音频功放全解析电路篇之1969

理想发烧

去年写了一篇音频功放全解析，只是介绍了一些声音的基础知识。一直想写一些关于功放电路的东西，主要是把自己对功放电路的一些理解和感悟写出来，与广大烧友共享，也希望能对一些人，特别是一些刚入门的烧友能有所帮助。当然更希望能有人指出其中的不足和错误。能与大家交流并在交流中去伪存真共同提高是我最大的乐趣。所以有不同看法的狠狠砸砖。
一直没写是因为不知从哪写起，也是没有时间。1969这么热忽然就想起就1696开始吧。
我今天主要是分析1969的特点、元件的作用，及最优化的元件参数。最后谈一下1696甲乙类工作方式和场管的1969。
我研究1969的主要方法是仿真，这主要有两个原因：
1、现在仿直技术在音频模拟放大器领域精度是非常高的，我模拟的几十只管子的放大器最后实做出来的结果，无论在失真、相位裕度、自激、包括电容的负载能力，电路自激时的频率及各种细节都与实际电路一致。
2、仿真比实做在某些方面更有代表性。实做因为元件质量参数问题，布线问题，制做者水平等各种问题导至实做出的电路没有达到或者超过了电路本身的设计性能水平。反而不能反映电路设计应有的性能。仿真则没有这方面的问题。而我们要讨论的是设计不是制作。
3、仿真可以节约很多时间和金钱。
先上图，据说这是1969的原版，是不是我没有考证，也没考证的必要了。

根据这个图可以看出如下几个特点。
1、整机增益较低负反馈小失真较大。
2、整个输出级电流基本由R1R2决定，由于R1R2阻值比较大所以输出级电流稳度稳定性非常高稳漂很小不用热补尝。
3、基于第一条同样的原因，原版电路基本只能工作在甲类。
4、电源抑制比低。

上图是仿真的结果，电压30v、静态电流1.03A、0.5V输入、8欧母负载、1khz失真0.047%。

上图是输入是1V时的波形，蓝色的是输出电容前的电压波形，红色是输出电容后电压波形。从图中可以看出，交流电压输出峰值正10.8V负11.67V与正负15V的理论值相差太多。
再看蓝色的输出电容前的电压波形，正电压峰值24.69V与30V电源电压差5.3V，负电压峰值2.2V与0电压相差2.2V。说明输出动态过小主要是由于上半周输出造成的。
再看输出电流，正电流输出峰值只有1.37A，远没达到理论的2.06A。
通过以上的仿真可以看出，这个电路除失真较大以外，更大的问题是输出动态过小，输出电压峰值远小于理论值的正负输出接近于正电源和地。电流峰值也远小于甲类理论值。
在不改变原电路结构的前题下通过改变电路参数，充分发掘这个结构的潜力是主要目标。
首先看如何减小失真，这个问题有很多人都说过。减小失真无非是从提高电路的线性和增加负反馈入手。
三极管在小电流下线性是很好的，失真主要是发射结的非线性的原因，发射结的非线性与电流大小有关，电流越大线性越好，在这个电路中，减小2.2K电阻R9可以增加TR3管电流改善TR3管的线性，但是这个电阻与TR1管发射结并联，太小会增加输出级的非线性失真和温度稳定性。通过估算和仿真取100欧母比较适合。
推挽输出电路要求上下两臂对称失真最低，这个电路中要达到上下对称要求R2等于R9所以R2也取100欧母。用R1调节偏流。
输入管TR4电流也很小，增大会有助于提高线性，还对转换速的提高有帮助。但是要减小R8，而R8与TR3 TR1 两只管子的发射结的串联并联。R8减小会使TR4对后级的驱动非线性化，又增加了失真。把R8接的TR3的基极能很好的解决这个问题。R8取1K比较适会。
最后修改后的电路如下。

失真减小到0.015%有三倍的改善。如果把负放馈网络电阻减小，电容增大，失真还会有改善。这里不多说。

国共合作jhx

赞   ，实践与理论相结合的好文章，这才真是初哥 的良师益友。比起那个信口雌黄的秘密不知强了多少倍。

理想发烧

上图是输入电压1V出现削峰时的波形，蓝色的是输出电容前的电压波形，红色是输出电容后电压波形。从图中可以看出，交流电压输出峰值正11.95V负12.7V。
再看蓝色的输出电容前的电压波形，正电压峰值27.77V负电压峰值3.1V。再看输出电流，正电流输出峰值1.5A。在与修改前比较无论是峰值电压和电流都有提高。
这个电路输出电压电流达不到理论值主要是输出管在大电流，低Vce下，放大倍数下降造成的。修改后的电路R9变为100欧母，电流大约是7MA这7AM在静态时不流入大管，大动态时TR3电流减小这个电流流入TR2。为TR2提供额外的驱动电流，提高了电路的电流输出能力。
这实际上是放大器进入了乙类放大状态，只不过乙类电流受到限制。减小R9就能增大乙类输出电流，副作用是，输出级温度稳定性下降，失真加大。减小到60到30是一个可以接受的范围。

上图是把R9 R2改为50欧母后的仿真波形，在静态电流850MA输出电流峰值电流1.6A。峰值电压更是达到了27.41V基本上达到了理论上限。
这个问题是三极管不身的特性造成的用大电流线性好的管子可以很大程度改善这个问题。

这是输出管改为MJ14002G的0.5V输入波形，失真0.006%

这是输入1V输出峰峰值26V时的波形，在极限电压输出时失真0.265%。2N3055这个管子真的是该退休了。
电路的电源抑制比低最简单有效的办法就是加大C1 C5电容容量，别的办法有点复杂没有什么必要。当然用稳压电源供电是最好的了。
在看中个电路的高频特性

电路带宽1M很宽，但是20KH方波上升沿只有2V/US的转换速率，下降沿有过冲。罪魁祸首就是2N3055换成MJ14002G如下图，转换速率变为10V/US。

2N3055反馈电容太大了，再一次证明2N3055该成为历史了。
方波下降沿有过冲和振铃。过高的带宽对放大器没有任何好处，同时对放大器的稳定是一个威胁，在反馈阻R3上并联一个200PF电容，既限制了放大器的带宽，方波也好看多了。

输出端不接贝赛尔网络、隔离电感，在输出端接10NF到1UF 的电容，电路不自激，方波无振铃。这说明电路非常稳定。这是因为1969级数少，这种特性包证了高频的细腻顺滑。有些放大器非常不稳定在自激的边缘高音就不好。
这是最后优化的结果。

无章的自由

技术区真的热闹了。单一个浪得虚名的1969统领放大区了

XLS119

理想发烧 发表于 2016-1-13 20:14
上图是输入电压1V出现削峰时的波形，蓝色的是输出电容前的电压波形，红色是输出电容后电压波形。从图中可 ...

当下能踏踏实实搞技术，难能可贵，赞。

yk620

最近1969太热闹了，这样的文章才有营养

啊强

我看的出来了，1969用3055真心不行，用好点的管子，比如安森美的，声音更上一层楼。还有，1969非常稳定，还有这句话，这是因为1969级数少，这种特性包证了高频的细腻顺滑。有些放大器非常不稳定在自激的边缘高音就不好。

jinchen

楼主辛苦！仿真好玩，看来得学学。请问楼主用什么软件？谢谢！

usaa

现在连核反应都能用计算机仿真

阿斯匹林

找时间搭LZ的最新参数电路

邦，

仿真仿真不要当真

hellknight

感谢，值得一试

lmkopqqaa

怎么我搭出来的  听感不同呢  等空闲了上电路  大家帮忙分析

鲸鱼

学习一下！

牛哥

3楼的最终优化结果TR3=2N5551的功耗恐怕不太够用吧？

理想发烧

牛哥 发表于 2016-1-15 09:38
3楼的最终优化结果TR3=2N5551的功耗恐怕不太够用吧？

2n5551功耗600mw，实际电流不超15ma实际功耗不超250mw。问题不大，勉强够用。如果换放大倍数低的输出管，要注意这个问题。

XLS119

的确，装过两台改进型的板子，TR3是K213，套件R9 10欧。实装为12欧好，14欧，R1+R2= 150欧左右。

jingdianv5

有机会实验一下哈

理想发烧

XLS119 发表于 2016-1-15 20:08
的确，装过两台改进型的板子，TR3是K213，套件R9 10欧。实装为12欧好，14欧，R1+R2= 150欧左右。

12欧太小了，静流温漂会很大，同时失真也会增大。