巧改功放电路提升性能

mzsrz

功放作为负责能量放大输出的重要一环，向来为众人所努力改进，产生出众多优秀电路。但对于我们这些普通的DIY者，更多的是通过巧妙的修改现成的电路，做出优秀性能来，因为电路不好，就算你能耐再大，也是巧妇难为无米之炊。下面我想通过自己的切身体会，修改一款音乐传真X-A50线路，以此来说明DIY的可行性，若能以此帮助一些后学者，当不失为一件幸事！

这是我手中得到的音乐传真电路图，虽然有一些小错误，但整体框架还是对的。


下面是这个电路的仿真结果，为了简洁，仿真时省掉了保护电路。1V输入，8欧姆负载


这个是我在巧改后的电路，由于电路板是已经装在功放上的了，所以修改的过程中还考虑了现成电路板的可改性。修改过的仿真结果如下。依然是1V输入，8欧姆负载


1分钟后失真小于0.001%，所以显示为0.000%。当然这是仿真的结果，是在理想化的情况下得出的性能。


为了公平起见，我特意把原来那线路的负反馈修改成跟优化后的电路一样（虽然原来的电路这样改容易引起自激）。




从上面的对比来看，修改后的性能提升了几十倍，虽然这些都只是仿真理论上的东西，但一样具有可比性。

下面我就用改好后的真实功放性能来对比一下仿真结果。

功放实际修改操作当然要比仿真复杂百倍，可变因素也更多，不光要把原来PCB不合理的地线重新按排，还要处理好射频干扰和电磁屏蔽，同时尽可能不引入电源工频干扰。由于此功放是改好的，所以具体原理我画草图加以说明，这些方法具有可重复性，不限于某一电路或功放：

正确的接地方法


正确的负反馈接法


变压器的方向要靠实际情况来调整方向，并尽量远离输入端。输出管静态电流调整请测量0.1欧电阻两端电压为42.6mV就基本上为最优化的编制了。热补偿管Q4（即TIP31）要装在Q4功率管上面，这样能很好的进行热补偿。输入对管Q11、Q16最好简单配对一下，用万用表测一下放大倍数也可以。恒流负载Q1、Q2也最好能配一下对。


下面是我进行优化后功放测得的实际性能测量。

接好线的功放


先看看信号发生器输出的失真情况：1Khz  THD=0.0004%


这个是实测输出1Khz18V峰峰值输出8欧姆真实音箱负载时的失真：0.0007%（去掉原信号的0.004%）注：更严谨的算法不应该是简单加减


加大到40V峰峰值输出时的真实音箱负载时的失真（声音太大了，耳朵快受不了）：0.0008%


这个是功放不接音箱时不输入信号（没有短路输入端）的噪声输出水平


功放的中点直流电压



经过修改，基本达到了预期效果，以此也证明，功放通过修改，也一样可以达到比厂机还好的较果。

mzsrz

对电路改动过的地方加以说明一下。
先说说输入级：
差分输入级加入两个22欧姆电阻（R30、R31）是起减小这对管的配对误差作用，尽可能让两只管误差引起的失真和失调电压降低。恒流负载加两个68欧姆电阻（R2、R32）也是优化恒流负载这对管的误差。如果不加这四个电阻，对管的误差只要有1%，失真就增大好几倍。修改R4为150欧姆是因为增大了C6的容量，不增大输入级的电流，会让转换速率下降，因为C6的存在要吸收很多电流。还有一个好处是输入级跨导将增大有利于减小失真。（但也不可过大，跟C6要互相配合，不然稳定性要变差）

电压放大级：
改为达林顿放大的目的是提高MPSA42管的β值（原管β值只有100左右），提高电压放大级的带载能力，能有效减小大信号时输出级的失真。如果不喜欢这样改也可以把Q3换成β值超过600以上的晶体管，这样也可以达到相同的效果，只是这样的管不好找，不使用达林顿形式还有一个好处是少产生相移。增大C6的容量主要是控制本级的高频负反馈量，从而使整个电路的高频开环增益控制在它手上，牢牢把握住整个放大器稳定性的自主权，因为频率越高相移量会随频率增加而增大，当超过180度时负反馈变成了正反馈，功放便产生自激震荡。原电路这个电容过小，不足以起主导作用，所以原设计者在电路中还使用了输出级密勒补偿电容C8，用来防止高频相移过量所引发的自激，而且还保守的保留了负反馈量。我的做法是使C6站主导地位时，随着频率上升开环增益程6db的速率下降，使高频相位保持在90度范围，稳定性得到保障，C8就没必要存在了。
减小电压放大级电流是因为R6过小，偏置电流达到了小功率晶体管的极限，实际电路中电压放大级超级热，改为100欧姆都还有5.6mA左右的电流，这个电流下A42的管线性算是较佳了，如果改成68欧姆也可以，这样放大器负半周的转换速率会提高一些。

负电源退藕滤波电容C2换用到1000uF能有效的降低负电源干扰频率进入电路中，因为此种电路结构负电源远没有正电源的抑制能力强，所以正电源可以不用这大。R11、R22阻值减小到10欧姆和1欧姆，目的是不让电阻引起的电压下降影响到电压放大级的电压摆幅，充份利用电压资源。

输出部分只是改了一下射级电阻，目的是防止偏置电流因管温变化而出现过偏置时，交越失真会增大，降低射级电阻能增加交越区的宽度，进而降低因过偏置而引起的一部份交越失真.

为了便于跟原厂机比较一下性能，特加上原厂的失真数据。
X-A50

Output power  50 Watts RMS into 8

              100Watts RMS into 4

THD           <0.04%20Hz-20KHz unweighted

              <0.01%20Hz-20KHz a weighted

              <0.008%20Hz-20KHz@1W unweighted

Frequency response      +/-0.2dB 20Hz-20KHz

S/Nratio                greater than 102dB unweighted

                        greater than 114dB a weighted


再上传几张改好后的电路板和功放布局图








仿真文件有点大，发不上来，有兴趣的可以留下邮箱。

HIFI1231

砖头估计又要很多

皋城瑶珄

我没有看见改的板子，只看见仪器测量结果

wzzmj

呵呵，5532那图迷糊了，楼主还是解说一下吧。至于大环路反馈，越接近喇叭，越有效。

mzsrz

呵呵，5532那图迷糊了，楼主还是解说一下吧。至于大环路反馈，越接近喇叭，越有效。
wzzmj 发表于 2010-8-15 17:37

随手画的，用5532来表示功放的放大部份，我还是把字擦了吧！你说的对，大环路反馈确实越后面越好。

mzsrz

我没有看见改的板子，只看见仪器测量结果
皋城瑶珄 发表于 2010-8-15 17:23

上功放板图了，板子是去年改好了的，所以改的过程没拍图。

mzsrz

砖头估计又要很多
HIFI1231 发表于 2010-8-15 17:19

希望能埃有技术的砖头

lanfengyie

这板子原来在淘宝上见过，原版挺漂亮的，你这哪是只改地线啊，几乎是面目全非了，，好像就pcb和两个电感还是原装的，其他的都动了，不过你改过的指标还真是好

xlf0602

这个是实测输出1Khz18V峰峰值输出8欧姆真实音箱负载时的失真：0.0007%（去掉原信号的0.004%）
mzsrz 发表于 2010-8-15 14:36

不应该这么算的，当二个失真成分相叠加时，不能用算术求和。实际上二者叠加后即有可能增大，也有可能降低，所以认为就是0.0011%更靠谱。其实接实际负载有这样的失真度已非常好了。

FWX0506

谈谈修改前后的听感吧。这才是最终想得到的。才能验证你的修改到底有没有实际效果。

czcboto

两个谐波失真叠加，怎么能简单的直接相减呢。楼主的仪器太好了，羡慕下。。。
大致看了下图，好象修改后的把电压放大级改成了达灵顿接法，意图靠增加开环增益提高负反馈深度来降低整体的谐波失真。不过这样似乎有违原电路浅反馈宽频响线形优秀的设计概念，有指标党嫌疑啊，这样改后的方波响应很可能不如原电路好。
这电路好象静态电流不小，这么小的散热器能顶的住？

TDA-7294

我觉得退耦地还是别和信号地在一起的好，输出地也和信号地分开。

CGH

lz为什么不说下对这电路的见解，和大家吹吹水吧

mzsrz

这板子原来在淘宝上见过，原版挺漂亮的，你这哪是只改地线啊，几乎是面目全非了，，好像就pcb和两个电感还是原装的，其他的都动了，不过你改过的指标还真是好
lanfengyie 发表于 2010-8-15 18:31

散热器让我换了，原来的太小，我的机箱通风条件差一点。滤波电容也换了，手头库存，大小刚好，就高一点，其实不换对性能也影响不大。整流管由于射频干扰，所以去掉改到外测。

mzsrz

不应该这么算的，当二个失真成分相叠加时，不能用算术求和。实际上二者叠加后即有可能增大，也有可能降低，所以认为就是0.0011%更靠谱。其实接实际负载有这样的失真度已非常好了。
xlf0602 发表于 2010-8-15 18:58

你说的对，是我没注意到这点，多谢提醒。想来如果信号失真有偶次谐波进到后级，则可能会被对称电路抵消，所以输出就不能以减法的形式来算，不过好在奇次失真是无法抵消的，所以实际失真应该比0.0011要小一些。

mzsrz

谈谈修改前后的听感吧。这才是最终想得到的。才能验证你的修改到底有没有实际效果。
FWX0506 发表于 2010-8-15 19:20

听感太过于主观，不谈为妙，只谈技术。

xlf0602

我更注意的是失真的“方向”，不管它是偶次还是奇次。比如说信号源的奇次失真是正负半周对称“拉伸”、偶次失真是正半周“拉伸”负半周“压缩”，而放大器的奇次失真是正负半周对称“压缩”、偶次失真是正半周“压缩”负半周“拉伸”。这种情况下失真成分叠加后奇次和偶次都会减少的。

xmlhifi

楼主有没有对比过 功放退偶地接功放输出地 和 功放退偶地接功放滤波星形地 的性能差异？

mzsrz

两个谐波失真叠加，怎么能简单的直接相减呢。楼主的仪器太好了，羡慕下。。。
大致看了下图，好象修改后的把电压放大级改成了达灵顿接法，意图靠增加开环增益提高负反馈深度来降低整体的谐波失真。不过这样似乎有违 ...
czcboto 发表于 2010-8-15 19:49

这是B类放大，正常音量下并不很热，主要是我的机箱上面盖板散热孔太少，但整机升温并不大。
增加开环增益提高负反馈深度来降低整体的谐波失真这是一方在其中之一。
改进后的电路方波响应更好，我特意去仿真了一下。

这个是改进后的线路，输出40V10Khz正弦波，负载一样为8欧姆


这个是原电路的10Khz正弦波


优化电路100Khz时的波形


原电路100Khz时的波形