常见的电子管功放设计.docx

常见的电子管功放是住I功率放大、电压放大和电源供应三部分现成电压放大和功率放大组成了放大通道电源供应部分为放大通道工作供应多种量值的电能“一般而宫电子管功放的工作器件由彳了源器件电子管、晶体管、电阻、电容、电感、变压器等主要器件组成其中电阻、电容、电感、变压器统称无源器件。以各有源器件为核心并结合无源器件组成了各单元级各单元级为基础组成了整个放大器。功放的设计主要就是依据整机要求用绕各单元级的设计和结合。这里的初学者指有肯定的电路理论基础最好有肯定的实做基础且对电广管工作原理有肯定了解一、整机与各单元级估算1、由于功放常依据其输出功率来分类。因此先依据实际需求确定自己所须要设计功放的输出功率。对于95db的音箱一股须要8W输出功率90db的音箱须要20W左右输出功率84db音箱须要60W左右输出功率80db音箱须要120W左右输出功率。当然实际可以依据个人需求调整。2、依据功率确定功放输出级电路程式。对于IOW以下功率的功放通常可以选择单管单端输出级1020W可以选择单管单端功放也可以选择推挽形式而通常20W以上的功放多运用推挽甚至并联推挽如果选择单管单端或者并联单端通常代价过高也没有必要。3、依据音源和输出功率确定检机电压增益。一般现代音源龈大输出电压为2Vrms而平均电压却只有0.5VrmS左右。由输出功率确定输出电压力效值Uout(PPR)P为输出功率R为额定负载阻抗。例如某8W输出功率的功放额定负载8欧姆则其UoUt8V输入电压Uin记0.5V则整机所需增益AUout/Uin16倍。4、依据功率和输出级电路程式确定电压放大级所需增益与程式。OT1.功放不在探讨之列（？目前常用功率三极管有2A3、300B、811、211、845、805常用功率束射四极管与五极管有6P1、6P14、6P6P、6P3P807、E1.34、FU50、KT88、E1.1.56、813。束射四极管和五极管为了取得较小的失真和较低的内网往往也接成三极管接法或者超线性接法应用C下面提到的“三极管”也包括这些多极管的三极管接法C通常工作于左特性曲线区域的三极管做单管单端甲类功放时屏极效率在20%25%°这里的屏极效率是指输出音频电功率与供应屏极直流电功率的比值。工作于右特性曲线区域的三极管多极管超线性接法做单管单端甲类功放时屏极效率在25%30%o而标准接法的多极管做单管单端甲类功放时屏极效率可以达到35%左右C5、关于池子管特性曲线的学问可以参看电子管特性曲线三极管与多极管的推挽功放由于牵涉到工作点、电路程式、负载阻抗、推动状况等多种因素左右所以一般由手册给出供选择。链接如下常用的的胆管应用数据资料在确定r输出级用管和电路程式之后依据输出级功率管满功率输出时所需推动电压UP峰峰值和输入音源信号电压Uin这里的U，in须要折算成峰峰值确定电压放大级增益。AuUp/U'inc例如2A3单管单端所需推动电压峰峰值为90V输入信号峰峰值为1.4V则所需增益AU90/1.4=64倍。若为开环放大则取1.1.倍余最实际所需开环放大量Au,70倍。对于多极管或者推挽功放常施加整机环路负反馈这时取2倍余最Au=128倍整机反馈信也可以限制在6db以内。如所需增益小于50倍可以采纳三极管或者五极管做单级电压放大。如所需增益大于50倍可以采纳三极管的多级电压放大或者五极管做单级电压放大这些将在下面的电压放大级设计里提到。二、电压放大级设计概要电子管电压放大级通常由单管共阴放大器组成其基本电路如卜.图所示？组放大电路分为无信号输入时的静态工作状况和有信号输入后的动态工作状况。对放大电路工作状况分析有两种方法图解分析法和等效电路分析法。作为简易设计这里主要介绍图解分析法。1、静态工作状况分析分析静态工作状况主要分析其屏极电压Ua屏极电流Ia和栅极偏压Ug。2、动态工作状况分析静态工作状况选择是为了动态工作具备良好的条件。电压放大级工作于小信号只要电路设计得当非线性失真度较小基本可以忽视不计。所以对电压放大级动态状况分析主要有电压放大倍数频率失真程度与输入、输出阻抗等。电压放大倍数简易分析依据图一所示其沟通等效负载R1.=RaR1./Ra+R1.。u其放大倍数中频段A=1ra/R1.+ra/RaU为电子管放大系数ra为电子管内阻对于五极管由于其内阴远大于R1.所以其放大倍数可由下式计算AgmR1.gm为五极管跨导幅频响应简易定性分析在其它参数肯定的状况下低频响应主要受到输出耦合电容C和阴极旁路电容Ck的影响。输出耦合电容越大阴极旁路电容越大低频截至频率越低。高频响应主要受到信号源内阻电子管极间电容主要是Cga屏栅间电容由它产生密勒电容效应粗略估算为u倍的Cga本级输出阻抗和下一级输入对地电容的影响。信号源内阻减小电子管极间电容减小本级输出阻抗减小以与下一级输入对地电容的减小都可以有效的提高高频上限截至频率。输入、输出阻抗简易分析在一般状况下输入阻抗主要由输入栅漏电阻Rg确定.高频段由于输入电容起先显现作用渐渐成容性。输出阻抗在忽视分布电容的影响下输出阻抗为电子管工作实际内阻和R1.的并联值C因此尽量选择较小内阻的电子管以降低输出阻抗避开分布电容对高频段的影响。做放大倍数简易分析设6N1.u35raIOkR1.150KRa75Ko则放大倍数A35/1+10/150+10/75=29倍。另外须要留意的1、电压放大级的最大输出电压实力要大于下一级须要的最大输入电压2、实际电子管手册往往给出电压放大管做共阴放大的各种工作条件和特性C给出的参数主要有电压放大倍数A、最大输出电压EOC例如6SN7电子管手册中所给出的条件如图所示便利查阅以供设计便利三、功率放大级设计概要需开环放大量Au,70倍。螺?功率放大级设置在放大通道的末级工作于大信号状态屏极接的是输出变压器、负载是具有电抗性质的扬声器。所以是非线性失真、频率失真的主要产生级。功率放大级着重考虑的问题是失真尽可能的小在满意这点的状况下输出信号功率尽可能的大转换效率尽可能的高C功率放大管主要方如下的重要定额和特性1、最大屏极耗散功率、最大屏极电流、最大屏极脉冲电流,多极管和工作于力栅流电路的功率管还有这些特性最大帘棚极耗散功率最大栅极耗散功率最大栅极电流。2、输出功率“所谓输出功率的大小主要确定于功率管的型号和功放级采纳的电路程式。不同型号的功率管采纳不同的电路程式。功率管栅极的推动信号电压或功率强度也有不同的要求当推动信号强度达到要求后功放级最大可能输出功率则与推动信号强度无关。3、非线性失真。功放级工作于大信号状态所以正常状况下整机的H线性失真主要主要产生于功率放大级。功放级的非线性失真程度除r与电路设计有关外功放管本身产生的非线性失真常达5%左右有的甚至达到10%左右o除态状况分析功率放大级基本工作电路结构如图所示图中所示的是束射四极管屏极直流回路是变压器初级绕组绕组的直流电阻很小所以屏极电压Ua近似等于供电电压Ea。分析功率放大级的静态工作状况主要分析它的屏极功耗Pa、屏流1.a、静态屏东Ua,静态栅偏压Ug。其分析方法和电压放大级类似但是直流负载线是过Ua的一条垂直于横坐标的直线。功率放大级的放大类型与工作状态分析电压放大级和单管单端放大级为了减小非线性失真静态工作点Q应当选择在负载直线的中心部分C如图所示上图也表明白不同的负栽线造成的不同工作状况带来的失真。然而为了提高效率只要协作肯定的电路程式静态工作点也可以工作于更低的偏置为此功率放大级分为A类甲类、B类乙类、AB类甲乙类。细致分还可以分为A1.类、A2类、B1.类、B2类、AB1.类、AB2类这里的1类表示始终功率管工作于没有栅流的驱动状态2类表示允许出现栅流。常见A类、AB1.类的简易定性分析A类放大在信号整个周期内屏极回路均有加流它屏流改变特别小非线性失真小屏极效率低屏极网路直流重量大。ABI类放大静态工作点稍僵近屏流的截至点整个信号周期内会有屏流截至状态出现造成较大的非线性失真但是屏极效率较高。为了解决非线性失真的问题在电路程式上采纳推挽放大由两管轮番工作弥补r屏流裁至部分造成的失真但是须要对幅值相等相位相反的推动信号来驱动。ABI类推挽放大的设计通常可以查询所用功率电子管手册来完成或者驾驭原理利用特性曲线求解。例如E1.34电子管手册上给出多组AB1.类推挽工作状态如下图所示的是其中一组四、电源供应部分概要从负载特性可以看出在大电流改变场合电感输入式r型滤波滤波是最佳选择。但是对于电感参数选择有详细要求主要目的是保证电感的续流故负我电流过小不相宜应用。对于半波整流电路、电容输入式注波在接近空栽的轻负栽、小电流特性产输出电压近似接近全波整流，另外桥式整流也是全波整流输出特性是一样的不应当特别化电F管整流由于和总体管整流原理相同不多做说明。五、整机设计与负反馈介绍负反馈放大器取放大器输出信号反馈到输入电路中称为负反馈放大器亦称闭环放大器。反馈信号强度与输出信号电压成正比的称电压负反馈反馈信号强度与输出信号电流成正比的称电流负反馈,负反馈除减小电路的放大倍数以外也能在再定程度匕改善放大器的性能"主要是拓展了频率带宽减小了失真降低了噪声。从反馈信号和输入信号的引入方式上乂可以将负反馈分为并联负反馈和串连负反馈两类。顾名思义由连负反馈即反馈信号和输入信号呈串连关系，综合起来反馈可以细分成电压串连负反馈、电流串连负反馈、电乐并联负反馈、电流并联负反馈。它们除r具有负反馈的共同特点以外还在不同程度上影响了输入输出阻抗。悴樵莫怨H杓票悔?$卷？其中电压反馈降低了输出阻抗电流反馈增加了输出阻抗并联反馈降低r输入阻抗串连反馈增加了输入网抗。例如电压并联负反馈既降低了输入阻抗又降低r输出阻抗而电流串连负反馈则同时增加了输出输入阻抗。设反馈信号和输出信号的比值为称为反馈系数。对于电压反馈反馈信号为Uf输出信号为Uout则反馈系数UfUout三设系统开环放大倍数为Ko则加入负反馈后的闭环放大倍数Kf可由以下简略公式计算得出Kf=Ko/1.+Ko若开环增益Ko足够大且反馈深度较深的状况下即Ko»1时通常当BKo>10时可以认为BKO»1公式可以简化为Kf1.即与开环放大倍数无关这就是在晶体管运算放大器电路中常见的闭环状况。典型的单级电压并联负反馈这里只作简易分析放大系数Kf=Ko/1邛KO=Ko/1+KoRs/RfRS为图中信号源内阻由于栅漏电阻Rg往往远大于Rs故此处忽视不计。输入阻抗RifRgRf(1.+Ko)而此时的电子管等效内阻rafra(1.+u)等效放大系数u=u(1.+u)这表明U值很高的束射四极管和五极管当B值较大的状况下其等效内阻可以接近甚至小于三极管的内阻值C典型的单级电流串连负反馈？抗。倘被uR,1.放大倍数Kfra+R1.+(1.+u)Rk其输入阻抗Rif和原输入阻抗Ri的关系为Rif(1.+Ko)Ri是增大的。而此时电子管的等效内阻rafra+(1.+u)Rk可见电流串连负反馈将开环时的管内阻增大了(1.+u)Rk倍。简易实