龙年献礼——一款22年前diy的功放（2011参赛）

bsmshcn · 发表于 2012-1-29 13:11

本帖最后由老牛288043 于 2012-1-30 18:51 编辑

22年前diy了一套功放，裸奔了一段时间后终于被我扔进了杂物箱，之所以没有彻底扔掉，是因为我有个愿望要最终把它制作成成品。去年忽然想起了这件事，觉得现在网购这么方便是实现愿望的时候了，于是我从淘宝上买来了机箱和配件，还买了几乎所有的管子换掉当年廉价的管子，根据机箱布局重做了电源板、喇叭保护板和后级输出板，把电压放大级从原板上锯下保留，由于不会电脑制图，就花了1~2个月的时间刀刻出了一套板子，现在我的愿望终于实现了。

正面

背面

内部

电源、喇叭保护板

末级输出板

电压放大板

功放制作完成后我就打算在网上发表我的作品，于是找到了本论坛，而且发现论坛正在举办功放制作大赛，就借参赛的名义来发表我的作品。利用新年长假重新画出电路图，时间仓促难免会有纰漏，欢迎大家指正，不会电脑制图，手工画的图可能不太清楚，还请大家多多包涵。下面我来介绍一下设计过程。

电路图

最终电路图

洞洞板图

输入级：输入级选择差分放大结构，好处是共模抑制比高、抗干扰好，缺点是受恒流源的限制，在瞬时大信号输入时，会使一边电流饱和一边电流截止从而造成失真。解决方案是增大射极电阻使在最大输入电压下差分管还处在工作区内，但这会降低开环增益，电流变化小影响响应速度。另一个方案是使用全对称菱形差分结构，由于没有恒流源的限制，可以保证至少一边有电流输出。这里我非常欣赏场管做输入级，由于它独特的工作特性可以很容易组成全对称菱形差分结构，但在当年刚毕业的我买场管就像买奢侈品，它的配对即使是现在还是很困难的。如果用晶体管做全对称菱形差分结构就要用到电阻分压，这样输入阻抗就做不高，输入电容将不得不使用电解电容。
当时我的设计目标是在信号通道能不用电容尽量不用，电解电容坚决不用。于是我想到了现在这个电路，就是在普通全对称差分结构的基础上增加T15、RW2、R18，，我的上下恒流管电流是5ma左右，调节RW2使T1~T4每管0.5ma，在一般状态下T15只是储存3.5ma电流，在瞬态响应时这些电流则可以给一边的管子使用，尽管最终还是要受恒流源的限制，但比起普通全对称差分结构要大大扩大了响应范围，因此，我暂且把这个电路叫做准全对称菱形差分结构。
前面提到我坚决不用电解电容，在输入端比较好解决，就是小容量电容加高阻抗电阻，在反馈端我设计了R27、R28、R29和C6组成的结构，C6的下端可以看做低阻抗信号源，C6的上端是高阻抗输入端，因此C6可以使用小容量电容把它们连接起来。
功放制作完成后，我量了一下差分管的电流发现左侧边T1、T3管是0.6ma，右侧边T2、T4管是0.4ma，而且左右声道情况一样，如果是自娱自乐我不会去在意，就当管子没有配对好，可是这样来参赛就不行了。我拆下其中的一对管量了一下误差在1%左右，难道是电路结构出了问题？在节前终于想到了问题所在，大家来看看分析的对不对，假设T1管电流增大造成左侧Vb升高，一般情况下会引起T2管电流增大，使T1管电流减小和T2管重新找到平衡。但在这个电路里左侧Vb升高还会引起T3管电流的增大，T3管电流的增大会使左侧Vb降低直到找到新的平衡点，这就造成一边管电流大，另一边管电流小。上下管和左右管同时在找平衡点，因此这个电路是不稳定的。
现在改进方法见最终版电路，就是把上下管的输入端分开来，电路的结构又复杂了许多，但diy的乐趣就是发现问题解决问题。原来的板子已经没法改了，电阻的孔距也是非标的，拆下也没用了。过完节就去采购洞洞板和电阻，希望能赶上参赛。
再来说说R3~R6的取值，R=最大输入电压/单管最大电流/2，由于换了变压器这个电路阻值需要调整，最大输入电压=28v/46.8倍=0.6v，R=0.6v/4.5ma/2=67欧，最终取68欧。

电压放大级：一开始是用T13和T4直接接成折叠式的共基共射放大电路，T13的b脚接DW1上，电路结构简单频响宽，在做试验电路时取得很好的效果。后来觉得还不够完美，浪费了一边的输出，于是把T13的b脚接到R7上，使得T13一边是共基放大，一边是共射放大，由于R7、R8取值相同，因此输入级两边的电流都将接近1:1的传递给T13，电路对称性好，电压放大的任务则基本交给T13来完成，下半边的T14情况也是完全相同，这样输入级的四管电流都可以得以利用。为了使T13、T14工作，还需要提供偏置电压，因此增加R14提供恒流电源，恒流电源取值是6~7ma左右，就是输入级单管的最大变化量4.5ma加上R19、R20、RW3上的电流损失。
由于T1、T3参加工作，为了使第一级频响更宽，因此增加T5~T8组成共基共射电路。最早的一版T11和T13也是组成共基共射放大，后来看到一本杂志介绍才有了现在这个电压放大级，我也不知道这个电路的取名，那本杂志也忘了，记性好的朋友可以帮忙回忆一下。这个电路的好处是T11可以补偿T13bc结电容的充放电电流，另一个好处是电源利用率高。

电流输出级：一开始对场管并不太了解，就是认为高输入阻抗容易被驱动，减少放大级数就不容易自激，因此没有加入推动管，只是在板上预留了推动管的位置，确实是在没有各种消振电容的时候电路也没有自激，初步达成了设计的目的。后来觉得电路的频响和失真指标不会高，就加上了推动管试一试，结果有自激现象，于是在R28上并上5pf电容消除了自激。直到这次换了所有的管子后，再试着取消5pf电容，结果没有发现明显的自激，是不是还有自激就要靠仪器来测量。
上了论坛学到不少知识，也改变了我原先的看法，增加C3、C4电容是为了加快T19、T20结电容的充放电速度，大家也许会担心T17、T18的安全，由于C3容量大于C4，C3最大的充电电流仅有5~6ma，C3两端的电压是缓慢上升，因此C4跟随它的变化是安全的，只要关机后过一段时间使C3、C4都放完电再开机就没事了，商业用途的则不建议这样做。由于没有配散热器，推动管电流取值较小是10ma，末级电流取值是200ma。

最后我要谈谈对此电路的看法，由于R22、R23的存在，通过T17、T18的放大，使T13、T14的负载过大，在瞬态响应时容易产生消波失真，因此需要降低高频阻抗，这需要仪器来确定参数，我没有这个条件就不在电路图中标出，但是在电路板图中预留了位置，有兴趣的朋友可以试一下。
我觉得此电路更适合晶体管做末级，而且是三级达林顿输出，这样才可以发挥前级最大9ma电流的输出，使用三级达林顿是因为前级不失真输出电流是2ma。另一个适合的电路是多管并联的场管输出。不知道我的看法有没有错，欢迎大家讨论。
说了那么多却忘了说音质如何，我从来都没有接触过高端机器，因此不太好评价。只能说在输入级偏差那么大的情况下，音质很纯正，这是全对称结构的功劳。以前在没有加入推动管的时候，曾经和一台stk4036功放对比过，没记错的话stk4036的失真指标是0.003%，它的结构是输入级用电流镜做负载，电压放大级是恒流源负载，因此开环增益很大，负反馈很深，所以它在输入级有RC移相网络，电压放大级有滞后补偿电容来保证电路的稳定，结果是我这个木耳都听出了高音的区别，本功放明显的要纤细通透，当时我对这个结果感到很吃惊，也一直是我引以为豪的。

祝大家新年快乐，心想事成。
祝论坛越来越红火。