给初学者的礼物之四：全对称差分功放实验平台

筑明

前面分享了无差分的功放：http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... =1504769&extra=
单差分功放：http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... =1500726&extra=
http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... =1476985&extra=

    能熟练完成前面的线路制作和调试后，可以试试经典全对称差分电路的制作，看标题我写的是实验平台，是想给大家提供一个试验各种参数、搭配不同的管子来折腾的板子，全对称差分线路有先天性的优势，对各种音乐的适应性更好，各个大厂都有相同或类似线路的成品机，只是输出采用了多并管，初级diy们和我一起用一对管来试试这个线路，看是否可以装出一台满意的功放。
     设计时考虑实验成本，差分管采用的是最便宜的2N5401/5551，几年前买了1000对长电的这个管子，一毛钱一个可以随便折腾，烧坏了也不心疼，整个电路成本单声道应该可以控制在50元以内，电容的选择丰俭由人，有可能一个电容的价格就超过了50元 。
     设计时按8欧80W，4欧120W来计算的，当然，提高电压、选更大功率的管子或者并管，功率可以增加。

     先放电路图，图上的数值不一定准确，以BOM表为准。

     

      电路没有什么特别之处，在论坛上可以找到一大把，属于经典三级放大线路，Q2Q3、Q9Q10是差分放大级，需要严格配对，同极性误差小于1%，异极性误差小于3%，这里选用长电的5551C和5401C，放大倍数在230左右，一样买100个回来可以配对成功20对以上。
       Q1Q8是差分管的恒流供电管，按图所示参数计算示范，LED的压降按1.85V计，那么给差分级的恒流供电电流是（1.85-0.6）/560=2.23mA，每个差分管约1.12mA。
       Q4 Q13是电压放大级，没有搞复杂的共射共基电路，采用最简单的共发射极放大，管子尽量选结电容小放大倍数高的型号。
我推荐在低于40V供电使用安森美的BD139/BD140-16对管，大概是4元左右，性价比最优。
电压高于40V选用TTA004B/TTC004B，本次我装机就是用的这对管，立创商城7元一对，这对管线性非常好，结电容也比较小，最关键的是容易买到，还没有看到假货。
更好的选择是安森美的KSA1381/KSC3503，结电容只有几皮法，可惜价格偏贵且不好配对，立创上N管和P管的尾缀分别是D和E，放大倍数差异太大不能用在这里，用在无缺陷的电压放大级就很好。
       Q4 Q13需要配对，误差小于3%；
       R1 R29上的电压=1.12mA*2K=2.23V
       Q4 Q13的工作电流=（2.23V-PN结电压）/R4或R34，按图上选的是100欧电阻，那么Q4 Q13的工作电流是16.5mA，有点偏高，可以通过增加R4 R13的阻值来降低工作电流，当然，电流变小后电压放大级的增益会下降。     
      Q5 Q6 ,Q11 Q12是电流放大级，共集电极放大，基本没有电压增益，只有电流增益。
      Q5  Q11基本不用配对，当然误差不要太大，控制在10%以内就行。
      Q6  Q12在电流放大倍数有余量的情况下，一般不用配对。
      建议Q5*Q6放大倍数约等于Q11*Q12放大倍数。
      另外，Q5 Q6 ,Q11 Q12尽量选择放大倍数大一些管子，能降低整个功放的失真。
    这几个电流放大管的组合也会影响最终的音色，推荐几个容易买到且好声的组合：
    2SA1837/2SC4793+A1943/C5200，静态电流25-35mA；
     MJE15030/15031+NJW0281(3281)/NJW0302(1302)，静态电流100mA左右，括号里面的组合功率更大，适合高压大功率输出；
    2SA1859A/2SC4883A +2SA1216/2SC2922，静态电流220mA。

BOM表及光绘文件在23楼
   

筑明

继续，今年春节期间完成了制作和调试，过程中因电压的问题走入误区，多花了2天时间。

成品板全貌




20K方波




50K方波




80K方波




±35V供电，1K，THD&输出功率的关系



±35V供电，1K，THD+N&输出功率的关系，0.16W-36W之间的失真小于0.01%，指标很不错。



0V输入时的FFT分析，感觉很干净，基本无杂波，输出噪声电压只有40uV，噪声非常低，这就是全对称线路的优势。

stk3048

双差分劝退很多初学。

超低失真之梦

筑明 发表于 2024-5-25 13:12
继续，今年春节期间完成了制作和调试，过程中因电压的问题走入误区，多花了2天时间。

成品板全貌

  ap都上了  咋不展现下谐波失真，看看交跃失真处理的咋样。

筑明

超低失真之梦 发表于 2024-5-25 14:37
ap都上了  咋不展现下谐波失真，看看交跃失真处理的咋样。

看官莫急，后续都有，且听我慢慢道来。

菠萝

楼主的帖子不光献给初学者的，也是造福很多没有AP的diyer的。

yygbs

R21上并一个1uf加速电容，会有意想不到的效果。

yygbs

羡慕筑明大师有时间可以经常玩DIY，还有AP可以玩。      
我也很久没玩双差分电路了，就几年前随便玩过一个高士AV115也是双差分的电路，听感上还是可以的。

筑明

yygbs 发表于 2024-5-25 15:39
R21上并一个1uf加速电容，会有意想不到的效果。

加上这个电容可以大幅度的降低20K的失真，我有对比过。

羡慕筑明大师有时间可以经常玩DIY，还有AP可以玩。      
我也很久没玩双差分电路了，就几年前随便玩过 ...

看看AP的测试时间，2月12日，我这是大年初三完成的，平常天天出差，没时间玩这个。

筑明

继续，测试各种功率输出下的谐波分别情况，以下都是正负35V电压的测试

1K 1W THD+N+FFT


1K 5W THD+N+FFT


1K 10W THD+N+FFT


1K 20W THD+N+FFT


1K 40W THD+N+FFT

筑明

继续，如此简单的线路，我从大年初一开始焊接，初三才成功出声，中间因一个小问题折腾了差不多两天。
     焊接完电路板后，正负电压端串联一个10W22欧的电阻通电，测试输出电压正常无偏移，无冒烟等，一切正常，但是调整静态电流时发现电流不稳定，突然一下电流激增，把22欧电阻烧得滚烫，手指也被烫了一下，我知道是自激了，用示波器观察确实在几兆的频率上有自激波形，然后是调整各级增益、超前补偿电容等等，勉强调好了一个声道，测试下来指标也不怎么样，比我设计数据差很多。
     没道理数据这么差啊，初二晚上躺在床上静下心来分析，电路架构肯定没问题，类似的这种线路都已经做过十多版了，都能正常工作，PCB的布局及走线通过几年的实操，应该没有问题，元器件全部来自于筛选多次证明可靠的商家，在其它线路上用了也没有问题，这种自激像超前补偿不够的特征，我用的是东芝TTA004/TTC004这对管子，结电容只有十多皮法，高频裕量应该足够，记起早一段时间从BD139 140的数据表上看到，结电容的大小和电压的高低相关，电压越高，结电容越小，TTA004/TTC004的数据表上查不到这个数据，我这个问题会不会是供电电压太低导致的呢？我测试这个全对称线路板用的是19V交流变压器，是先前用来测试一款甲类线路的，直流电压在25V左右，顺便用这个来测试全对称，问题可能出在这个上面。
      大年初三上午，把另外一个没有改变参数的板子装上，用25V交流变压器供电，直流电压35V，通电、调整静态电流、上示波器+信号发生器、方波、正弦波等等都正常，没有任何自激，上AP测试也正常，各种参数都和当初仿真设计的接近，把先前自激的那块板恢复成原始参数，用35V供电也一切正常，看来先前调试中出现的自激应该来自于晶体管在低压下的结电容非线性变化。
     既然低压下的表现不好，那么把电压提高超出35V会不会更好一些呢？找了一个标称37V的变压器，整流滤波后的电压是52V，继续对比测试。        

你好明天

混合输出功放后来呢？

发烧友0520

谢谢筑明大师给大家分享的功放电路和调试经验，借着这个帖子求教一下几点，就是图中c6的取值大小和r21的取值大小以及在r21上并联一只电容对功放的指标及听感有什么影响，如能有各项比较测试数据就太好了，谢谢。

筑明

发烧友0520 发表于 2024-5-25 19:05
谢谢筑明大师给大家分享的功放电路和调试经验，借着这个帖子求教一下几点，就是图中c6的取值大小和r21的取 ...

  C6取值从0.1~1000uf都有，这个参数对温补电路的稳定性有影响，另外也是温补管CE极的交流通道，没有这个电容需要从R7、R12R20及Q7的CE极通过，有这个电容交流信号就可以从C6直通了，这个还没有对比测试过，不过有论坛的同学分享过调整这个电容的取值对听感的影响。
    R21的取值和Q5Q11的选型相关，我们都知道，三极管的放大曲线不是线性的，但是在某一段上的线性会相对更好，调整这个电阻影响Q5Q11的静态电流，可以避开三极管的非线性区域，实际的静态电流计算如下，2个PN结电压除以R21，按一楼的电路图标的是200欧，那么电流推动级的静态电流是6mA。
   R21上并联一个1uF的电容可以加速输出大管在高频率下的关断截止，减小失真，这个电容对高频影响大，我们平常听到的频率影响很小，道格拉斯在《音频功率放大器设计手册》上有述说并测试：

liguojing.

和p3a哪个好听呢 我想做来玩玩呢

rainer

筑明 发表于 2024-5-25 21:44
C6取值从0.1~1000uf都有，这个参数对温补电路的稳定性有影响，另外也是温补管CE极的交流通道，没有这 ...

Yba

筑明

继续，把供电电压改为正负55V后再测试，发现所有指标均优于35V供电。

1K下THD+N与输出功率的关系，从图上可以看到，从0.016W到80W之间的失真均低于0.01%。




1K 1W THD+N+FFT




1K 5W THD+N+FFT




1K 10W THD+N+FFT




1K 20W THD+N+FFT




1K 50W THD+N+FFT

swsw4321

http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1503259

http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=387522

wpkz

学习中

发烧友0520

谢谢筑明大师的指教，目前推动级用的电阻是47欧姆，准备并个一微法cbb电容试试。