《超越自我，挑战极限，打造属于自己的HI-END功放》（2013参赛作品）

bsmshcn

        自从参加了去年的DIY比赛，我收获了很多，通过在论坛里的学习，我对功放的设计制作有了新的认识，如果不能做到低失真的话，再高的频宽和转换速率就失去了意义。有幸在论坛里再一次看到了曾经看过的《低失真单极前置放大器》一文，通过仿真把我的理解和想法融入到新的设计中，而不再是单纯的模仿，经过几个月的制作，全新的功放在5月1日正式开声，仿真性能有了数量级的提升，现在可以拿出来和大家一起分享。有关Cob对失真的影响大家可以参考《低失真单极前置放大器》一文，降低Cob的影响是整个制作的关键。
图1

图1

        图1是输入级的两种接法，仿真显示图1a中D1稳压值越小，功放的失真越小；图1b中D1稳压值越大，功放的失真越小，这是因为图1a中Q1、Q2的Vcb被固定，输入信号被叠加在Q3、Q4的Vcb上，D1稳压值越小Q3、Q4的Vcb就越大，相应的Cob就越小，失真也就越小；图1b中Q3、Q4的Vcb相对固定，输入信号被叠加在Q1、Q2的Vcb上，D1稳压值越大Q1、Q2的Vcb就越大，相应的Cob就越小，失真也就越小，所以，在耐压和功耗足够的情况下，去除Q3、Q4和D1后，Q1和Q2的Vcb将最大化，Cob最小，功放的失真也最小。这次输入级还是和去年那样N管和P管分开偏置，偏置电阻增加到1MΩ，功放中点调零后，输入管电流都是1.02mA，同时利用Ib在偏置电阻上产生的压降，进一步增加输入管的Vcb降低失真。
图2

图2

        图2是去年参赛的简化图，可以看到电压放大级采用了《低失真单极前置放大器》中的设计。
图3

图3

        这里末级管用irfp240来代替2sk1529，2并irfp9241来代替2sj200，从图3中可以看到除了开启电压不同外，它们的跨导非常接近，同时Crss也非常接近。
图4

图4

        图4是1khz、20khz和100khz 50W输出时的失真情况，1khz还不错，20khz失真有点大，100khz已经惨不忍睹。由于末级功放管的Crss或Cob远大于中小功率管，所以，同样的电路功放失真要大于前置放大电路。
图5

图5

        在去年制作过程中，我发现这个电路架构非常稳定不易自激，也曾经看到有位版主说过“不自激的放大器可以扔了”的话，觉得有一定的道理，说明放大器的潜能和极限没有被挖掘。在上面图5中增加了一级推动级Q11、Q12，目的就是要降低末级功放管Crss对电压放大级的影响。
图6

图6

        从图6和图4比较中可以看到1khz失真改善了13db以上，20khz失真改善了8db，100khz失真改善了近9db。这是因为末级功放管的Crss通过2级推动管后对电压放大级的影响降低到了0.0Xpf以下，推动管Q9、Q10的Cob经过Q11、Q12后对电压放大级的影响也降低到了0.0Xpf以下，那么Q11、Q12几pf的Cob将对电压放大级产生主要影响。
图7

图7

        图7电路增加的Q13、Q14就是降低Q11、Q12的Cob对电压放大级的影响，Q13、Q14自身的Cob被Q11、Q12降低到了0.0Xpf以下。
图8

图8

        从图8和图6比较中可以看到1khz 50W失真仪显示为0.000%，20khz失真又改善了13db，100khz失真又改善了14db，总体失真都改善了20db以上。
图9

图9

        回过头再看《低失真单极前置放大器》文中的输出级，如图9a，我发现它是图9b的一种变形电路，同样具有降低Cob影响，提高输入阻抗的作用，Q1的Vcb被Q2、Q4、D2固定，Q2的Vcb被Q1、Q3、D1固定，因此，Q1、Q2的Cob中几乎没有充放电电流，Q3的Cob对电压放大级的影响被减弱hfe（Q1）倍，Q4的Cob对电压放大级的影响被减弱hfe（Q2）倍。
图10

图10

        如果把图9a用在场管输出的末级电路上非常合适，如图10，一方面可以简化电路，一方面利用场管的较高的开启电压给推动管Q1、Q2供电。现在电路结构基本确定了，要做到50W-20khz失真仪显示为0.000%，还需要进一步优化电路，选择更合适的元器件。
图11

图11

        图11除了输入级以外基本就是实际制作的电路。由于Q11、Q12工作在低电压下，因此，可以选择高hfe的小功率管来进一步降低失真。一般功放对管都是P管Cob大于N管的Cob，在实际制作中我选择Q6的hfe大于Q8的hfe、Q12的hfe大于Q11的hfe。回想去年参赛的电路，应该是管子的搭配全部用反了，特别是推动管N管hfe比P管大好多，最终造成二次谐波高高在上，实际失真高于仿真10多db以上。如果要并管做大功率功放，可以考虑再增加一级推动来降低末级管的Crss。在恒流源选择上曾经考虑过用恒流管，在有限的恒流管资料中，我发现恒流管中的电流在大电压范围下会有10%误差，最后决定用去年电压放大级电路加TL431做恒流源，一方面可以有好的温度稳定性，一方面还可以降低Cob影响。仿真中在N、P场管的栅极接入一个0.1uF的电容后， 20khz以上失真可以改善很多，但是在实际制作中遇到了电路自激，业余条件下还是以电路稳定为好。最后的目标就是去除接在源极上的0.22Ω电阻，这样失真也可以改善很多。
图12

图12

        要去除源极电阻，就要做好偏置电路。场管是温度敏感元件，离散性很大，不同型号不同批次都会有不同的温度特性，2sk1529和2sj200总的温度特性是-8mV/℃左右，如果用同型号管子做温补，代价太大，用常规偏置电路补偿量在-10mV/℃以上，会补偿过度。图12是两种针对场管的偏置电路，图12a中Rw1是专门调节补偿量，Rw2是调节偏置电流的大小；最终我选择的是图12b电路，D1我试过1.1V的发射管，2V的LED管，最后确认用2.5V稳压管补偿最合适。
图13，再加1mV失真仪显示为0.001%
         

图13

图14

图14

图15

图15

图16

图16

        仿真的结果是令人兴奋的，虽然实际制作不一定能做到仿真中的结果，还存在着电源变压器对放大器的干扰没有完全消除、中点调零电路虽然可以消除电源噪声，但是无法消除前级稳压电源不对称的温度漂移等问题，但是超越前作是一定的。主要表现在信噪比有所提高，还有声道分离度也得到提升。从去年声道分离度测试图表来看，我感觉声道分离度和放大器的开环增益和相位线性度有关，去年测试的情况不是很好， 20khz不到-60db，喇叭中特别是高音喇叭可以听到另一声道的声音，这相当于引入了一个失真信号，这次制作后喇叭中听不到另一声道的声音了，最终反映在声音上透明度提升了一大截。如果失真电平真的能做到噪声电平以下，那末级管将不用再区分音频专用管和工业用管，剩下的是信噪比的新挑战，如果利用功放中消除Cob影响的电路去打造稳压电源，电源的性能同样会提高一大截。相信大家会有更多更好的方法去挑战新的极限。
图17

图17

图18

图18

图19

图19

swsw4321

  三极管CE间电压低到饱合状态，竟称HI－END

mzsrz

怎么感觉象是去年的参赛功放

yehaonews

真是有心的烧友，学习了

bsmshcn

swsw4321 发表于 2013-5-21 11:05
三极管CE间电压低到饱合状态，竟称HI－END

2sc1815 2sa1015 2sc2240 2sa970的Vce（sat）<0.3v，这时hfe还有10倍，选用这些管子没问题的。刚才测量Vce在0.55v，可惜我没有这些管子，选的管子Vce（sat）<0.5v，有空我会把1n4148换成Led，谢谢你的提醒。

bsmshcn

mzsrz 发表于 2013-5-21 14:00
怎么感觉象是去年的参赛功放

大侠，我有些糊涂了，如果说的是别人吧，我不记得有这个电路。如果说我吧，我的机箱、电源都用去年的，洞洞板和末级板可是新做的哦。

bsmshcn

yehaonews 发表于 2013-5-21 16:08
真是有心的烧友，学习了

我也是在论坛学来的，相互学习，有好的和大家一起分享。

thhtz

看的眼晕

bsmshcn

我已经拆的很细了，《低失真单极前置放大器》是一篇很好的文章，在论坛搜搜吧。

mzsrz

bsmshcn 发表于 2013-5-21 20:12
大侠，我有些糊涂了，如果说的是别人吧，我不记得有这个电路。如果说我吧，我的机箱、电源都用去年的，洞 ...

哦，原来是这样，怪不得看上去很眼熟，请见谅！

raingain6675

又见洞洞板

bsmshcn

raingain6675 发表于 2013-5-22 14:04
又见洞洞板

洞洞板看上去是和ＨＩ－ＥＮＤ不沾边，但是环保，家里不用存放腐蚀液体。在财力精力有限的情况下，能有好的外观能出好声的功放，我就满足了。

广州流民

学习中，顶上去，这么好的帖子应该让更多人看到。期待楼主更新。

atisa

姗极电阻220欧，推9240。。。。。。。。。。

广州流民

bsmshcn 发表于 2013-5-22 20:22
洞洞板看上去是和ＨＩ－ＥＮＤ不沾边，但是环保，家里不用存放腐蚀液体。在财力精力有限的情况下，能有好 ...

论坛和百度都找不到你说的《低失真单极前置放大器》一文，能否直接给个链接？

bsmshcn

atisa 发表于 2013-5-24 09:46
姗极电阻220欧，推9240。。。。。。。。。。

栅极电阻我是按2sk1529、2sj200来设的，用240、9240可能可以用更小的栅极电阻，失真也会更小些。

bsmshcn

广州流民 发表于 2013-5-24 09:53
论坛和百度都找不到你说的《低失真单极前置放大器》一文，能否直接给个链接？

现在基本定型了，也不想多折腾，也就没有什么好更新的。如果有什么问题，我会抽时间和大家一起讨论。给个链接：低失真单极前置放大器[高清晰]

rabbitdin

学习学习

bsmshcn

谢谢版主。今天再说说不足之处吧，希望大家有更好的解决办法。环牛是最早有邮购定制时买的，定的是500w，可是杨老师说300w，有点小郁闷。装箱时才发现引出线短了，为了安全没有采用接延长线的方式，所以环牛现在离输出和保护板近了些，有些干扰，还有装箱经验不足，如果输出线和地线并线输出可能会好些。现在复杂点的计算不太会了，c4用到1000uf有些盲目，中点稳定时间太长了，如果管子搭配的好c4用大一些没关系，我这个放大器2k调零电位器调的只剩200Ω，现在开机一个中点电压在30mv，一个在10多mv，然后慢慢回0。为了信噪比好点，我还没有想出更好的办法，欢迎大家提提意见，有好的想法交流一下。

dinsl

学习一下