25W×2 EL34推挽功放,EL34 power amplifier

關鍵字：電子管，EL34，放大器，功放

由于受到電子管器件本身的特性限制，業余制作膽機功放的輸出功率一般都不太大，尤其是采用單端輸出功放時，其輸出功率更小，通常僅數瓦，一般不超過10W。對于一臺10W的功率放大器，它往往只能提供1～2W的平均工作功率。因為當進行高保真重放時，由于節目源的動態大，平均功率為1～2W時的峰值功率已經超出10W，從而加大了放音失真，特別是采用靈敏度較低的音箱時，失真情況更趨嚴重。在國際電工委員會(IEC)有關高保真度家用聲頻功率放大器最低性能要求中就作了規定，要求功放的額定輸出功率應≥10W。由此可知，如果要較好地欣賞包括大型交響樂等曲目在內的各類音樂節目的話，一臺10W×2的功放是最起碼的要求。一般而言，20～30W×2的額定功率才能達到高保真重放的基本目標。
本文詳細介紹一款EL34 25W×2功放的制作，供需要較大輸出功率的膽機愛好者仿制。

一.基本結構
膽機的輸出功率主要取決于輸出級電子管型號及其采用的電路程式。就電路程式而言，要成倍提高其輸出功率的話，通常采用兩種方式。對于單端甲類放大，可以將兩只輸出功率管并聯起來使用，如圖1(a)所示。與單管工作相比，在工作電壓保持不變的前提下，屏極電流增大1倍，輸出功率也增大1倍，而輸入電壓和失真則保持不變。此外，由于雙管并聯，內阻減小一半，負載電阻也減小一半。因此只要加大電源的電流容量，并把輸出變壓器的一次側阻抗減小一半，很容易把單管A類輸出改成雙管并聯A類工作方式。實際上，輸出變壓器的一次側阻抗并非一定要嚴格地減小一半，也已能獲得比單管工作時大得多的輸出功率。例如，300B作單端A類工作時，輸出變壓器一次側阻抗為3～3.5kΩ。當改為雙管并聯A類工作時，輸出變壓器一次側阻抗可采取1.5～1.6kΩ，此時輸出功率大致為單管時的2倍。不過，如果找不到現成的阻抗為1.5～1.6kΩ的輸出變壓器，也可以采用一次側阻抗為2～3kΩ的輸出變壓器來代用。

提高輸出功率的另一種方式就是采用推挽輸出，如圖1(b)所示。由于推挽輸出的工作狀態可設置為A類、AB類和B類，因而就輸出功率而言，它可達到單端輸出時的1～2倍。就失真較小的A類推挽而言，一般比單端輸出功率大1倍。實際上，推挽工作時，對交流信號而言，兩只電子管是以串聯方式工作的，因而輸出變壓器的一次側阻抗為單端輸出時的1倍，輸出功率也大致增加1倍。
與單管單端輸出相比，雙管單端輸出和推挽輸出的輸出功率都大一倍左右。不過，推挽輸出不僅效率高，而且由于兩管流過輸出變壓器一次側的直流方向相反，直流磁通相互抵消，變壓器的鐵心無需留空氣隙，同樣條件下。電感量比單管時高得多，有利于簡化結構。此外，推挽輸出變壓器具有抵消電源紋波的作用，因而降低了對電源濾波的要求。最后，推挽電路還能抵消偶次諧波，失真明顯低于單端輸出。推挽電路啊缺點，管子需要配對，并需要兩個幅度相同而相位相反的驅動信號即需要倒相電路。此外，輸出變壓器的兩個一次側繞組，在圈數、直流電阻、漏感和分布電容等方面應該盡量保證對稱和平衡。如果在這方面做得越好，那么推挽電路的優點就越加明顯。
推挽輸出所必須的倒相電路常見的有圖2所示3種方式。其中圖2(a)為變壓器倒相，無需使用有源器件，電路簡潔，倒相信號波形好、失真小，輸出阻抗低不易受輸出級柵流影響且驅動能力強，但這需要一個性能優良的輸入變壓器。圖2(b)為屏陰分負載倒相，由于從屏極負載電阻和陰極電阻上取出的信號恰好反相，因此只要使屏極電阻等于陰極電阻，加上通過陰極電阻加有100%的本級電流負反饋，就能從屏極和陰極取得幅度相等的反相驅動信號。該電路失真較小，增益≤1，因而要求它的前級有足夠高的增益，或者在其后再加一級推挽電壓放大級，否則不易取得足夠大的功率輸出。

上述兩種倒相電路都不需要進行調整，增益基本上≤1。我國業余制作以圖2(b)最為常見。圖2(c)為陰極耦合倒相，其特點是在對輸入信號倒相的同時還能獲得較高的增益。不過，這個電路輸出的倒相信號幅度并不嚴格相等，也就是說需要進行平衡調整，這對業余制作來說是個不便之處，因此這個倒相電路更常見于廠家生產的商品機中。過去我國業余制作中應用這種倒相電路的不多，為此對它的工作原理應有一個大致的了解，請參見圖2(c)。
輸入信號先經一級電壓放大(v1)，然后進入V上和V下進行倒相和放大。V1的輸出信號直接進入V上柵極并從其屏極取出放大了的信號作為后面推挽放大級的一路驅動信號。顯然，該信號與其柵極輸入信號反相。也就是說，V上的工作情況與一般電壓放大級完全一樣。
另一路推挽驅動信號則從V下屏極取得。不過V下的工作組態與V上不同。它的陰極接到v。的陰極即兩者共用一只陰極電阻。它的柵極通過一只高值電阻R(1MΩ)與V上柵極相連，同時又通過一只容量很大的電容C(0.47μF)使V下的柵極接地。也就是說，V下的柵極對交流而言是接地的，即V下在柵極接地狀態下工作，而輸入信號取自V上陰極電阻并由陰極注入。這樣一來，V上工作于陰極接地放大狀態，屏極輸出信號與柵極輸入信號反相，而陰極電阻上信號與柵極輸入信號同相即與屏極輸出信號反相。V下工作于柵極接地放大狀態，其屏極輸出信號與陰極輸入信號同相，即與v上屏極輸出信號反相，從而在V上、V下屏極可取出相位相反的倒相信號。至于倒相信號之間的幅度，因兩種工作狀態下的放大量并不相同，因而當兩管取相同的屏極電阻時，輸出的信號幅度并不一樣。通常是陰極接地時的放大一些因此只要適當加大V下的屏極電阻，即圖2(c)中與R2串入一只可調電阻VR作微調，就可以取得幅度相同的倒相信號。

二.實用電路
圖3是根據上述電路結構設計的25W×2功率放大器電原理圖，其中電源部分為左右聲道共用。由圖可知，整個放大部分由輸入電壓放大(V1)、倒相(V2)和輸出(V3、V4)3部分組成。輸出級采用EL34，這個管子性能穩定，音質也相當好，而且在市場上很容易買得到，無斷貨的后顧之憂。附表是EL34的主要應用特性。

由表可知，EL34作單端A類放大時，屏極負載阻抗2kΩ下最大輸出功率為11w(失真率10%)。當它作推挽放大時，屏-屏負載阻抗3.8kΩ下的最大輸出功率可達36W(失真率5%)。

由于本機最大輸出功率要求為22～25W左右，因此基本上可以選用表中AB類狀態下工作參數，即屏極電壓取350V，屏極電流取得略大一些(約48mA)，有利于減小失真。這里要指出，表中的屏極或簾柵極電壓都是相對于陰極電位而言的。由于本輸出級采用陰極自偏壓電路，即利用兩管屏流流過陰極公用電阻R13上的壓降(約30V)作為輸出級的偏置電壓，因此按表中屏極電壓為阻代替可變電阻即可。
設計電路時，屏極對地的實際電壓為350+30=380(V)左右。根據圖3中實測數據，輸出級陰極(對地)電壓為29V，因而兩管靜態電流為29V/300Ω=96mA，每管電流為48mA，EL34的實際屏極損耗為350V×48mA=16.8W。這僅占EL34最大屏極損耗(25w)的67%，由于留有較大余量，對延長管子的工作壽命很有利。倒相級(V2)采用陰極耦合倒相電路，由圖3可以知道，兩管屏極均采用固定電阻，只是阻值略有不同，R7取30kΩ，而R8取33kΩ，這樣就可免去平衡調整。如果制作者備有信號發生器和示波器，則可按如下方法進行調整。首先把R8改為30kΩ，然后串一只可變電阻(5kΩ)接到V2(下面一管)的屏極電路中去；然后輸入1kHz正弦信號，并用示波器觀察上下兩路輸出信號的波形，同時微調可變電阻使兩者波形的幅度相等；最后用阻值相近的固定電當然，此時的輸出功率有所降低，達不到單管工作時的2倍，但仍較明顯高于單管輸出。同理，輸出阻抗也較低。
由于本機倒相級具有較大增益，而且本機輸出功率也不是太大，因而對輸入電壓放大級的增益要求并不高，用一級三極管電壓放大已足夠。本來用一只雙三極管分擔左右聲道電壓放大也是可以的，不過出于左右聲道間隔離需要，把一只雙三極管并聯后作一個聲道的電壓放大。
采用多極管作輸出級的功率放大器，由于內阻較高，通常施加一定的總體負反饋來降低輸出阻抗，提高阻尼系數(DF)。一般來說，負反饋量大，阻尼系數低，功放對揚聲器的制動能力強。不過，對于一個具體的揚聲器來說，阻尼系數過高過低都不是最好。為此，本機的負反饋量可以通過波段開關加以改變。負反饋量可分別選擇為8dB、10dB和12dB 3檔，由使用者根據實際使用情況決定。
由于推挽放大對電源的要求相對較低，本機電源部分也相當簡單。為了提高整流效率，采用晶體二極管代替傳統的電子管整流。

三.制作調試