11、VT12选9014/9015、β>100,正负对应管β应大致配对。电源变压器容量不小于100 VA、次级双18 V/3 A,整流管可用1N5401。

调试:电源部分几乎不需调整,若不能自启动可适当减小R10。功放部分只需调R2使输出端电位为零、调R6使R9压降0.3 V(末级静态约1.18 A)。该电路稍改动可变为OTL形式、省去负电源,音色别有风味。主要技术指标:最大输出15 W(8 Ω)、频响5 Hz~44 kHz(-1 dB、10 W)、电压增益24 dB、输入灵敏度0.7 V(rms)。听感上人声宽厚圆润、解析力好,作家庭音乐欣赏十分合适。


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