PASS电路的探讨

lysohu

由于DAC有平衡输出，所以，最近一直想做台BTL的功放玩玩，对PASS的X电路比较感兴趣，理由是它超对称电路结构不用担心输出的信号不对称带来的刺耳高频。但是，它的电路如此简单，又都采用输入电容很大的MOS管，所以，担心能不能出好声。。。由于本人不是很勤快，不想焊洞洞板，所以在网上找PCB板，没找到X系列，AX系列也没看到。倒是找到一个A系列的A2。先不管了，看看这种MOS的能出好声不。

手头上没有的东西还挺多，IRF9610没有，只有IRF9640，不过没关系，照样不影响我试机。只不过输入电容大些而已。
画面介绍一下，左边红圈中是自制的8欧电阻，由三根钨丝并绕而成。蓝圈中是电流感应器，也是自制的，对1A-20A电流精度还行。右边黄圈中是一对IRFP250的管子，由于是试机，测试电路，所以用一对管子。



卖PCB的老板附送过来的原理图电阻有误，红圈上面标的是3.9K，这使差分的这对MOS管的工作极不对称，Q2基本上没什么电流，而Q3却很热。其实应该是390欧，怎么来的呢？因为蓝圈中用的是220欧电阻，简单算下来19mA左右，得到的恒流电流Q2,Q3平摊，也就是每管10mA左右，4V（后面IRFP250的开启压降）除10mA也就400欧左右，如果用3.9K，Q2的静态工作电流将低得可怜。不过放心，不会烧功放，功放也能正常发出声音，不过波形不好看！

上图就是3.9K的不带负载波形，是一个类三角波。是输出波形，蓝色是输入波形。
向上爬升的那一段斜线就是电阻3.9K对MOS IRFP250下拉的时间，可以看出3.9K对IR250 Gate放电时间很长，没力（电流）。 而下降波形却不会，因为它是靠Q2上拉对IR250 Gate驱动，足可以提供所需的电流。（不要认为MOS管是电压控制就不需要电流了，它就像个电容一样，对电容充电压的时候还是会有电流产生的。）

这个图是错误的3.9K电阻，带8欧负载的图，所以说波形不会好看，但一定会响。有人会问，为什么上图不带负载是尖的，带了负载后有平顶了呢？
其实尖顶没变化，只是带负载后下拉电平延时了，关于怎么会延时这个稍后再说，先看上面波形的尖顶指着蓝色的下降沿，下面波形的尖顶也指着下降沿附近，所以，尖顶没什么变化。

其实大家都很关心波形这个样子，声音到底怎么样，我只能说评价音响的声音只是主观性的，只代表个人的听感，大家都知道，实际关系到很多客观性的东西，如，个人的音色喜好，音箱的好坏，音源等等。所以，只做参考！
声音评价：接错的情况下,底子薄，声音一般，人声不够饱满。
                        接对的情况下，声音细腻，人声饱满，通透，低音富有弹跳感。（用8欧的音箱在小音量下测试）

好了，错误的电路了解完了，接下来是正常工作的电路了。
接法正确后波形是这样的：

这是空载的20KHz的波形，蓝色是输入波形，是输出波形，大家不要看到这样的输出波形就啧啧摇头，虽然看起来失真很大，但音质和音色未必是波形越正就越好的，还有很多方面的因素，就拿这个波形来说，带负载时：
1，        驱动能力和控制能力怎么样，
2，        负载的大小，
3，        负载的全频域下阻抗是否平坦，
4，        负载的容性和感性对功放的反馈的影响。
5，        功放各器件是否在正常工作范围内。
等等，所有这些都会使你现在看到波形产生不同的变化。
它很像我和同事曾经做过的胆单端输出的波形（用0.2的日本硅钢片，C形输出变压器，只是做试验，没做成品拆掉了）。那种特有的甜美音色。
        大家可以看到，蓝色输入波形很正，上升沿还有毛刺，这是由于波形发生器的频率很高，达50MHz，虽然你们看到的是20Khz的波形，但它的上升沿可是标准50Mhz的，这么高速的上升沿在通过音频信号线后产生的信号反射就形成了这个毛刺，但它送入功放后就没了，MOS管特有性质，输入电容大。这种对音质有损害的波形在第一级就被过滤掉了。都不用在输入端加对地电容了（很多高档功放都有在输入端加这个电容，为的是去掉信号传输过程中产生的高频信号反射对音质的影响）。
        大家不要对这个20Khz耿耿于怀，其实它完全可以表现40KHz的音乐。先上张40K的波形吧：


大家看到这个波形好像全变形了，其实不是那么回事，我们判断一个矩形波的频率往往看它在这个频率下波形正不正，其实错了，如果波形很正，说明你的矩形波远远超过了这个频率。
判断一个矩形波的条件是：
1，        在正负摆幅电压不缩水的情况下。
2，        上升和下降波形能够达到摆幅电压。
所以，在摆幅电压不缩水的情况下，这个波形已经达到了40KHz。回放音频信号完全不成问题。
（如果波形上升沿不失真的话，最高频率得到的正弦波，三角波，和矩形波的波形是一样的。例如，我的波形发生器是50Mhz的，在低于50Mhz时你可以清淅的看到正弦波，三角波和矩形波，但如果以最高频率输出的话，在50Mhz下你看到的三个波形几乎是一样的了。它们都满足幅度不缩水的条件。）

        一般大家喜欢上个1KHz，100Hz，10K，20K，100K，等等，都不把上升时间的波形或下降时间的波形放大后发出来，那样看不出功放或前级到底怎样，更很少有人把带负载的波形发出来，过载的波形更没没有了。因为这些波形不美，惨不忍睹。其实这些波形可以读出很多信息出来。看出你的功放的工作状态。

来张带载图：

这张是40KHz的带载图。
        红色是电流，这个电流感应器加在输出端，测量输出电流。是输出波形，蓝色是输入波形。可以看到，输出波形的摆幅正负4V，我的负载为8欧左右，电流感应器得到的电压为正负5点几mV 。当时自制感应器的时候调整为10mv/A，正好是输出电流为5百多mA左右，功放静态电流调的是570mA，所以，这是近最大输出功率了。如果超过这个电流值将会失真了。
        你可能会问：
1，        为什么电流会有毛刺？
可以看到我的电流感应器是隔离的，而且输出内阻有50欧，按理说没有可能产生毛刺的。产生毛刺是因为地线没有和其它地连到一起。本身的地环流而已（开关电源等的影响）。接共同的地就行了。
2，为什么波形有点抖？
                这是因为功放带载后变化，变化成什么样要看你的负载大小，和容性，感性。我这个8欧电阻看起来是用钨丝绕的，像弹簧一样被拉伸的钨丝其本身就是个电阻和电感的串体。并管工作时，驱动能力变强，变化也就会越小。
            3，为什么超过570mA这个电流值就会失真？       
        这个电路输出的两只IRFP250,上半部分只是一个恒流源，如果C6去掉的话，就是个纯恒流源，它只提供570MA（当然，你可以调大电流，这样就提供多一些驱动电流了，这就是PASS老头建议你电流调尽可能大的原因。），有了C6和R28在的话，它就变成了一个可变电流源，但它的变化不大，只有当那一排0.47欧的输出电阻有压差的时候，通过C6,R28把压差加到Q4端，使上半部会电流变化。下面是上半部分输出和下半部分输出电流变化的对比：



这是一个把C6和R28去掉以后的过载波形。测量的是上半部分电流，可以看到电流很平坦（电流感应器只感应动态电流。），不管输出如何变化，它都保持570mA。



这张是加有C6和R28的上半部分输出过载波形，可以看到，输出电平下拉时恒流源电流跟着变小。上升时电流跟着变大。
但下半部分的电流变化就大了：



可以看到，正半周停在6V就不上去了（因为电流恒定），也就是6V除于8欧等于0.75A。我设的静态为0.57A。相差0.18A是C6和R28的功劳。
                负半周被拉到了-8V，负载对地被下拉1A，加上恒流源的上拉电流，超过1.5A了。所以，上管和下管电流相差甚大。
                输出电流=上管电流+下管电流
                        例如：这个电路调570mA最大输出电流为+-750mA
                        750mA=750mA+0；
                        -750mA=750+（-1500mA）
如果带8欧阻性负载的话750x8=6V,所以就算你把正负Vdd加高也无济于世。它最高正压输出6V，负压失真输出。所以在管子对数有限的情况下电压加高只会浪费你家的电。对输出功率一点帮助都没有！
总结：
                如果你想把功率做大的话
1，        多多并管；
2，        在散热允许的情况下尽量调大电流；
3，        根据电流和管子对数精确算出正负Vdd的电压，这样也同样会节约你家电费！！！多余的电压会变成管耗！！不要浪费管耗，它会使你的管子电流下降，多余的管耗会变成热量消耗。增加你的散热成本。。。
4，        推合适阻抗的音箱。

不要工作在过载下，你会看到下降沿延时了:

这是时间轴放大后看到的波形。

这是正常的波形。
对比之下就会发现确实被延时了。这是什么原因呢？
看了这幅波形大概你就了解了：


是在差分输入Q2的漏极测量的波形。左边出现的一个小平台是IRFP250 Vdrian快速爬升时反馈给Gate的密勒效应。正常现象。。。
右边你会发现蓝色下降沿结束后，红色电流延时后才动作的（输出电压和输出电流同时动作），真正原因是这段时间Q2的上拉还在对IRFP250的Gate进行充电。当达到4.8V左右时输出电压才翻转变化。


        接下来再来说说这个电路的其它部分。
        电路图中，下面那只三极管MPSA18，它平时是不工作的，只有当下面那只IRF250电流超过一定值以后，它才工作，把Gate的电压往下拉。比方说之前过流的那些波形，一对管最大输出正负750mA，下面那只250要比上面的电流多一倍，也就是1.5A。那么过载的时候如果没有这只三极管的话，电流可能超过1.5A，使功放输出正负电流不平衡。
所以，选用这只管子的时候维一要注意的就是它的BE极电压是要点，要不你就自己调整R104。使它能正常工作。

功放上半部分恒流源上使用的MPSA18

这只三极管的选用也没什么特别要求，大家可以看到，受制于MOS管Gate的输入电容，恒流源的变化并不快，当然你可以选用放大倍速大的三极管。这样可能情况要稍微好点。。。当然改R28也会对它产生影响。

MOS管的选用和配对：
我手头上没有IRF9610,没有它的波形，不过它的输入电容小些，应该频率会高些吧。有待一试。


这是我们公司代理的美国ITC的测试仪器，主要测试MOS的Qg/Rg，所谓Qg/Rg就是MOS管的栅电荷和栅电阻。所以本人有测试MOS管的优势，呵呵（偷笑）！
MOS管配对有几个参数一定要准的，如图：
1，        开启电压要一致（Measured Threshold）。
2，        平台电压要一致（Vg Plateau，也就是Vdd上升时对Gate的密勒效应，它会产生一个平台，呆会上个Qg的波形就了解了）
3，        Rg要一致（Gate Resistence， 它是一个动态下的电阻，MOS器件Rg越低越好）
4，        Qgd要相近（密勒效应那段时间的电荷）
其它参数有些受上面参数的影响的，如QgTh受开启电压影响等。。。
Rds On（这是器件完全导通时通过DS电压和电流算出来的一个阻值，一般同一种器件相差不大）
上图是IRFP250的测试结果

这是波形图绿线中间平的那段就是密勒效应发生时Gate的波形，为一个平台，可以看到红线从0V上升到20V那一段对应的就是绿线平的那一段。

关于测试原理方面的。图形怎么看等等，参数的作用等等，如果大家感兴趣再开新贴讲讲吧。

lysohu

自顶

金封石机

羡慕楼主，懂的东西真不少啊

无可救药

厉害

lysohu

共同切搓。

无可救药

我给个电路图你分析看看也是这老头子的也很简单。

lysohu

哪个电路？

安安

听课。

lysohu

自顶

zwf

阿阿，这才是内行人啊！

lysohu

这是我输入mHz级（是mHz不是MHz）的信号的时候，可以看到电源的电流表的变化，上图是上拉时的电流，可以看到下管电流为0，上管电流为610mA比静态电流变大了。下图是下拉时的电流，可以看到下管电流为1点几A，上管电流没什么变化。

2sc3223

这个是高工。
不管你信不信 反正我信了

hifiend

对电路的理解还处在加减乘除阶段，还处在元件认识阶段，还处在局部分析阶段，有待提高，努力吧，坛子里潜水高人很多。

wszglwb

虽然不是太了解,但还是想学习学习.谢谢开贴授课!

指日可待

嗯！菜鸟学习一下

万健

PASS的上臂是动态恒流源，改变R28 R29的比值，可以超过普通纯甲类的输出能力。

发低烧

很好！继续努力！

lysohu

回复 13# hifiend

谢谢指导，不过，如果要往高深里学就是一些人家最最不起眼的基本的东西，加减剩除只是人们好理解。要不然我一个公式也不会贴上去。深入的分析往往是枯燥无味的小细节。恰恰是这些小细节人们容易忽略。。。
       元件的认识的话，这一点估计得说说，一般人不会深入了解器件，我是专门做MOS管测试这一块的，全球大的MOS，IGBT生产商都是指定用我们的测试设备，像IR,Vishay，Infineon，Nxp，AOS等等。国内研究机构很多也是用的我们的设备（商业机密不便透露）。随便拿一份MOS管的参数表，各种各样的参数对MOS管的应用都是有指导做用的。试问有几个所谓高手会了解？每个参数都有它的公式，波形等，如果有想了解的，我可以说说。不过懂的人没几个。。。

ob44474

学习了

tengda

顶，严重学习了