谈谈JLH1969这个A类放大器

牛仔很忙

谈谈JLH1969这个A类放大器
    记得上学时做个这种甲类功放，抄袭某刊杂志上的。那是十几年前的事了，当时并不知道这个电路的名字。最近发现该电路在很多论坛较为关注，与LM1875、音乐传真以及其他一些电路一起。
    1969年，阿姆斯特朗的一小步代表了人类科技的一大步——人类第一次登月；苏联也在同年完成了火箭空中对接。两个超级大国的冷战竞争使硅晶体以及集成电路的应用快速发展并普及。无线电子科学突飞猛进：新元件、新技术、新工艺、新理念层出不穷。遗憾的是，十多年后我的祖国才迎来改革开放的春风，电子工业在当时十分落后。
      不过没关系，开放和交往仿佛在悄悄酝酿。同年，自由法国的开拓者、法兰西第五共和国创始人戴高乐将军毅然辞去了总统职位，并拒绝优厚的总统退休金。这位功高不居在法兰西最受尊敬的人是第一个承认中华人民共和国并与之建交的**主义大国领袖。历史往往爱玩接力棒游戏，这年赢得大选的美国佬尼克松，在之后的日子里成了第一个来华访问的美国元首。

      1969已经随风而去，但历史总会留下经典被人们记住。比如我们今天要说的这个晶体管放大器JLH1969。
我们在谈论之前了解原著是十分必要的。这可以看到设计者的初衷，可以更快捷更正确的解读电路。所以在读本文前最好对原著做一些了解。这并不是件困难的事：在搜索栏键入“1969”便有大堆的文章供你阅读。当然在网路提供便捷的同时，你所能找到的东西往往会良莠不齐，还是要有所甄别的。我读的是jazzclassics 提供的<<JLH1969 "简单的A类放大器"《无线世界》1969年4月 原文翻译>> 链接http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=587268
      下面我们言归正传展开话题。当然如有不同意见、更好的思路或发现不正确的地方，还请及时指导。撰本文的目的也旨在抛砖引玉，希望更多的交流共同提高。
    好吧，让我们回到1969。我们的话题也随原文撰文的顺序转开……
1【尴尬的十瓦功率】
      作者原文第一部分叫“输出功率和失真”。谈到了威廉姆森发表制定的谐波失真标准。也是作者为什么选用晶体管（非真空管）无变压器（OTL）的初衷。还以Mallard5-10真空管放大器在当年的风靡为例指出10W的输出功率足以满足听音要求。
但真的是这样吗？（10W够用吗？）我们先来聊一聊灵敏度。
    早期人们限于电子器件效率低下、价格昂贵等原因，总想用很小的电功率得到更大的音量。这种追求高效的手段就是让喇叭拥有尽量高的灵敏度。而后呢，人们发现为了让喇叭有一定的保真性不得不牺牲一些灵敏度。便开始在保真度、灵敏度、价格上去争取一些平衡。后来随着电子工业的发展，半导体器件的普及OTL OCL程式被广泛应用。做个高效廉价的放大器变得不是一件困难的事情，于是高保真显得更加重要，被人们所重视。两声道、四声道、多声道、立体声、环绕声、重低音等等开始进入普通百姓的生活，以至于后来成为必然。不过我们发现灵敏度这个参数总体上来讲似乎一直在下降。
而今，对于更多普通玩家而言。适合家居的性价比比较适中的书架音箱、监听音箱，灵敏度一般会在83db～87db左右。根据经验而谈，能让这些音箱发挥音质一般最小需要拥有20W～50W输出功率的功率放大系统。当然DB越小需要的最小功率越大。这样来看10W的功率显然有些偏小（作为耳放似乎又过大了）。
当年大部分音箱的灵敏度都不算低，10W自然能满足大部分听音要求。就算这样，作者在原文中说了这样一句话“两个这样的放大器作为立体声使用时，使用灵敏度适中的扬声器满功率输出时音量可以大的惊人”也许你能看出些端倪。（当年适中的灵敏度是多大？）
    但如果你是一个胆机玩家，那么你应该有灵敏度偏高的音箱。假如你有幸有一台300B，并能从中得到令你愉悦的声音。那么恭喜你，8W的300B能推好的箱子JLH1969同样不会让你失望。
    当然，为这个10W的功放搭配某些汽车喇叭，或一些灵敏度合适的同轴、全频，也是不错的选择。
    10W的功率显然是有些尴尬的，我们只能选择这些，或去购买一些古董箱子吗？不是的。1969是一个成品线路，更可贵的是为我们提供的这种经典电路形式。我们可以对电路某些原件、参数做些更改，提高功率来满足我们的需要。或减小功率为我们的耳机做放大器。
    如何来做呢？很多玩家自己能够做到，在以后的文章里也会谈及这个问题这里就先不多说了。
    当然，对于追求原版线路认为原版最好的HOOD追随者，可以忽略我前面说的话。应该尊重你的完美主义及怀旧的情愫。
未完待续。。。。。。接3楼

补充内容 (2014-1-28 15:05):
不知道什么原因，下面的内容图片都不能显示。本文已发在百度文库链接：http://wenku.baidu.com/view/692d15ded5bbfd0a7856730c.html
可以去这里在线看，或下载。

牛仔很忙

2【这几个电解电容器】
      作者文章的第二部分叫“电路设计”。开始讲述他的设计思路以及电路的实现。让我们顺着作者的思路，对电路原理做一下分析和梳理。在撰文前我一直在想：对于电路的分析要怎样开始呢？既想说明白又不想写的太过复杂——想找到一个深入浅出的方法。
      有天女儿在我的房间跑出来，手里拿着一粒我帮朋友修电器替换下来还没来得及扔掉的电解电容问：爸爸，这是什么？我顿时灵光一闪，何不从电路中的几个电解电容谈起，那会十分有趣。
★『C1』
      作者在一开始就列出了A类放大器的几种实现形式，并各表其优劣。如图1所示。

图1
      随后阐述了第三种电路形式的优点并决定使用这种电路形式。并且说道：这种A类形式允许负载有效的通过推挽方式来驱动，如果给两个晶体管提供复读合适并且相位相反的输入。如果驱动晶体管的连接方式如图2所示，即可满足条件。

图2
      然而，作者在阐述完这种驱动实现形式为什么会有一个良好的线性度后，列出了一个实用功放线路。——也就是作者的设计JLH1969.

图3
      这个时候大家就会发现，作者设计的电路跟前面所述有了变化：把Tr1的集电极电阻R2分成了两半R1和R2；并且多出了一个电容C1。如图4所示

图4
        这个多出来的C1就是我要谈到的第一个电解电容器。
     对于这个电容很多人称其为自举电容，我也暂且这样称呼它。它在电路中将会有什么作用呢？我们会发现拥有C1后线路的交流通路发生了有趣的变化。
     什么是“交流通路”？对了，就是基础教科书上教给我们的最基本的电路分析方法。科学、有效、简单，但人们常常会忽略基础的东西。想想基础教程里还有什么？对了，还有直流估算法用来估算放大电路的静态工作点。在以后的撰文里也是要用到的。
     那么首先让我们来画出图2的交流通路。其实十分简单，短接电路中所有的直流电压源以及电容器。我们得到了图5

图5
      从图中我们可以看出Q2（上管Tr2）的信号。由B极C极输入、E极C极输出。是典型的共集电极放大电路（也就是射极跟随器）。射极跟随器的放大倍数约为1（0DB），其输出电阻极小。我们可以这样理解：管子将来自基极的电压波动信号，以低内阻高驱动能力的形式1:1从发射极描绘出来。
     再看Q1（下管Tr1）组成的是典型的共射极放大线路。共射极放大线路的电压放大倍数（空载）计算公式为：管子集电极电阻与输入电阻之比乘以管子放大倍数〔Rc/（rbe∥Rb）〕×β。这里的Rc等于上管的输出电阻，但由于射极跟随器的输出电阻很小，则下管的放大倍数也是极小的（下管共射极放大线路也失去了电压放大能力）。只是输出信号负半周时，为输出端电容C2提供更有效的放电回路。
     从而我们得出图2的线路形式中的功率管是没有电压放大能力的。嗯。。。这样说吧：两个功率管组成了一个更优异的射极跟随器，反映着电阻R2上的电压波动。
     一个优异的跟随器？这显然不是作者想要的。
     那么现在我们来绘制图4（加上C1之后）的交流通路，如图6所示：

图6
      我们可以看出下管没有变化。
      而上管的信号由B极C极输入变成了，R2的电压波动由B极E极送入晶体管。输出由管子的E极C极输出。
嗯。。。让我们来想想这是什么程式呢？对了，BE入、CE出：同下管一样，是共发射极放大电路。你懂了吗？（为了更简单的说明这个道理，我已经尽量省去了所有的计算和繁琐的式子。当然可以计算的更详尽些甚至画出线性等效图，大感没有必要了，对计算感兴趣的朋友可以自己去做，也可以联系我。）
      这样的变化源自于一个电解电容器为电阻R2与上管E极间建立起的交流连接，使两功率管都拥有了电压放大能力。显然这也是作者的目的，好吧感谢C1。
      显然图2跟随器的接法功率管级的放大倍数为1，但拥有足够小的输出电阻。而图4的接法功率管级提高了放大倍数，但输出电阻同时也大了（开环时输出电阻=R1）。
      这样的的结果让我们不得不想起另外一种电路分析方式——反馈
来看图7所示：

图7
      呵呵，看到这张图会不会恍然大悟呢。电容C1把输出信号回输到了上管Tr2的基极B。
      对于上管Tr2来说这里是：电压并联正反馈
      如果你精于反馈系统的构建与计算，通过计算可以得到与前面方法一样的结果。（被增大的电压放大倍数与输出电阻的变大）。由于计算更加繁琐，就不多说了。只是想表明：“到达彼岸不一定只有一种途径。”
所以我前面说暂且称C1为自举电容，因为它既可以理解成正反馈电容，也可以理解为耦合电容。
未完待续。。。。。。。接16楼

yk620

听听1969的故事，学习了

frontier123

好贴，分析电路很细致，顶！

凡曲

收藏
顶

hqj

好贴，学习了。

niuxiuhua

未完待续。。。。。。。。。。
学习了！！！！

EK712

学习故事了

LAOQIANG

这个要认真学习。

Hugo199782

EK712 发表于 2013-8-1 07:57
学习故事了

好贴。

Mu＿木

好帖子，学习学习。

ss0009671

很遗憾
论述了很多的不是自举的电压并联正反馈就叫自举.

牛仔很忙

ss0009671 发表于 2013-8-1 12:54
很遗憾
论述了很多的不是自举的电压并联正反馈就叫自举.

      很感谢你的认真阅读并且能从中发现错误。是我对“自举”这个词没能理解而且也没有去搞懂就大胆发言，我虚心接受。
帖子能被人如此认真阅读，就是对发帖者的一种褒奖。
      不过，我没有想证明不是“自举”。是想说明C1既可以理解为“耦合”也可以按“反馈”理解。
这两者的结果没有什么不同，但采用不同的思维方式会让其他一些问题理解或计算变得更加简单。
我这就去对帖子进行修改，如果之前因为我的失误可能对一些朋友造成不正确的引导，在这里深感抱歉。

牛仔很忙

★『C2』

      对于OTL电路来说，为什么要拥有C2我想我就不用多说了。借着C2我们来说一下，这里作者为什么没有使用双电源来把电路构建程OCL。
      首先，我们如果把C1、C3都看作为反馈，你能看出JLH1969内各级间完全是直藕（直接耦合）吗？对于直接耦合来说，电路任意环节的温飘等不稳定因素都会逐级放大影响到输出的静态电压。虽然电路中的R3为线路提供了直流电压的深度负反馈，使其直流增益为0DB，使直藕的这个问题得到有效改善。但实际搭建电路并测量时发现，中点还是会漂移的。也许源自于这种两功率管不对称的A类形式。
      总之，由于输出端中点的漂移问题，我们用到了C2。
      对于这个电解电容器的容量选择是要根据最小放大频率以及负载阻抗的大小来确定的。这里也就对这些计算从简不谈了。
      选择如果有意拓展这个电路的低频，在改善其他参数的同时（作者也提到改善低频可以适当增加C1、C3的容量），C2的容量可以再选大一些。
★『C3』

      这是个反馈电容。为线路提供直流1/1，交流1/13的电压反馈系数。（电压串联负反馈）
      从而将线路的增益稳定在直流0db、交流22db。
      降低了线路的输出电阻，增大了线路的输入阻抗，有效控制了扰动。总之发挥着电压串联负反馈的一切特点。为了更直观我画了整个程式的交流通路图，如图8所示：

图8
在这里有几个问题是要说明的；
      1.曾见有人在分析时定义为电流反馈，可我怎样也瞧不出线路有电流反馈的端倪。
      2.原著译文中曾说线路开环增益约为600倍（56db），负反馈将1/13的电压回输，致使电路的放大倍数为13倍左右（22db），这给定了该电路反馈系数34DB以及约160毫欧的输出电阻。可能翻译词汇的原因，这里的34db说是反馈深度更为贴切。
      3.还有，有环系统计算输出电阻的方法为：开环输出电阻除反馈深度。R1为100欧时输出电阻约为2欧姆左右；R1为47欧时输出电阻为1欧左右；R1为150欧时输出电阻为3欧左右。作者的160毫欧应该应该是另有所指吧。
      4.以8Ω负载为例。由于输出电阻为2Ω所以线路组你系数约为4。线路和胆机一样拥有较小的阻尼系数，也许这也是很多人感觉到的JLH1969声音具有胆机味道的原因（当然还有谐波的相仿）。
未完待续。。。。。。接19楼

牛仔很忙

切图上来后发现图8右下角的红色文字太小，这里重复一下：
输出电压经R3R4分压后，送往Tr4的发射极。这个分压的比值约为1/13。 既电压串联负反馈。
在这个图上我们还可以看出由Tr4组成的线路第一级放大，是共发射极放大电路。

athlon6400

牛仔很忙 发表于 2013-8-1 23:23
切图上来后发现图8右下角的红色文字太小，这里重复一下：
输出电压经R3R4分压后，送往Tr4的发射极。这个分 ...

谢谢深夜分享经验，认真学习

牛仔很忙

★『C4』
电路中还有一个电解电容，不过没有标号。我暂时标记它为C4。如图9所示：

图9
      为什么要提到这个没有标号的电容器呢？因为我感觉还是有必要说一说的。这个电容器与上面那个39KΩ 1/4W的电阻组成了一个RC滤波电路。
      作者为什么要这样设计呢？我们先来谈一谈这个电路的PSRR（电源仰止比）。从电路中我们可以看得出，电路静态偏置电压由输入端的两个100K电阻分压得到，其值约为电源电压的一半1/2Vcc。如果没有这个RC滤波网络，电源纹波电压会由输入点进入放大器，其值为纹波值的一半。纹波的谐波频率以50、100Hz为主，根据作者提供的电路频率增益曲线可以看出（见图10所示），50、100Hz覆盖在电路正常放大范围之内。纹波从而以13倍放大后由输出端输出，构成电源底噪。

图10
      故而，作者增加了这个电解电容器C4构成滤波网络来改善PSRR。
      然而虽然这样做了，但实际效果来说，整个线路的PSRR依然不算太好（需要更稳定的电源电压）。更何况对于10W的功率后边接的至少是个90db左右的高灵敏度的喇叭（同样的噪音电平高分贝喇叭产生的噪音更大）。这也是很多朋友DIY时选用开关稳压电源比用牛加大水塘供电得到更小底噪的原因。
      电路之所以能在作者手中发挥良好，得益于作者的电源设计——电子滤波。这比仿制者用大水塘进行电容滤波有更小的纹波率（DIY玩家常常忽略的地方）。粗略算了下，用20000μF的电解电容得到的纹波率都比作者的电子滤波差些。对只有10W的功率放大器而言，用如此大的水塘似乎有些浪费从中似乎也没有得到太多好处。所以，我建议，用如作者的电子滤波或串联型稳压供电。当然用开关电源也是个很好的选择。（考虑到温升等多种因素，开关电源的电流最好选择为静态电流的2.5～3倍甚至更高些，比如静态1.5A则可用4A两个声道所以选择8A的开关电源。）如果你坚持采用大水塘进行电容滤波也最好不要盲目的增大电容量，要为巨大的充电电流付出更大的整流管及牛。更巧妙的做法是增大水塘的同时适度加大C4。
3【两个神秘的表格】
      作者介绍完电路后接着描写了电路的稳定性、输出功率、输出阻抗、合适的晶体管。我们就拿出两个表格说事。
      很多人在第一次见到这个电路时都会注意到一个表格，这使电路多了几分神秘色彩。如表1所示。

表1
      对于这个表格作者已经将的很是清楚。V、I、R2、Vin（max）的变化是为了让不同阻值扬声器都能得到10W的功率。当然，低阻负载需要较小的电源电压、较大的静态电流。而高阻负载相反。
      R1、C1、C2的变化是因为，对于低阻扬声器要得到与高阻扬声器要得到同样的低频指标及阻尼系数，需要这几个原件拥有更低的低频阻抗。
      另外还有一个表格我觉得值得我们谈一谈，失真、输出管增益的匹配的关系。如表2所示。

表2
      由于手头没有MJ480管的资料，所以根据电路给出的静态值计算过。假如设计时认为两个管子放大倍数hef相同，则作者设计时用于计算的值为hef=120倍左右。hef≈β。在看到这个表格后验证了计算和作者实际选管还是很接近的。而这个表格还告诉了我们什么呢？
1.        使用高增益的管子比低增益的管子得到的失真要小。为什么呢？因为当反馈系数一定时，开环增益越大其反馈深度越大。反馈深度db等于开环增益db减去反馈系数db（按照倍数计算使用除法）。反馈深度大的有环系统理所当然的能得到更好的稳定性抗干扰性更小的失真比。
2.        如果输出管放大倍数有异尽量将倍数高的管子放在Tr1的位置。由于上下两关驱动的不平衡性（下管驱动幅度较大），让下管选择放大倍数高的管子，整体电路得到的开环增益更大，反馈深度也就越大（对照第一条）。在这里也可以看出作者根本就没有想过让上下两管平衡，而是让大者更大小者更下。
3.        通过上述两条我们可以看的出作者的初衷——通过大环路深度负反馈来得到良好的性能，而不是靠两管的对称互补。（令我有些不解的是发现有网友试图让1969工作在AB类状态。就算可以做到两管的驱动幅值对称，但这样做比起典型的AB类程式似乎没有得到任何好处。）
4【小节】
      原文接下来是作者的施工笔记，介绍了放大器、电源、晶体管保护电路。
      对于放大器要合理选择器件。散热器的尺寸要足够应对每个晶体管17瓦特级的发热。
      对于电源的建议在前面介绍电容C4的时候也有介绍，这里就不再重复了。
      晶体管的保护是为了防止直接串联在电源两端的两只晶体管发生热崩溃。设计这样一个保护电路还是很简单的，如作者的设计，或用只电阻对电流采样后送入电压比较器（比如电磁炉上常用的LM339），当然也可以用运放芯片连接成电压比较。如果你的散热足够富裕，且环境温度不会过高，也可省去这个保护。
      如果你想对扬声器进行保护，对于OTL电路来讲可以设计一个开机延时来应对输出电容器C2的开机充电电流。市面上很多成熟的喇叭保护芯片业是不错的选择，如果你觉得有必要。
      作者之后还对听感发表了自己的看法。我没有这么幸运比较众多名机，自觉是“木耳”就不敢随便发言了。作者表达了这个放大器音色与胆机相仿，也许是来自它的谐波频谱及与低阻尼。
      前面我们一直顺着作者的撰文顺序走，到这里也就算告一段落。喝杯啤酒轻松一下……随后的时间说点原文没介绍到的一些天马行空。跟大伙一起谈一谈电路的调整与拓展；设计及修改的思路。
      计算机里的老旧硬盘终于没有熬过济南这个异常湿热夏天，停止了它的使命寿终正寝。随之找不回来的是我整理的一些资料还有软件画好的一些图纸以及保存好的一些仿真。或许继续我们的文章要耽搁些日子，也有些纠结以后的文章是在这里继续还是另开一贴。
以上所编辑已经整理成PDF文件上传至百度文库，如果有需要的朋友可以直接去下载。链接：http://wenku.baidu.com/view/692d15ded5bbfd0a7856730c.html

jure

好文章，分析到点子上了