光耦合V-MOS場效應(yīng)管甲類音頻功率放大電路,Audio power amplifier
光耦合V-MOS場效應(yīng)管甲類音頻功率放大電路,Audio power amplifier
關(guān)鍵字：音頻放大電路圖
作者：李順復(fù)
電子管放大器的音色之所以優(yōu)美，是因電子管的高輸入阻抗和恒流輸出特性而決定的。但電子管有它固有的缺點(diǎn)：隨著使用時(shí)間的增長，陰極物質(zhì)不斷揮發(fā)，其跨導(dǎo)逐漸降低，且降低的程度各管不一。用電子管測試儀嚴(yán)格配對的兩只功率管，使用一段時(shí)間后再測試，會(huì)發(fā)現(xiàn)跨導(dǎo)明顯下降且兩管還會(huì)有明顯差別。此外電子管輸出阻抗高，用它作的音頻功率放大器，需繞制工藝復(fù)雜的輸出變壓器。
場效應(yīng)管具有電子管的高輸入阻抗和恒流輸出特性，且輸出阻抗低可直接與喇叭匹配，之前已有不少文章介紹相關(guān)的音頻功率放大器。但此類放大器末級場效應(yīng)管大多采用源極輸出，為恒壓輸出放大器，其音質(zhì)不太理想。V-MOS場效應(yīng)管為大功率場效應(yīng)器件，具有非常好的大電流特性。由于P型V-MOS場效應(yīng)管極難尋找，相關(guān)音頻功率放大器的資料甚少。下面介紹一款由普通同極性N型V-MOS場效應(yīng)管組成的音頻功率放大器。
右圖為典型的變壓器耦合OCL輸出音頻功率放大器。如果將圖中的2只晶體三極管換為V-MOS場效應(yīng)管，再用2只光耦代替輸入變壓器，即成本文的光耦合V-MOS場效應(yīng)管甲類音頻功率放大器。
一、電路原理
整機(jī)電路如下圖所示。UIaL和UIbL分別為兩只輸入光耦，MosaL和MosbL分別為兩只V-MOS場效應(yīng)功率放大管。由于V-MOS場效應(yīng)功率放大管的輸入電容較大，電路中加入了由QIaL、QZaL和IQIbL、QZbL組成的射隨器來驅(qū)動(dòng)它。
整機(jī)電路如下圖所示。UIaL和UIbL分別為兩只輸入光耦，MosaL和MosbL分別為兩只V-MOS場效應(yīng)功率放大管。由于V-MOS場效應(yīng)功率放大管的輸入電容較大，電路中加入了由QIaL、QZaL和IQIbL、QZbL組成的射隨器來驅(qū)動(dòng)它。
U2aL、R8aL、DIaL、C2aL和U2bL、R8bl、OIbl、C2bl構(gòu)成光耦和射隨器的+15V供電電路，由于該電源受輸出電壓影響，因此濾波電容的容量用得較大。
輸入光耦由U2lA驅(qū)動(dòng)，當(dāng)U2LA的輸入電壓上升時(shí)，U2lA的輸出電壓也上升，光耦UIaL的輸入電壓增加，導(dǎo)致光耦UIaL的輸出電壓上升，經(jīng)兩級射隨器耦合，使MosaL的柵極電壓升高，從而使Mos8l的內(nèi)阻下降。另外，當(dāng)U2LA輸出電壓上升時(shí)，光耦UIbL的輸入電壓減小，導(dǎo)致光耦UlbL的輸出電壓下降，經(jīng)兩級射隨器耦合，使MosbL的柵極電壓下降，從而使MosbL的內(nèi)阻上升。Masal和MoshL的共同結(jié)果、使音頻功率放大器輸出電壓上升。同理，當(dāng)U2LA輸入電壓下降時(shí)，音頻功率放大器輸出電壓也下降。
ROaL、U3al、Q4aL～Q6aL和RObL、U3bL、Q4bIL～Q6bL等元件構(gòu)成放大器靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。電路工作原理如下：以MosaL為例，當(dāng)MosaL的靜態(tài)電流增加時(shí)，ROaL上的電壓升高，使Q4aL的Ie上升，光耦U3aL的輸出電壓上升，Q5saL的內(nèi)阻下降，Q6al的內(nèi)阻增加，從而使Q6aL的發(fā)射極輸出電壓減小，使加在光耦UIal上的輸入電壓減小。根據(jù)前面分析，此時(shí)加在MoseL柵極上的電壓下降．從而導(dǎo)致流過M0saL的靜態(tài)電流下降，達(dá)到了工作點(diǎn)的穩(wěn)定。MosbL的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定原理類似，不再贅述。
U2LB為常見的直流伺服電路，可確保放大器靜態(tài)輸出電壓為零伏。
CIaL和CIbL是防止自激而加的校正電容。COL、ROL是防止超音頻自激而加的頻率校正網(wǎng)絡(luò)。
C3aL和C3bL為開機(jī)防沖擊電容，可確保開機(jī)瞬間，流過功放管的電流小于0.4A。
Q3aL和Q3bL構(gòu)成大信號限制電路，當(dāng)輸出快削峰時(shí)，Q3al和Q3bL導(dǎo)通，使MosaL和MosbL的柵極電壓下降，使音頻功率放大器輸出電壓下降，從而避免了輸出出現(xiàn)硬削峰狀態(tài)，使功率放大器具有較強(qiáng)的過載能力。
Rlal和R1bL，是為降低光耦靈敏度，使其能較好地工作在線性區(qū)而加的電阻。
二、元件選擇及電路裝配
MosaL和MosbL宜選30A耐壓450V以上的V-MOS場效應(yīng)管，如IRF360、IRF2404、2SKIOIS、2SKIO2O等。其中IRF36O、IRF2404為金封管，2SKI0I92SX1020為塑封管，塑封管裝配方便。本文用的是IRF360，用IRF2404、2SKI0I9、2SK1020可直接代換。
MosaL和MosbL宜選30A耐壓450V以上的V-MOS場效應(yīng)管，如IRF360、IRF2404、2SKIOIS、2SKIO2O等。其中IRF36O、IRF2404為金封管，2SKI0I92SX1020為塑封管，塑封管裝配方便。本文用的是IRF360，用IRF2404、2SKI0I9、2SK1020可直接代換。
通常光耦都是作為開關(guān)器件．而席文要求它工作在線性區(qū)，因此U1al和UlbL應(yīng)選擇靈敏度較低、線性區(qū)較好、頻響寬的作為輸入耦合光耦，經(jīng)對比測試發(fā)現(xiàn)TILI13較為理想。如用4N25，則RlaL、Rlbl應(yīng)改為II0kΩ；如用4N35，則RIal、RIbl應(yīng)改為82kΩ。U3aL、U3bL要求較低，可用4N25、4N35等類型光耦。
CIL、C2l、CIR、C2R宜選用4.7μF/6V的鉭電解電容。CIaL、CIbL宜選用CCI型高頻瓷介電容。COL、C3al、C3bL宜選用0.22μF/63V的小型金屬化滌綸電容。其余電解電容可選用普通小型鋁電解電容。
本電路所用的運(yùn)放全部采用NE5532。電路中的其余元件無特殊要求。
為獲得高質(zhì)量音質(zhì)，本放大器工作在甲類狀態(tài)，靜態(tài)電流一般調(diào)試為200mA-250mA。因此要求散熱器要足夠大，散熱器的表面積應(yīng)不小于l770平方厘米，否則應(yīng)進(jìn)行風(fēng)冷。
整個(gè)電路裝配在一塊130mm×180mm的單面敷銅板上，主要元件布局如下圖所示。
用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的4只901 4三極管：Q4aL、Q4bL、Q4aR、Q4bR應(yīng)用3芯排線將引腳延長后，壓于各自的場效應(yīng)管附近的散熱器上(Q4aL對應(yīng)MosaL、Q4bL對應(yīng)MosbL…)．如圖3所示。這樣可保持V-MOS場效應(yīng)管，在冷態(tài)和熱態(tài)情況下靜態(tài)電流不變。
2．接通電源，用數(shù)字萬用表測量各穩(wěn)壓集成塊78I 2、7912、7BLI 5的輸出電壓應(yīng)符合要求。
3、將U2LA的③腳對地短路，并將R9aL、R9bL的阻值調(diào)至最大。測R4 aL和R4bL上的電壓應(yīng)為3.2V～3.8V左右。否則應(yīng)更換相應(yīng)的光耦TILII 3或改變相應(yīng)跨接于TIlII 3的④-⑥腳之間的220kΩ電阻值。此電阻值增加，相應(yīng)的電壓也增加，相反減小此電阻值，相應(yīng)的電壓也減小。調(diào)節(jié)R9aL，RgbL的阻值，相對應(yīng)的電壓值應(yīng)有變化。
4、關(guān)閉電源，焊上MosbL的源極引線。并將數(shù)字萬用表置直流l0A擋，串接于MosbL的源極。接通電源，調(diào)節(jié)R9bl的阻值，使萬用表的指示為0.220A。關(guān)閉電源，焊好MosbL的源極引線，焊下代替R9bL的電位器，用萬用表測量其阻值，選一相近阻值的固定電阻代替它，并焊于R9bL的相應(yīng)位置上。
5、焊上Mosal的源極引線，并將數(shù)字萬用表置直流20V擋，跨接于代替揚(yáng)聲器YL的51 Ω/5W電阻兩端。接通電源，調(diào)節(jié)R9aL的阻值，使萬用表的指示為0V，關(guān)閉電源。
6、將L12 LA的③腳對地短路點(diǎn)焊開，接通電源，將數(shù)字萬用表跨接于代替揚(yáng)聲器YL的51Ω/5W電阻兩端，萬用表的指示應(yīng)為0V。
7、用同樣方法調(diào)試好R聲道。
8、上述步驟調(diào)完后，即可焊下51Ω/5W電阻，接上音箱試聽了。
四、幾點(diǎn)說明
1．本音頻功率放大器的靈敏度較低，增益僅為37dB，為此在其前面加了一級20dB的前置放大器，由UI A和UI B擔(dān)任。
1．本音頻功率放大器的靈敏度較低，增益僅為37dB，為此在其前面加了一級20dB的前置放大器，由UI A和UI B擔(dān)任。
2．V-MOS場效應(yīng)管的輸入信號是加在源極和柵極之間，輸出信號取自源極和漏極之間，因此本電路中的V—MOS場效應(yīng)管是作為一個(gè)典型的電壓一電流控制器件在使用。本功放與電子管音頻功率放大器一樣，為典型的恒流源放大器，宜選用高阻抗的8Ω音箱，而不適合低阻抗的4Ω音箱。
3．本音頻功率放大器的不削峰輸出功率為2×90W，頻響為20Hz～20000Hz±0.8dB。
4．本機(jī)閉環(huán)負(fù)反饋量為24dH。阻尼系數(shù)為7.3，與電子管放大器近似，高音純真細(xì)膩，中音亮麗、清澈透明，低音深沉柔和的音色，具有電子管功放韻味。
5．為了增加本機(jī)的阻尼系數(shù)，可減小R9L的阻值，然后再增加R4l的阻值，使整個(gè)電路的增益滿足要求即可。
6．本音頻功率放大器由于工作在甲類狀態(tài)，散熱器夏天較為燙手，但本機(jī)工作穩(wěn)定，筆者用了近十年未出現(xiàn)任何故障。
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