用分立元件设计制作功率放大器教程DIR [复制链接]

在中国音响DIR网站见到一个帖“请欣赏一个新颖的功放电路”，地址是：
http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=62521&extra=&page=1
据发帖的板主介绍说，网络上发现的日本高手设计的电路,非常有意思。其实，日本人设计的这个电路毫无可取之处。许多人不知道，由于结型场效应管的静态偏置电路非常简单，采用结型场效应互补管设计功率放大器电路最简单。我在83年刚开始研究放大器时，首先想到的就是用结型场效应互补管做前置输入级。当时只找得到N道沟的3DJ型效应管，找不到P道沟的3CJ型效应管来配对。如果能够找得到元件，用结型场效应互补管设计功率放大器电路是很简单的事情。唯一需要注意的是，结型场效应管的工作电压不高，必须控制在20V内！这就使得结型场效应互补管的源极不能像采用互补三级管那样可以做成射击跟随方式，电位能作上下大幅度改变。当功率放大器需要使用超过±20V的电源供电时，给结型场效应互补管提供的电源必须经过降压到±20V之内。

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2007/7/3 15:02:01

日本人设计的电路

在中国音响DIR网站见到一个帖“请欣赏一个新颖的功放电路”，地址是：
http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=62521&extra=&page=1
据发帖的板主介绍说，网络上发现的日本高手设计的电路,非常有意思。其实，日本人设计的这个电路毫无可取之处。许多人不知道，由于结型场效应管的静态偏置电路非常简单，采用结型场效应互补管设计功率放大器电路最简单。我在83年刚开始研究放大器时，首先想到的就是用结型场效应互补管做前置输入级。当时只找得到N道沟的3DJ型效应管，找不到P道沟的3CJ型效应管来配对。如果能够找得到元件，用结型场效应互补管设计功率放大器电路是很简单的事情。唯一需要注意的是，结型场效应管的工作电压不高，必须控制在20V内！这就使得结型场效应互补管的源极不能像采用互补三级管那样可以做成射击跟随方式，电位能作上下大幅度改变。当功率放大器需要使用超过±20V的电源供电时，给结型场效应互补管提供的电源必须经过降压到±20V之内。

图13是只用一组正负电源供电的实用典型电路，BG1、BG3、T2构成三级复合电流放大器，BG2、BG4、T1构成与之对称的三级复合电流放大器。两只大功率场效应管的漏极为公共输出端。R4为防止喇叭开路时输出端电平浮动的假负载，保证负反馈控制始终处于可靠状态之中。组装好元件后，先不要将两只大功率场效应管的漏极连到一起，R4断开，将信号输入端与中点短路。接通电源，分别调节R5和R6使两只大功率场效应管T2、T1的静态电流为30mA；根据实际阻值将R5和R6换成固定电阻，复测T2、T1的静态电流仍为30mA±5mA；然后将两只大功率场效应管的漏极连到一起，接入R4；接通电源，检测输出端电压应与中点电平相同，相差小于±0.1V。将信号输入端与中点分开，用手碰信号输入端，输出端应有交流电压输出，用交流电压表可测量到输出交流信号电压。到此调试完毕。

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2007/7/3 15:05:37

图13是只用一组正负电源供电的实用典型电路，BG1、BG3、T2构成三级复合电流放大器，BG2、BG4、T1构成与之对称的三级复合电流放大器。两只大功率场效应管的漏极为公共输出端。R4为防止喇叭开路时输出端电平浮动的假负载，保证负反馈控制始终处于可靠状态之中。组装好元件后，先不要将两只大功率场效应管的漏极连到一起，R4断开，将信号输入端与中点短路。接通电源，分别调节R5和R6使两只大功率场效应管T2、T1的静态电流为30mA；根据实际阻值将R5和R6换成固定电阻，复测T2、T1的静态电流仍为30mA±5mA；然后将两只大功率场效应管的漏极连到一起，接入R4；接通电源，检测输出端电压应与中点电平相同，相差小于±0.1V。将信号输入端与中点分开，用手碰信号输入端，输出端应有交流电压输出，用交流电压表可测量到输出交流信号电压。到此调试完毕。

由于从一组正负电源降压到±20V提供给前置级使用，正负双电源的电压范围受到相应的限制，如果前置级采用独立的另一组正负稳压电源供电，则可以使用图14所示的电路。该电路的最大特点在于只需改变功率管使用的电源电压，相应更换大功率场效应管的参数，就可以使输出功率发生很大变化。想要达到几百瓦的输出功率，只要提高功率管的工作电压，换用工作电压更高的大功率场效应管即可实现。考虑到单只大功率场效应管的功耗限制在45W～125W之间，采用75W功耗管时，输出功率超过100W，在200W内，用2只大功率场效应管并联起来做一只场效应管使用；输出功率超过200W，在300W内，用3只大功率场效应管并联起来做一只场效应管使用；输出功率超过300W，在300W内，用4只大功率场效应管并联起来做一只场效应管使用。并联管子多了，驱动电流也要相应增加，电路上需要做小调整。将中间极改成复合管，把R7、R8换成100Ω，每只大功率场效应管栅极分别串入100Ω分流电阻和10V保护稳压管。限流保护也分别给每只大功率场效应管配加上去。当然，前置级也可以采用差分管放大加镜像电流或采用对称两组差分管放大实现从电压到电流的转换放大，无非是采用结型场效应互补管制作起来最简单。仅此而已！

                            图1

1995年至1999年，我在外资企业珠海柏力电子公司从事多媒体音响产品开发设计工作。在美国长大的董事长先前以每月3万美金的报酬从著名的日本YAMAHA音响公司高薪请来一位美国工程师担任产品设计。由于柏力电子公司给美国Packard Bell公司生产的第一代多媒体音响只能对高音进行衰减，整体感觉不好。这位R先生在原先的电路上解决不了高音不良缺陷，生产线已经窝工等待了几个月时间。我去柏力公司后，2天就修改好电路解决掉高音提升问题，还比原先少用了几只元件。这位美国工程师马上被董事长放假休息。1996年，我正式给美国Packard Bell公司设计高难度要求的3D有源多媒体音响系统。这套音响系统在结构上多处违犯正常声学设计条件，同时要求将功放电路安装在电脑显示器内部。无论是电声设计和生产工艺，都出现了极大难度。当时在台湾和韩国都有厂家给Packard Bell公司设计这个高难度要求的有源多媒体音响系统。我拿到产品要求后，只用2周就设计制作出样机拿去进行试听对比，立即就淘汰了竞争对手的样机。之后，又用2个月时间指导国内厂家制造出能够在非常犯规的小箱体中正常工作的低音喇叭，从而使日本著名的FOST喇叭制造厂也被淘汰，并且在过了1年半时间后，才按照柏力公司已经生产出30万套产品后的样机仿造出效果接近的产品。此时，在美国长大的董事长还以为我设计出这些产品可能是它们还不够高难度。1997年底，他又以每月6万美金的报酬从世界著名的美国BOSE专业音响公司请来另1位更有名气的日本音响设计专家YAMAMODO山本先生，指望他设计出能在全世界打得响的产品。这位山本先生来到珠海柏力电子公司后，在另外5名工程师协助下用了3个半月时间，才设计制做出他认为满意的样机拿去美国参展获得产品创意奖。柏力公司总经理也要求我给他设计出一套同样音响效果的产品，于是在1998年4月份，我一个人只用1个月时间便把使用小金属卫星音箱的3D有源音响设计制做出来。董事长反复对比听过我与山本先生各自设计制做出的同档次音响后，只得终止与山本先生合作。接着，总经理又买来一对售价11000元的BOSE 363音箱与我在10年前设计的电路制作的有源音响进行试听对比。大部分人分辩不出差别，董事长在闭目仔细聆听后辨别出是我做的有源音响声音更好。但此时全球经济危机浪潮已经到来，柏力公司在99年空消耗一年后，只得于2000年初实行大裁员。
其实，美国工程师不能解决的难题，在技术上真不好意思拿来做为例子，因此我才在10年中一直没把它介绍出来。图①所示便是美国Packard Bell公司第一代多媒体音响使用的功率放大电路，TEA2025B功放IC已经把从输出端到负输入之间连接的负反馈电阻集成在内部，所以在原理图上看不到该负反馈电阻，而只看到从输出端到负输入端之间连接的防止产生自激的100P电容C10和C11；从原理图上看，高音已经被衰减。美国Packard Bell公司的第一代多媒体音响，起初是把R3和R4换成两只引脚连在一起的超薄型双联电位器实现所谓的高音调节功能，实际是通过高音衰减来制作出声音变化，就是把高音调节提升到最大时实际还是处于衰竭状态。这个电路原是香港工程师设计出来的杰作，高音太差，董事长才从YAMAHA公司请来美国工程师担任设计，让他进行修改。但他也没有办法解决缺陷，只能要求在其之前另外增加一片可以单独调节高低的BBE器件，不仅要增加3美元制作成本，还难以在原本很小的音箱里摆放位置。
图① 美国Packard Bell公司第一代多媒体音响使用的功率放大电路
事实上，只要在TEA2025B的负输入端到第的R5、R6电阻并联上一端串联有电容，另一端直接连接到地的5脚超薄型双联电位器，就能够实现对高音的提升。而先前加在音量控制电位器前信号输入端的C1、C2、R1～R4都是多余的东西，应全部去掉。
图② 美国Packard Bell公司第三代多媒体音响使用的功率放大电路（见上楼下图）
图②便是经我修改后使用的电路，由于董事长已经订购了100万片BBE器件，只得在第二个版本中先把已经买来的BBE器件使用掉，然后才在第三个版本中采用该电路。可以说，只要是对电路原理学习较为扎实，能够进行灵活应用的人，都不应该连通过改变高音频负反馈深度对放大倍率进行提升控制的方式都想不出来。
再说YAMAMODO带来的玩艺，人们在市场上可以从美国BOSE音响专卖店看到所谓的“休闲”系列产品，那就是山本先生的发明专利技术。其特点是使用只有一只拳头大的音箱作3D系统小卫星音箱，给外行产生没有意想到的奇特效果。这种音质低劣的破玩艺，我在20世纪80年代就研究过。这位山本先生不仅是把声音很糟糕的破玩艺拿来蒙哄人，他采用仿真软件设计的电路按理已经给出了最佳参数，但却会在没有谁去碰到的情况下产生自激，使本应该安静无声的喇叭产生啸叫。反复折腾了3个月，修改了几次电路及元件参数，才勉强解决电路自激问题，把样机拿出去参展。在事实面前，董事长只得终止与山本先生的合作。后来实际推销的是我给柏力公司设计的具有同样声效的产品。98年，珠海柏力公司通过东莞台商喻得公司在国内销售了第一批货，接着又被深圳TCL公司从喻得公司接手过去，TCL公司又增加了话筒输入变成为他们的家庭影院产品。不久，国内大批仿造品出现在电脑音响市场上，这种破玩艺东西也就显出了原形。图③便是该玩艺的第一个版本印刷电路图，我同时还设计有使用μPC1892音效处理器件制作的另一个版本的电路供客户选择，图④是其印刷电路。

图③ 未使用音效处理器件设计的简化版本

1999年，我另外设计了5.1系统的家庭影院音响系统，没有再使用拳头大小的音箱，而是使用4吋低音单元加1吋高音单元的木质音箱。在电路上针对4吋低音单元喇叭作了低音频响曲线补偿，使总体效果具有较好表现，图⑤是其印刷电路（楼上下图））。这款产品，原本应该在2000年初就会在市场上推出，在北京做音响产品销售的高伟先生已计划在2000年每个月销售至少100台。但由于国际经济危机到来，整个音响市场从2000年开始进入萧条，这款5.1系统的普及型家庭影院一直没能在市场上推出。