純甲類(lèi)末級(jí)無(wú)反饋功率放大器

　　本文介紹的是一種輸出級(jí)采用MOS-FET、純甲類(lèi)的末級(jí)無(wú)負(fù)反饋功率放大器，該功率放大器的輸出功率為100W/4Ω。

　　圖1是放大器的電路圖，圖2是電源部分的電路圖。由于驅(qū)動(dòng)級(jí)向輸入級(jí)的反饋電路采用了電阻分壓方式，所以是一個(gè)地道的直流放大器。該放大器為了提高直流穩(wěn)定性。加大了從驅(qū)動(dòng)級(jí)反饋回輸入級(jí)的負(fù)反饋量，負(fù)反饋電路由1.1kΩ和10kΩ兩只電阻組成，電壓放大級(jí)的增益約為10倍。與用電容器構(gòu)成負(fù)反饋電路的交流放大器相比，用電阻構(gòu)成負(fù)反饋電路的直流放大器的聽(tīng)覺(jué)效果要更好一些。

　　一、音量控制

　　該放大器為了能與CD機(jī)等聲源作直接連接，在輸入端增加了一個(gè)音量電位器。通常音量電位器接法如圖3（a）所示，但該機(jī)采用的是圖3（b）所示的電流傳輸型連接方式。在國(guó)3（b）的電路中由于R1選取得較大，可將包括R1在內(nèi)的信號(hào)源看成是一個(gè)恒流源，通過(guò)調(diào)節(jié)R2使輸出電平產(chǎn)生變化。這種連接方法由于滑動(dòng)點(diǎn)接地，所以對(duì)改善信噪比有利。

　　但音量電位器作這樣連接也有它的不足之處。對(duì)信號(hào)源來(lái)說(shuō)，調(diào)動(dòng)音量電位器時(shí)信號(hào)源的負(fù)載將隨之產(chǎn)生變化，增大音量時(shí)放大器的輸出阻抗隨之增加。當(dāng)將音量減小至零時(shí)，放大器的輸入阻抗則等于R1。由此可知R1是一個(gè)重要的參數(shù)，取值不能太小。

　　R1取值小一些對(duì)信噪比和頻率特性有利，但有可能加重信號(hào)源的負(fù)載。R1取值大一些則對(duì)減輕信號(hào)源負(fù)載有利。綜合考慮之后該放大器電路的制作者認(rèn)為在5kΩ～20kΩ之間選取較為適宜。于是在電路中將R1取為5kΩ。

　　由于音量電位器也選用了5kΩ（也可以用得大一些）的電位器，放大器本身的電壓增益為10倍，加上音壁電位器后，總的電壓增益最大為5倍。

　　二、輸人級(jí)和電壓放大級(jí)

　　輸入級(jí)選用了東芝公司的最新型低噪聲對(duì)管2SK389/2SJ109。電路中使用的是GR級(jí)管子。也可以使用BL級(jí)的管子，只是使用時(shí)應(yīng)將漏極靜態(tài)電流適當(dāng)調(diào)大一些增至1.5mA左右。該機(jī)的漏極靜態(tài)電流取為1mA。

　　由于將每個(gè)輸出管的靜態(tài)工作電流設(shè)計(jì)為0.44A，從輸出管2SK722和2SJ131的傳輸特性知FET柵源間的偏置電壓應(yīng)為2.6V左右，上下兩管加起來(lái)約需5V。若再考慮到輸出管源極電阻0.22Ω上的電壓降，則末級(jí)的偏置電壓應(yīng)在5V以上。

　　偏置電路參數(shù)的估算步驟如下，將2SK213/2SJ76的漏極電流取為25mA，其偏置電壓為1V左右。將2SC2856/2SA1191的集電極電流取為2mA。由此計(jì)算出2SK213/2SJ76的源極電阻均為100Ω。為了便于調(diào)整將2SK213/2SJ76柵極間的電阻用2kΩ，半可變電阻和2.2kΩ固定電阻串聯(lián)組成。

　　三、末級(jí)MOS-FET

　　該機(jī)電路中末級(jí)MOS-FET原打算使用東芝公司生產(chǎn)的2SK405/2SJ115，由于沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)到，所以改用了索尼公司的2SK722/2SJ131。也可以使用東芝公司的2SK1530/2SJ201（管腳與索尼管相同），或日立公司的2SK1056/2S1160（管腳從左至右為G、S、D）。若使用日立公司的2SK1056/2SJ160，電路的偏置電壓過(guò)大，應(yīng)將2SK213/2SJ76柵極間的固定電阻換成1kΩ。

　　順便提一句，該機(jī)為了降低噪聲和減小失真，最后將流經(jīng)Q7、Q8的集電極電流改為1.87mA。

　　四、制作

　　放大器的印刷電路板如圖4所示。

　　輸入電阻可在5kΩ～20kΩ間任意選擇，音量電位器也可在5kΩ-20kΩ間選擇。

　　印刷電路板上輸入級(jí)FET、柵極的串聯(lián)1kΩ電阻可在100～1kΩ內(nèi)選取。220pF、電容可在100～220pF間選取。150kΩ也可在100kΩ～470kΩ間任意選取。如果正負(fù)電源連線不長(zhǎng)的話，電路板上的兩個(gè)100uF/50V去耦電容器不用也沒(méi)有什么關(guān)系。

　　共源-共基電路的基極分壓電阻用得大一些效果要更好一些，可以考慮改用220kΩ和100kΩ替代電路中的110kΩ、50kΩ進(jìn)行分壓。從改善信噪比、提高穩(wěn)定性和改善CMRR考慮沒(méi)有采用過(guò)去常采用的恒流二極管和穩(wěn)壓二極管的電路方式。

　　電阻負(fù)反饋電路可根據(jù)需要選擇，選擇10kΩ和1.1kΩ時(shí)放大器增益為10倍，將10kΩ換成5kΩ時(shí)增益為5.5倍，換成20kΩ的話增益為19倍。當(dāng)放大器負(fù)反饋量大增益較小時(shí)，為了防止放大器自激，應(yīng)在圖1注有*的位置接入一個(gè)2～10pF的瓷介電容器進(jìn)行相位補(bǔ)償。該機(jī)放大器增益為10倍，不接該電容器也不會(huì)發(fā)生自激。

　　Q9、Q10柵極串接的100Ω的防振電阻可在47Ω～220Ω間任意選擇。Q9、Q10源極電路中接入的.0047uF、

　　100Ω串聯(lián)電路是防振用的，也可以用0.0022uF和200Ω串聯(lián)組成。

　　輸出管柵極電路中所串入的220Ω電阻是防止自激振蕩和保護(hù)柵極用的?？稍?00Ω-470Ω間選擇。阻值大一些效果較好，但也不能過(guò)大，否則會(huì)與柵極輸入電容構(gòu)成積分電路，導(dǎo)致高頻特性惡化。

　　輸出端的0.047uF、30Ω的串聯(lián)電路是積分型相位補(bǔ)償電路，也可以用0.033uF和10Ω串聯(lián)的電路替代。

　　半導(dǎo)體管的管腳連接如圖1所示。可用2SK146/2SJ73、2SK147/2SJ72、2SK170/2SJ74直接替代2SK389/2SJ109。同樣可以用各種低噪聲小信號(hào)用晶體三極管替代2SC1775AE/2SA872AE、2SC2856/2SA1191。2SK213/2SJ76可用2SK214/2SJ77、2SK215/2SJ78、2SK216/2SJ79替代，這些管子特性相同，耐壓更高。

　　末級(jí)MOS-FET除了前面提到過(guò)的代用管之外，還可以使用東芝公司的2SK1529/2SJ200，日立公司的2SK1057/2SJ161、2SK1058/2SJ162。若使用東芝公司的2SK1530/2SJ201，適當(dāng)加大散熱片后，使用兩對(duì)管子就可滿足輸出功率的要求，當(dāng)然此時(shí)管子的靜態(tài)電流應(yīng)為0.88A。

　　五、調(diào)試

　　按下述順序進(jìn)行調(diào)試。

　　1、在焊接完印刷電路板后將全部VR調(diào)至中間位置。

　　2、檢查電源電路的空載輸出電壓，此時(shí)應(yīng)為±35V左右。

　　3、將電源與電路板連接好。

　　4、接通電源，用萬(wàn)用表測(cè)量Q8發(fā)射極750Ω電阻上的電壓降，調(diào)整VR1使其電壓降為1.4v。

　　5、將萬(wàn)用表接在④-⑦端，檢查當(dāng)旋動(dòng)VR3時(shí)萬(wàn)用表所示電壓能否在5V左右變動(dòng)。該電壓是末級(jí)偏置電壓，應(yīng)可在2.5V～6V間連續(xù)變化。

　　6、若上一步驟正常，將④-⑦端間的電壓調(diào)至最小。值得注意的是，調(diào)動(dòng)VR1也能變動(dòng)④-⑦端間的電壓，但VR1 是用來(lái)調(diào)整第二級(jí)放大級(jí)的靜態(tài)電流用的。末級(jí)偏壓的調(diào)整應(yīng)使用VR3。

　　7、上述步驟全部完成后即可接入末級(jí)電路。接通電源后先調(diào)VR1使Q8發(fā)射極750Ω電阻上的電壓降為1.4V。再調(diào)VR3使末級(jí)輸出管的源極電阻0.22Ω兩端的電壓降為97mV，調(diào)VR2使放大器輸出端的電壓為零伏。由于上述調(diào)整相互間有影響，所以應(yīng)重復(fù)幾次。由于末級(jí)輸出管參數(shù)的離散性，調(diào)試時(shí)應(yīng)使靜態(tài)工作電流最大的管子的源極電阻電壓降為97mV，其余管子均小于97mV。該機(jī)制作時(shí)電阻電壓降最小的為52mV。

　　六、特性

　　該放大器的殘留噪聲不隨輸入端短路或者開(kāi)路發(fā)生變化，均約0.4mV（平坦）、0.1mv（1HF-A曲線）。頻率特性如圖5所示，-3dB點(diǎn)為300kHz。阻尼系數(shù)在10Hz～100kHz范圍內(nèi)是平坦的，約為50左右。用20kHz方波作容性負(fù)載測(cè)試也不存在任何問(wèn)題，沒(méi)有出現(xiàn)自激現(xiàn)象。諧波失真率如圖6所示。

　　從試聽(tīng)結(jié)果來(lái)看該機(jī)末級(jí)采用的是MOS-FET，但聲音與前面介紹過(guò)的末級(jí)采用晶體三極管的末級(jí)無(wú)負(fù)反饋功率放大器非常相似，不仔細(xì)鑒別是無(wú)法將它們區(qū)分開(kāi)的。