采用开关电源供电的5 W功放Amp Camp #1制作

confucius

Amp Camp #1 Amp是Nelson Pass在2012年推出的一款输出功率5 W的功放，其供电部分采用了笔记本开关电源。笔记本使用的开关电源大多是19 V的，价格低廉。这款功放的主要特点就是电源很便宜，不需要昂贵的变压器和电容。制作精良的变压器很难寻觅，价格不低，且市场上假货横行。电源滤波上使用的高级电容，不论是电解电容还是金属膜电容，价格不菲，真假难辨。
由于是开关电源供电，以上问题自然也就不复存在。开关电源的稳压特性，也使电路的工作点不会由于市电的波动而出现变化。这一点是传统的工频电源很难媲美的。由于是工作在甲类，所以，开关电源的环路响应问题自然也就不复存在了。
电路如下图所示，典型的动态恒流源电路。该电路是Nelson Pass的专利，在他设计的各种功放电路中反复出现。电路中唯一需要调整的就是功率输出管（Q1、Q5）的漏极电压，原电路设计要求是10 V。静态电流大约是：
I_bias=U_be/R
式中Ube ≈ 0.65 V，是图中ZTX450（Q3、Q7）的发射极与基极之间的电压，也就是导通电压。R是四个源极电阻串联、并联后的值，此处是：
R=(R_1 〖+R〗_3)/2=(0.47Ω+0.68Ω)/2=0.575Ω
所以，静态电流：
I_bias=U_be/R=(0.65 V)/(0.575 Ω)≈1.13 A
由此可以计算出，中电电压大约是：
V=10 V+ I_bias×R_3/2R=10 V+(2U_be R_3)/(R_1+R_3 )^2 ≈10.67  V


中点电压并不是通常功放电路的电源电压的一半。所以，调试时这一点是要注意的。当然，不注意也没什么，只要将功率输出管的漏极电压调节到10 V也就行了。
电路的输入阻抗，由电阻R11（R25）决定，也就是10 kΩ。电路的增益由电阻R11（R25）、R12（R26）共同决定。在这个设计中，总的增益大约是：
U_G≈1+R_12/R_11 =(68 kΩ)/(10 kΩ)=7.8
换算出来也就是：~17.8 dB。考虑到电路的自身阻抗，增益显然比这个数字要低。按照Nelson Pass给出的结果是14 dB，大约是5倍的增益。
经过计算可以知道，该电路在8 Ω负载上的输出功率：
P=I_bias^2×R_L=1.13 A ×1.13 A×8 Ω≈10 W
也就是说保证5 W（总的效率大约是23%，总的电功率消耗大约是21.5 W）的输出功率绰绰有余。要提高输出功率，只有提高电源电压的同时提高静态电流。
这个电路中，唯一可以调节的就只有P1（P2）了。按照设计，2SK170的门极对地电压要求~4 V。所以，这个恐怕要仔细选择不同等级的管子了。2SK170有GR、BL、V三个不同的等级。常见的是BL级，V级不常见。虽然Nelson Pass在文章中也没有说明它使用的是哪一档的2SK170，但是，仅凭门极对地电压~4 V这一点要求也可以知道是哪一档的管子了。
设计好的PCB布局如下图所示，图中的PCB是按照Nelson Pass的图制作的。只是把左右声道两张PCB拼成了一张，作为一个完整的功放使用。

在PCB上已经标号所有元件的参数，而基本的电参数就是作为功率输出作用的IRFP240的参数漏极电压也已经标注好了，这些都方便实际安装、调试。只要完全按照PCB上的标识进行安装调试即可。
下图中开机测试Q1、Q5的漏极电压是缓慢下降的。这是由于MOS管的负温度特性决定的，温度越高，道统特性越差。经过调试微调电阻，可以很容易的将电压固定到10 V。这个电压在调试过程中似乎有一点缓慢的阻尼现象，所以调试时必须要很缓慢。
实测Q3、Q5的基极-发射极电压基本上是0.65 V。但是，Q2、Q4（2SK170V）的栅极对地电压基本上是3 V。所以，Nelson Pass的电路设计估计是2SK170 BL而不是2SK170K。

调试

使用的19V开关电源

confucius

这个是做耳放用的，所以要求噪声要求很低，最起码32Ω耳机听不到噪音。
实际结果也正如所料。

mxwmke1

有太极符号。

蓝调太子

电解电容标识有趣，呵呵~

耳朵有毒

这个功率很暴力啊！学习了！

小白家电

这个阴阳鱼电解标示好看

kiven_chen

tsyg99 发表于 2013-3-12 20:51
C1容量好大，这电容跟低频下限没有关系的

这电容和低频下限有很大关系，不过对于耳机那么大的阻抗来说，不需要3300那么大，以前的磁带随身听的输出电容大部分都是220或330，甚至有用100UF的，最大都只是470UF而已。

spookyu

碰巧今晚我也要折腾这个... 出声几个月了 巡回演出 几个月了... 一直想搞好它...

kiven_chen

tsyg99 发表于 2013-4-19 09:56
关系不大，用470和3300几乎没有区别，因为阻尼系数提高了。如果再加装一个输出接口，也是用3300U，这时关 ...

那用10U的低频会怎么样？

chuhe

做的真好   

kiven_chen

C1和C3与低频下限都有关系，C2和C4和低频下限才没关系。

kiven_chen

把耦合电容加到电路中之后，耦合电容与负载电阻构成了RC高通滤波器，可根据公式来计算出耦合电容的大小即：
f=1/2πRC
式中π=3.14
R为负载电阻（耦合下一级电路的输入电阻）须估算下一级的输入电阻,f为信号的频率,C就是我们要计算的耦合电容大小

当负载电阻为4欧输出电容470u的时候
fo=1/2*3.14*4*0.00047
fo=84.7Hz
当负载电阻为4欧输出电容3300u的时候
fo=1/2*3.14*4*0.0033
fo=12Hz
差别很大

当负载电阻为32欧输出电容470u的时候
fo=1/2*3.14*32*0.00047
fo=10.6Hz
当负载电阻为32欧输出电容3300u的时候
fo=1/2*3.14*32*0.0033
fo=1.5Hz
有差别，但10Hz下限够用了。

当负载电阻为32欧输出电容100u的时候
fo=1/2*3.14*32*0.0001
fo=49.8Hz
32欧耳机不是很够用，但也勉强了。
有些耳机是16欧的，所以输出到耳机的话，最小都要220U耦合电容。
对于600欧高阻耳机来说，耦合电容甚至用10U低频都可以介绍了。

kiven_chen

哦，不适合公式啊，那用1U电容怎么样？可以用音质好一些MKP电容。反正和低频下限没关系。或者用100P的银云母电容？

LM1870

PCB好像一本武功秘籍

耳朵有毒

请问楼主我用K105代换 K170；ZTX450用 C1815GR 否可以？