HD-SA功放的制作

cloudfly55 · 发表于 2021-8-5 14:02

本帖最后由 cloudfly55 于 2021-8-5 23:16 编辑

在《无线电与电视》2003年5期31页，刊登了一篇黄炳全先生的功放制作文章：《不断完善的现代音频功放技术——也谈HD-SA功放的制作》，仔细拜读之后，有制作的冲动，于是断断续续花了一点时间，先仿真消化，再制作了单声道电路，进行了初步测量，以确定其性能。

我把原文制作成PDF文件，上传如下，一共7个压缩包：

也谈HD-SA功放的制作.part1.rar (300 KB, 下载次数: 290)

2021-8-5 12:00 上传

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也谈HD-SA功放的制作.part2.rar (300 KB, 下载次数: 284)

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也谈HD-SA功放的制作.part3.rar (300 KB, 下载次数: 285)

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也谈HD-SA功放的制作.part4.rar (300 KB, 下载次数: 284)

2021-8-5 12:00 上传

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也谈HD-SA功放的制作.part5.rar (300 KB, 下载次数: 268)

2021-8-5 12:00 上传

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也谈HD-SA功放的制作.part6.rar (300 KB, 下载次数: 257)

2021-8-5 12:00 上传

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也谈HD-SA功放的制作.part7.rar (272.99 KB, 下载次数: 250)

2021-8-5 12:00 上传

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文章中黄炳全先生有非常详细的原理解说和制作注意事项，我不再啰嗦

原文电路图如下：
（注意：原电路第二级镜流源T7的C、E极画反）

HD-SA大功率后级电路图.gif

仿真电路和结果如下：

HD-SA大功率后级仿真电路图.gif

仿真文件下载（镜流源Q7管错误已修正）：

HD-SA功放.part1.rar (300 KB, 下载次数: 237)

2021-8-5 22:30 上传

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HD-SA功放.part2.rar (90.92 KB, 下载次数: 182)

2021-8-5 22:30 上传

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交流分析结果

HD-SA功放仿真-交流分析.gif

从仿真来看，可见HD-SA功放的频率响应一致延伸到2.6MHz，相位特性也非常优异，-60度时对应频率近乎1.6MHz。

傅里叶分析（从小到大的5种输出功率下）

HD-SA功放仿真-傅里叶分析-各种输出功率.gif

从仿真来看，可见HD-SA功放的失真度在输出功率从小到大（1W、20W、50W、100W、200W）的情况下，失真度大都在-80dB以下，且变化不大。

既然仿真结果让人满意，于是就画了单声道的电路，实作了出来，进行实测验证。

HD-SA PCB-3D.gif

原文采用2对输出功率管，PCB画了4对大管，是因为我这个功放测试台散热片是自己DIY专用，散热片有4对大管的安装位置和PCB固定孔位，为了PCB兼容性，所以画了4对大管，实际测试先用1对大管到2对大管。

HS-SA功放实验制作_1.jpg

实际制作大量采用贴片元件，差分和镜流源均采用孪生管，其余TO92和TO126封装管均用晶体管图示仪尽可能做精确配对，目前用管异极性配对除了大管外，配对均做到输入和输出特性最差在80%以上。特此感谢原作者黄炳全先生，他提供的电路没有暗雷，实作很顺利。

功放测试假负载和衰减模块_1.jpg

自己DIY的功放测试用假负载模块，带分压衰减输出。此模块可视为测试时候的一个节点装置，方便接驳功放和各种仪器，避免测试的时候接线凌乱和出错。

因为时间关系，暂时只做了大管静态电流50mA时，输出20W的测试，以后再做其他静态电流和不同输出功率的测试。

仿真时20W的THD失真度为0.002%

20W时THD失真0.002.gif

RMAA6.45的测试结果：

测试文件：

HD-SA AMP-2 20W 24-bit, 48 kHz.rar (46.69 KB, 下载次数: 155)

cloudfly55 · 发表于 2021-8-6 23:48

本帖最后由 cloudfly55 于 2021-8-7 01:17 编辑

HA-SA功放之示波器不完全测试
今晚用信号发生器和示波器测试了一下HD-SA输出波形。测试条件是在8欧负载下，功放输出30W条件下测试，此时对应8欧电阻上电压1kHz时15.67Vrms。之所以叫不完全测试，是过于贪心，测试到200kHz后，还抱侥幸心理测试400kHz，导致末级功率管烧毁，导致方波没有进行测量，以后再继续。
测试时，将示波器的两个通道的相位计算功能打开，可以自动给出功放输入输出的相位差，一方面对功放的相位特性有所了解，另一方面，对比仿真电路里面的交流分析结果，也可以大致知道仿真和现实的差异。为方便观察输入、输出波形的在不同频率下的一致性，我把青色输入信号在1kHz时微调到完全和黄色输出信号重合，因此，随着信号频率的升高，它们的重合度差异会越来越明显，让人一目了然。
下面分别是1kHz，20kHz、50kHz、100kHz、200kHz时的正弦波信号测试结果：

HD-SA功放_正弦波_16V_1kHz.gif

如果有心，可以参考下图我做的30W条件下，1kHz-10MHz下的交流分析图，上面我把上述对应频率的参数进行了标注，从实测来看，仿真结果要完美很多，毕竟，仿真的元件模型和拟算方式，不可能过于精准和细致（那需要大量的算力，对于个人计算来说不现实），只要是仿真趋势一致，就足够实用，另一方面来说，那种必须仿真完美了才肯动手的高人，要么是哄妹妹哄得嘴花惯了，要么是宝哥哥在梦秦可卿。

HD-SA功放_仿真交流分析_30W_1k-10MHz.gif

注意，上图交流分析中的信号幅度单位是Vp，转换成有效值Vrms需要除以1.414

将上述实测数据和仿真数据用图标表达出来，更加一目了然：

HD-SA功放_实测和仿真数据对比-1.png

cloudfly55 · 发表于 2021-8-10 01:24

本帖最后由 cloudfly55 于 2021-8-10 01:51 编辑

去掉末级达林顿功率管后的测量

因为上次烧管，在把坏管拆除后，索性把推动级两个射极电阻中间接输出，构成一个前端放大电路，在输出5Vrms条件下下进行了RMAA和MI频谱测量。

MI 底噪 HD-SA AMP-前端_副本.gif

底噪的频谱显示，除50Hz纹波，以及它带来的一些谐波外，在接近20KHz处，离20kHz差一点点，也有一个明显的19.xxkHz噪声。除此之外，还算干净平坦。底噪频谱可以作为以下失真测试的参照对比，底噪上没有的，失真测试上有了，那就是放大器某个缺陷或者环境因素导致的。

MI THD-1K HD-SA AMP-前端_副本.gif

几乎没有3次谐波失真，完全淹没在噪声里，难道做前级声音会不错？不过为什么越往高频，谐波群越来越多？难道是1kHz基频和上面说的那个19.xxkHz的噪声调制产生的谐波群？下面的10kHz THD测试也有类似问题，而IMDccif测试的基波有一个是19kHz，和这个19.XXkHz的噪声频率很接近，因此高频段一样产生不少谐波群

MI THD-10K HD-SA AMP-前端_副本.gif

基频为10kHz的THD。不要为0.0001%欢呼。其实其二次谐波20kHz从幅度上来看，并没有比1kHz基波的THD低多少。THD是以谐波的功率之比计算的，越频率高的谐波因为功率低，所以会导致看上去百分比小很多，但如果从谐波幅度看，假设THD的失真是由某个元件的非线性导致的失真，其实这种非线性一直是存在的，并没有因为10kHz测试结果漂亮就会消失或者改善。
MI IMDsmp HD-SA AMP-前端_副本.gif

RMAA测量文件如下，不截图上传了，如有兴趣自己载入软件观看。

RMAA测量HD-SA AMP-前端 24-bit, 48 kHz.rar (45.88 KB, 下载次数: 130)

blsxmz · 发表于 2021-8-5 14:26

听感如何？

anmon · 发表于 2021-8-5 14:40

每个人的听感都不一样的，器材不一样，环境也不一样，谈听感最没用

筑明 · 发表于 2021-8-5 14:50

楼主的测试负载非常好，学习了。

惠州创客 · 发表于 2021-8-5 15:34

楼主的技术不是一般DIY可以模仿的，小白只有羡慕的份了。

yygbs · 发表于 2021-8-5 16:52

来向潘总学习，看潘总的贴子就像技术上的精神食粮一样。

cloudfly55 · 发表于 2021-8-5 17:13

blsxmz 发表于 2021-8-5 14:26
听感如何？

就像男女在事后的交流，言说得再多，描绘得再仔细，双方也无法身身同感受到对方刚才经历过的美妙或者糟心......所以我的帖子甚少说听感。

553129131 · 发表于 2021-8-5 17:59

现在看到小三极管就头疼，多了焊起来太浪费时间。以前觉得直插好焊，现在发现贴片的更好焊，特别是Vishay的那个晶圆电阻，真的好焊

ls0001 · 发表于 2021-8-5 18:17

精品佳作! 火钳流明,有时间再细细品尝.

pattison · 发表于 2021-8-5 18:49

请问在pcb上有二个微调电位器而线路图上只有一个微调，另一个加在哪？阻值多少？

swsw4321 · 发表于 2021-8-5 19:18

前面差分可去掉，用后面电路。放大级数过多很不好

lsbob55 · 发表于 2021-8-5 20:05

欣赏楼主大作，思路严谨，做工精湛！先下载资料有空学习研究一下。

好羡慕楼主的实验环境，干净整洁舒适！

超低失真之梦 · 发表于 2021-8-5 20:14

本帖最后由超低失真之梦于 2021-8-5 21:23 编辑

这电路设计的不错，场输入省了输入电容，直流全大环路反馈，无需反馈落地电容改善稳定中点，前级用了单级放大，混合后级后实现不自激，后级电流反馈放大还加入了电流镜，提高高频反馈量，改善高频谐波量，
就是两个22p滞后补充电容，如果能放到前级输出，来抑制前级频响高频凸起，更好，这样后级有更多的反馈量来改善高频谐波量，前级后级整体频响都平直，稳定性依然好。

改变处如下。
屏幕截图 2021-08-05 201307.gif

原图还有一处画错了， t7 前级的镜像电流源，这样会使得输出中点电压400mv，改正后中点电压几个mv，这个电路不需要调中点，因为有全直流负反馈。使得输出中点很低了。

qchen · 发表于 2021-8-5 20:43

不知道这种电路，高频细腻不，重放人声温不温暖？感觉一般动态大，速度快的，放人声，都粗。

capa · 发表于 2021-8-5 20:51

感谢分享。器利事善。

cloudfly55 · 发表于 2021-8-5 20:56

pattison 发表于 2021-8-5 18:49
请问在pcb上有二个微调电位器而线路图上只有一个微调，另一个加在哪？阻值多少？

原文提到调节第一级差分电阻来进行调零，实际上可以把第一级JEFT管漏极上方的两个电阻串或者并一个可调电阻实现调零。实际制作的时候，按照我的习惯，更喜欢在第二级镜流源这边加调零电阻，见下图。第一级差分比较敏感，万一电位器接触不良特别是串电位器造成的波动影响大。我这种接法就是电位器接触不良造成的波动也比较小。

HD-SA功放的中点调零电位器.gif

cloudfly55 · 发表于 2021-8-5 20:59

qchen 发表于 2021-8-5 20:43
不知道这种电路，高频细腻不，重放人声温不温暖？感觉一般动态大，速度快的，放人声，都粗。

我愚钝，对于电路，从来“看”不出其声音。
但我知道，就是同一个电路，不同的人制作，都很可能声音百样。

lsbob55 · 发表于 2021-8-5 21:10

仿真了一下，看到20kHz下失真是0.016%，开环增益只有83dB，高频失真偏大，开环增益不足。

cloudfly55 · 发表于 2021-8-5 21:10

lsbob55 发表于 2021-8-5 20:05
欣赏楼主大作，思路严谨，做工精湛！先下载资料有空学习研究一下。

好羡慕楼主的实验环境，干净整洁舒适 ...

书房也是我的工作室，不太大，要兼顾，必须不能乱。一直不喜欢脏乱差的实验环境，包括以前在单位的实验室，也是一样，环境不好会导致心情不好，影响思路，也是多年的习惯使然。当然实际制作的时候会稍微凌乱一点，不过也是焊完板子就会收拾一下。DIY的时候我尽可能先规划好每一步骤，每一步做每一步的事情，完成一个阶段再进行下一个阶段的事情，做完就收拾一下，也不需要费多少时间。

cloudfly55 · 发表于 2021-8-5 21:14

swsw4321 发表于 2021-8-5 19:18
前面差分可去掉，用后面电路。放大级数过多很不好

我提供了原始文章和仿真文件，请老兄按照你的意思修改仿真文件，并共享给我们。

[DIY制作] HD-SA功放的制作

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