自己做耐听的功放中的一文

关成栋01

第13篇、二款FU-50功放电路
一、图1是一款合并式功放电路，由FU-50管做功率输出，FU-50由6N1两级放大推动。
该电路的特点：
1、FU-50是超线性接法，且供电电压选得较高，为500V。
2、其阴极接有负反馈线圈，反馈线圈的匝数与次级8Ω的匝数相同，皆为136T。反馈线圈匝数比较少的原因是为了照顾灵敏度的需要。如果也像前面的几款功放一样用166T,那么灵敏度就稍低些了。
3、FU-50的脚6（屏极）到下6N1的脚8接有112K的负反馈电阻。这个电阻实为二个56K电阻的串联，这样做出于如下的考虑：因为电压差大，112K6W电阻不容易买到，3W的电阻购买容易。这个负反馈量是很小的，约2.4dB左右。
接着对这个电路进行深入探讨。
图中画的是FU-50的超线性接法。这个电路当抽头系数接为1时，即FU-50接成了三极管。这也是一个不错的选择，此时听感别具一番滋味。此时三极管接法输出功率要小得多，约输出8W，失真1.45%。这两个值不一定十分准确，因为我测试时用的输出变压器初级阻抗不合适。无论哪种接法，请注意，FU-50的抑制栅极（脚5）最好同其脚1连接，否则不仅输出功率小，还有其他的弊病。本图的输出变压器的建议数据请见图3。
三极管接法时需要注意：其高频上限是低于超线性接法的，一般约低3 kHz～5 kHz。另外应该知道！三极管接法的屏极对地电容远大于五极管接法和超线性接法。再强调一个问题：此时铁芯选用0.5的矽钢片比0.35的矽钢片不仅高频上限低一些，高频带外幅度也低得多。如果发现功放的高频上限低了，主要考虑输出变压器和FU-50的问题，但是也不应该忽视这个因素。再有，FU-50的三极管接法虽然其输出特性曲线看似接近300B，但是其失真比300B大多了。300B是三级管，要知道专家为减小其失真是下了大功夫的。
应该说明，拙书所介绍的几款输出变压器的铁芯横截面积都刚刚正好，读者如果有条件，可以稍稍加大一些。大家看图3，输出变压器的初级阻抗为2804Ω，那是为超线性接法设计的，图中三个超线性抽头的系数依次为0.76、0.526、0.44，哪一个抽头都可以试一下。在三极管接法时初级阻抗如果仍选为2804Ω，那是不妥的，阻抗太大了（前文介绍的电路也是这样）。严格点说，三极管的初级阻抗应为2300Ω（超线性在较大抽头系数时初级阻抗也应该小一些）左右。随着超线性抽头系数由0到1的变化，功放的味道也由五极管向三极管转变，最终选择多大的抽头系数，随读者的便。那么三极管的初级阻抗想要2300Ω左右，应该怎么办呢？一种做法是减少初级的匝数，但我不喜欢这样做。其实我们只要在8Ω的次级绕组上多绕十多圈即可，读者自己不妨算一下。
下面详细说明判断输出变压器的阻抗大还是小，虽然我们前面文章已经提过这个问题，现在我们再从另一个角度阐述一下。如图4的（b），功放输入端施加一个正弦波信号时，输出端输出的波形如果半周出现了向外凸的，即使波形为斜切（当然包括平顶），仍然可以判断其为饱和失真，由此也间接说明变压器的阻抗大了，其原因请参考图4的（a）。在这里斜切的波形所以提出来，是因为我对这种波形曾经误判过，记得当初所见到的波形是斜切（与如图4的（b）半周方向相反），就误认为是截止失真。其实这种情况还有一个方法判断，当由三极管接法改为超线性接法时削顶的那半周波形展开了，那么就可以断定原失真波形为饱和失真。图4（a）中静态工作点为Q，其在大阻抗负载线的中部。在负载线上，三条0栅压曲线的三个交点与Q点在左边组成部分重叠的三条线段，其中对应于抽头系数为0.44的那条线段对于Q点才是对称相等的。所以三极管接法时初级阻抗必须小于超线性接法的阻抗，这一点读者一定要注意。我在三极管接法时在失真仪上发现三次谐波大，可以说与FD422对比，FU-50的三次谐波大一些。输出变压器的阻抗如果选小了，更是不可以的。在三极管接法时阻抗略大或正合适的情况下，失真较低。如何确定输出变压器的初级阻抗是否正合适呢？我们前面提过，那就是其输出的一个正弦波信号的正、负半周随着振幅的加大同幅值削顶，这就要求读者同时具备示波器和信号发生器了。市场销售的输出变压器一般仅仅标明匹配的电子管，有的没有标明通频带，有的没有标明工作电压。如果盲目买来安装，极有可能出现意想不到的问题。其实输出变压器标明工作电压还不够，必须也标明工作电流。盲目运用有可能导致功放的性能变劣，我在这里不否定一个输出变压器的工作范围是较宽的。一般的设计原则是：先确定静态功耗，即先固定工作电流和屏阴电压降，然后再更改输出变压器的初级阻抗。FU-50的屏级最大功耗为40W，帘栅极最大功耗为5W。该机实测无信号输入时FU-50的阴极电压为59V，所以阴极静态电流为59/624=94.55（mA）。 624为阴极电阻值。总静态功耗=0.09455（A ）X 441（V）=42（W），这其中包括帘栅功耗。本设计较满，没有留出多少余量，原因是FU-50为低价管。
我在装制FU-50功放时发现静态噪声大，观察后找到了原因。我当时用的电源沿用原FD422的，因为FD422的工作电流小于FU-50的工作电流，如果第一级的滤波电容仍然是20μ/450V，噪声自然大了。于是我把这个电容加大了，改为二个220μ/450V电容串联。具体电源电路如图5，图中只画了高压部分。四个120K/3W的电阻为电容的均压电阻，同时它们也起到了泄放电流的作用，不使开机瞬间高压过高。这样做当然对整流二极管工作电流的要求也高了，我用的二极管是RU4D，其工作电流小于1.5A。要注意的是这个二极管耐压要大于700V，工作电流最好大于3A。附带补充说明一下，前一篇文章FD422功放的滤波电路之所以加大第一级滤波电容的容量，原因相同。如用二个220μ/450V电容串联，以求进一步减小噪声。像这种三级放大的功放电路，一般的电子爱好者往往认为第一级放大电路产生的噪音影响最大，这是受教科书的习惯影响。应该说大多数的功放电路是这样的，但是该电路在第一级的滤波电容用20μ/450V时，噪声电压为7 mV（有效值），当该滤波电容改用220μ/450V的二个电容串联时噪声电压减小为2 mV。实践表明，该机第一级放大电路产生的噪音电压所占比重很小，这是因为所用电源并非稳定直流，由此也说明电源的重要。要注意的是在其他的同类电路中，有时第一级和第二级之间的耦合电容C1容易感应噪声。判断C1的感应噪声的方法是，先断开C1的左端，观察示波器的波形，然后再断开C1的的右端，观看波形，两种波形之差即是C1的感应噪声。当然这个感应噪声也分两种情况，一种是C1的前一部分工作，另一种是前一部分放空，这两种情况的噪声往往不相等。对此设计元件的空间位置时应该予以充分注意。如果C1的感应噪声大了，虽然大多数是位置的问题，但少数是电路设计的问题。前面的几篇文章已经介绍了如何区别输出变压器的感应噪声和电源滤波不良产生的噪声，这样我们就可以仿照这个方法把任意一个部分的噪声找出来。要强调说明，电位器或输入电容感应的噪声是超音频的（C1没有这种噪声），如果观察波形就会发现这个噪声是附加在信号上面的毛刺，而且随着电位器的中心抽头的向上移动而变大，所以对于输入电路的屏蔽应该引起注意。这种噪声必须具备示波器才能发现。消除的方法如下：先把输入引线换成屏蔽线，如果不能除掉毛刺，再把电位器屏蔽，看一下问题能否解决，如果还不能消除噪声接着屏蔽下6N1管或第一级全部屏蔽。
我们一定要牢记：削减噪声和消除故障（如功放无声）总的原则是从后向前检查。削减噪声需沿着信号的逆向传输方向；消除故障也是沿着各部分电路的逆向作用方向，在从后向前的各个节点采取不同措施，简单的做法包括断路和短路两种方法，更好的办法是用仪表测试波形。注意!一定要先分析后再采取行动，因为有的节点是千万不能短路的。 同理，前面介绍的6P3P等功放电路的噪声也是能够进一步降低的，我们只要沿着信号的传输方向的逆向一点一点把不良因素找出，解决掉就可以了。
同一个型号的电子管，由不同厂家来生产，管子的电气性能肯定不一样。国外名厂生产的6N1管（当然名称不一定叫6N1）的一致性一般都比较好，国内厂家生产的6N1管的离散性比较大。即使是同一个批次的管子的差别也比较大，同一个6N1的左右两个管子也存在差别。我在试验这个电路时发现不对称的问题，比如，上下两个6N1电子管在更换时，下管的脚8的电压数值皆不一样。下管的脚8的电压低者4.8V；高者5.8V。上管的脚8的电压低者190V；高者255V。因为下管的脚8的电压高低关系较大，脚8的电压高了，第二级放大电路输入承受的最大栅负压大，这才是我们需要的。另外上管的脚8的电压最好为220 V（约为500 V的44%），这是为了使输出的不失真电压幅值达到最大，对这二点的电压值的要求我特意标于图上。下管脚8的电压要求大于5.5 V，这可以通过更换6N1管解决；上管脚8的电压220 V值可以通过更换上6N1管或更改R5（图中标为1.2K）的阻值解决。
该功放电路我的测试结果是：灵敏度约0.48 V，噪声电压2 mV。我做的输出变压器抽头系数为0.76时输出功率12.78W，失真2.05%。抽头系数为0.5时输出功率17.64W（在8Ω假负载上输出电压16.8V），失真值的记录没有留下。此机噪声较低，信噪比为75dB。如果按图3的数据（0.44抽头系数）输出功率也接近于18W。频响上限由自己所做的输出变压器决定，一般大于30kHz，这个输出变压器最好按照图3要求去做。
二、图2为一款后级功放电路，也是由FU-50做功率输出的，其灵敏度比图1低一些，大于1.0 V。
灵敏度比图1低的原因如下述：我们看这个电路比图1的电路有二点不同，一是阴极反馈线圈的匝数多了30T。注意，绕组匝数的改变要引起输出变压器的初级阻抗的改变，此时初级阻抗已经变为2832Ω了。二是从反馈线圈的上端到下6N1管的脚3接有56K的负反馈电阻。我们不妨给这种负反馈起一个名字，叫做阴极越级负反馈。其反馈量约4.5dB，虽然并不大，但是对减小失真是有一定的作用的。这两项措施是灵敏度低的原因，带来的好处是功放的失真降低了。0.50抽头系数时失真已经降为1.65%（输出功率17.64W时）了。这个后级功放虽然较中性，但是它可以随读者意愿选用各种不同韵味的前级，灵活性大多了。前面说过，如果读者选抽头系数为0.44时输出功率近于18W，输出功率能够满足一般的需求。
我们已经发现，从阴极反馈线圈的上端到下6N1管的脚3的负反馈——阴极越级负反馈，是一种全新式的反馈。这种反馈深度即使加大也没有不良副作用，原因是：反馈信号没有经过输出变压器的变换，即没有发生相移，该电路应该大力推广！在今后遇到的许多功放电路中这块砖能否引玉，就看读者自己的运用了。这种负反馈最大的优点是，和D-NFB电路（从功放管屏级的负反馈）有一样的结果，不管加多深，也不会产生鼻音。其实对于本例中4.5dB的负反馈，即使加的是大环负反馈，也难以听出鼻音的效果。我这样设计是为了使声音轻松一些。当然有的人喜欢听鼻音，那么可以再加上深一些的大环负反馈，该电路则提供了这种可能。
三、我谈一下需要注意的几个问题。
关于电源我强调，前面介绍的6P3P、6P13P、FU-7、FD422、FU-50几款新式功放电路的电源最好：
1、二个声道用二个电源变压器，二套整流装置。
2、二个声道用一个电源变压器，高压部分线圈为双线并绕，二套整流装置。变压器可以选用环形变压器，或选用非标准铁芯。这样选的优点是，在同样输出功率的情况下窗口面积大，可以双线并绕，重量也轻。除此之外还有一个方法，即选用舌宽大，叠厚小的铁芯，目的也是加大窗口面积。
3、可以二个声道用一个电源变压器，高压部分线圈为单根超粗线绕制，但是必需用二套整流装置。
因为我自己认为，这些功放电路的音色好，此三种做法虽然有些浪费，但非常值得。如果二个声道共用一个整流电源，不仅容易产生自激，还必然通过电源内阻使音质变劣。在万不得已的情况下，二个声道共才用一个整流电源时。这时为了防止自激，输出变压器最好选用0.5的矽钢片，不要选用0.35的矽钢片。
关于输出变压器的原理可能有的读者还觉得没有吃透，确实是这样。研究复杂的原理，应该具备科学的思维方法。输出变压器的结构和电气性能的关系，影响的因素很多，假设主要的因素有七条。我们一定要分清主次，抓住第一条，或抓住第一、第二条（如输出变压器需抓住：一铁芯截面积、二次级匝数），我前面就是这样介绍的。但是也应该清楚地知道，当条件改变的时候，后面的几条（如第五条）极有可能一跃成为决定性的第一位因素。我想没有吃透的地方就在这后几条我没有详细说明，原因是以防后几条因素冲淡主框架。为此我再举出一个例子：同一个输出变压器，接在FD422、FU-50两个不同的功放电路中，我们如果设法使它们的工作条件都一样。那么就会发现，FU-50功放比FD422功放的高频上限低得多（约低3～6 kHz）。同样输出变压器工作时的电气性能，影响的因素也很多，决定性的第一条因素就是频响曲线，这一条抓住了一切就好办了。拙书介绍的几个电路，如果单端甲类输出变压器的-3dB带宽是35 Hz ～30 kHz，满足这样条件的输出变压器的听感一定能够令人满意。在这个角度上说，输出变压器的好坏是测出来的。或者说不存在输出变压器的指标相当好，听感却不太令人满意的现象。我见到的市面存在的几种矽钢片，片厚有0.5和0.35的，其中有冷轧的、热轧的、新的、旧的、沙金的、特意退火的。只要符合上述带宽条件，用它们所做的输出变压器基本上听感都能令人满意，这些变压器虽然分别具有自己的不同韵味，但是各种韵味之间的差别极微小，一般人的耳朵极难分辨出来。个人认为特意退火的矽钢片听感效果稍稍好一丁点儿，除此之外一些老旧的矽钢片听感效果也稍微好一丁点儿。前面电路我介绍的带宽均是在满功率输出时测试的。可能有人提问，我们能否使输出变压器的频率上限大于50 kHz？答案应该可以，但是可能难度大得多。从前面的几个输出变压器的设计可以看出，我们有意避开了电感量和输出效率的计算，变压器的低频截止频率由设计确定，最终的低频截止频率值经测试决定。具体它是否饱和失真、在多少频率出现饱和失真，及低频截止频率是可以测试到的。同时我们认为输出变压器的效率接近100%，这样设计就省去了许多麻烦。
关于第一放大级的退耦电容（20μ），其耐压要求高，一般情况下交流250V薄膜电容能够承受500V上。如果没有交流250V薄膜电容，不得已选用电解电容时，耐压如450V或500V的，其难以承受开机瞬间的高压冲击，这时应该并联泄放电阻，于此请借鉴前面文章的有关内容。
关于阴极线圈的极性一定要引起注意，千万不能接反！接反了，是要引起正反馈的，音质变劣，声音不好听，我在试验中曾经几次接反。为此绕制输出变压器时初级和阴极线圈的头要标上记号（同名端）。另外，没有阴极线圈的输出变压器也可以接阴极负反馈，我们可以把8Ω绕组（次级）串进电路，但是一定要注意极性。这样做的缺点是音箱有直流电通过，因为8Ω绕组的电阻比音箱的电阻小得多，通过音箱的直流电很小，也没有什么副作用。
我们看一下国内价格低的功率输出管：社会存量大的功放管有6P3P 、6P13P 、FU-7、FD422、FU-811、FU-50、FU-5等；社会存量小的功放管有813、FD71等。6P3P 、6P13P 、FU-7、FD422、FU-50等电子管输出功率小一些，前面已经介绍了用它们做的功放。FU-5、 FU-811、813、FD71这几个电子管输出功率较大，其中我最看好FU-811，特别是FU-811A 。要知道FU-811A比 FU-811屏极功耗多20W（屏极功耗为65 W）。它的价格比FU-5低，其灯丝功耗也低，是FU-5的50% 。FU-811和 FU-5都是直热式灯丝，用它们做功放听感甚为优美。其实FU-811A在这几个电子管中价格和功耗都最低，这个电子管在提倡环保的今天应该引起我们的青睐。虽然它的社会存量不大，但是其在医疗仪器中有应用，所以购买容易。FU-811 A（包括FU-5）是右特性功率输出管，它们工作时有栅流，比左特性功率输出管失真大。右特性管虽然有这个缺点，但是它们也有二个突出的优点：1、输出效率比左特性管高得多。2、驱动电压也比左特性管低得多。其做单端甲类功放输出功率大于FU-50，输出功率可以轻松超过25瓦，这已经足够家庭应用了。用其组装功放很容易，社会流传的电路也不少，但是真正好的功放电路不多。我没有设计它的电路，我以为，想用它研发出一款优秀的功放，难度大，新电路中可能产生多处创新。如果设计多款功放，从其中挑选出最好的，耗时一般需要六、七个月之久。可以说未研发右特性功率输出管的功放是我之遗憾。
我试验的初衷是面向低收入阶层，因此对于EL34、KT88、KT100、300B、845等受欢迎管没有研发，望理解。其实利用EL34、KT88、KT100、300B、211、845等电子管做功放效果是很好的，也有的管子具有想不到的十分优美的音色，其中大多数的管子均能超过我介绍的低价管。但是它们各有自己的特点，也不应该大意。读者可以参考前面介绍的电路进行仿制或自己独立研发。KT88、KT100 和KT120是比较新式的优秀功放管，其需要的输入电压小（栅负压低），换句话说灵敏度高。从阴极反馈线圈的上端到6N1管（当然不一定都用6N1推动）的脚3的负反馈正好发挥作用。这种负反馈越级施加，对于这些电子管可以适度加深，因此能够取得更好的结果，胜于从输出端的大环负反馈。
读者可以看出，我研究的重心放在了功率输出级和推动级，至于第一级放大，投入的功夫不多。因为不同的制作者对于第一级的韵味有不同的理解、具有不同的偏好，好在书中许多电路皆呈中性，剩下的任务就交给了读者，读者完全可以制作出符合自己口味的功放。除了第一级影响韵味之外，输出级也可以影响韵味。比如加大负反馈深度，功放可以发出鼻音；特意制作高频上限低的输出变压器，五极管输出的功放就具有了老式收音机那种所谓的胆机味道。最后 需要说明试听这些功放的音箱应为好一点的，放低要求说音箱的高音喇叭不能选用质量差的。

关成栋01

不知原因——电路图丢了？

爱乐玩胆

谢谢你介绍了FU50做胆机的心得体会，以前FU50便宜时（15元/只）购入了一些，这么多年过去了，也没有选择用那种复电路来实践，一晃10年，8年就过去了，想想也只有退休后再有时间玩了，

魔幻蓝天

关成栋01 发表于 2023-5-7 18:30
不知原因——电路图丢了？

图要自己一幅一幅加载的

HO159

关成栋01 发表于 2023-5-7 18:30
不知原因——电路图丢了？

关老师是这两图吗？替您补上。

xg_zgy

这种设计很有新意，打破了传统结构，但是输出牛的阴极反馈计算却要反复试验才能找到合适的匝数。

清远老关

关老师那里人？

csgdbadp

末级石加胆的关老师吗？久仰久仰！

Ooh

正如超线性接法抽头，是以初级圈层数来考虑，阴极负反馈亦应该是初级圈的一整个层，而不是圈数。
麦景图将初级圈一半接去阴极做负反馈，视为 50% 阴极负反馈。
QUAD II 初级圈有十层，两层接去阴极做负反馈，视为 20% 阴极负反馈。

补充内容 (2023-5-9 18:42):
记错了，QUAD II 整个初级 20 层，单臂 10 层，一层接去阴极，是 10% 阴极负反馈。

关成栋01

回复：
“关老师那里人？”

我：黑龙江绥化。