[doc] EL34超线性推挽功率放大器

[doc] EL34超线性推挽功率放大器 EL34超线性推挽功率放大器 将有名的五极输出管EL34作超线性连接,可以满足 现代扬声器对放大器输出功率大的要求,输出34W的输 出功率.该机输入级选用西门子公司五极管C3g,在输 入电路中用扼流圈进行反相.激励级选用ETT制造的锁 式束射四极管58/255H(作三极管连接)的阴极跟随 器.电路不采用大环路负反馈. EL34是一种音质极佳,知名度很高的功率放大管, 极受音响发烧友的欢迎,说它是名管是名副其实的. EL34的参数如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1所示. 一 ,电路设计 1.EL34输出级 用EL34组成的推挽放大器可以采用直流耦合,驱动 口从余 级可以采用高输出阻抗的板极输出,也可以采用输出阻 抗低的阴极输出,该机采用输出阻抗低的直接耦合阴极 跟随器驱动.这样做对真空管放大器的特性毫无影响, 还可不用大环路负反馈,采用UL连接,使功率和音质都 更趋理想. ljL是U1tra—L1near(超线性)的缩写,是美国的 D.HafLer和H,KerOeS共同开发的放大器电路,在 1915年以超线性放大器的名称发表. 说得简单点,可以称为帘栅极反馈,也就是说在 输出变压器初级绕组中设置抽头,将抽头与输出管的帘 栅极直接连接,引入少量的负反馈,这样做不仅使输出 功率管的内阻接近三极管的内阻,还可以改善输出级的 表1EL34的参数 “q一Eg1,瓣_A][][]f【][]Iv]Iv]InA[mA][mMV][]lm]fkQ1[W]%】 A12652502652000235一14.570~7~1O,15918389.310 A1252502650265—13.51o0tO14.9,29l1l52118.710 AB4301OCH042I气《2(5N5.1)x2}7D6.62016陵8?u AB4301000辱2(62.5~65)2(5~7.5)x2L706.637261. AB37531575470324f759:2(11.5~22.5)x2l303.435215 Bl53253,5047032…7一32(359?;2(4.7N25)x23.83622.7 B;曩350375470352一32CI502o)c2(4.7N25)x22.84422.75 Bl3754,0010CH0一3831OO(4.4,25)445276_ E346_3l蠹B}2妻400.251OCH03曩一3830--12x2(4.4~25)x23.45527 B罐擎450I375750338-3630--10x2(4~25)x255825.8一 B囊轻4754:40o750363x2f4,251x247025.85 B7507253375750霉4?-39~25~84)x2(3,19)x2l19023.46 B80077544o07503—39(25~91)x2(3,19)x2ll10024.45 A13罩348一70~73….5O36l8.98 AB400370一(65~71)x2256.5223 800425 最大值[150mA,P10=25W,P~e=8W,u(g1)=11,Rg1=0.7mQ,E=100V] 实用影音技术 照片1EL34正面图,元器件左右对称安装,给人以非常好的稳定感 舀 免对栅极电流造成影响,使放大器的最大输 出功率有所增加.值得指出的是,该级由于 加有大量的(100%)的负反馈,失真将大幅 度减少. 通过比较,决定选用ITT生产的灯丝参 数为6.3V/0.9A的锁式管5B/255H(类似于 6L6).在使用日寸呈三极管连接,其目的是为 了改善音质.5B/255H的参数如表2所示. 把驱动级设计成直流耦合阴极跟随器是 因为功率放大管的输入阻抗即使因栅极整流 电流出现较大变动日寸,也不会对驱动级的工 作状态造成影响,能给输出级提供足够的信 号电压.从音质的角度看,希望将驱动管阴 极电阻的阻值设计得小一些,让它流过较多 的电流. 由于5B/255H是功率放大管,所以流过 驱动级的电流可能会较大,其电流的大小会 照片2EL34背面图,输入级C3g装在后面,可缩短信号连线.对音质产 生影响,所以必须选择一个适当的 线性.虽然引入该负反馈使放大级的放大量降低了 3dB,但其输出功率可超过三极管,并且由于线性获得 改善,失真会有所减小. 该机的正面和背面如照片1和照片2所示. 2.驱动级 驱动级采用阴极跟随器的音质不一定就比采用板极 跟随器的音质好,这是因为输出电极是阴极,与板极电 极相比,其表面积变小的缘故.因此,作为解决的办 法,选用灯丝功率大的真空管作驱动级.因为灯丝功率 大,阴极的面积也应该大. 由于是组成直流耦合阴极跟随器,这种万式在耦合 电路中不包含日寸问常数,所以相位不会发生变化,保真 度高.另外,可以降低功率放大管栅极电路的阻抗,避 值.由以前所做的实验得知,当在板极跟随器驱动级中 使用功率放大管日寸,板极电流最大不能超过2OmA,超过 2OmA后音质就会受到影响.因此,决定将这次选用的 5B/255H束射四极管接成三极管使用,板极电流为 15mA,阴极电阻选用10kn. 3.输入级真空管的选择 作为电压放大级,阴极跟随器的电压放大倍数小于 1是没有电压放大能力的,而该机的电压放大级一共只 有两级,所以对输入信号进行电压放大的功能就只有依 靠输入级了.在决定输入级使用的真空管9寸,必须考虑 到EL34在最大输出日寸所需要的驱动信号电压的大小,以 此为基准决定选用哪种型号的管子来担任输入管. 首先,假定在超线性连接时EL34的最大输出功率为 表25B/255M的参数 IiC1 . EpEg2Egllptg2tglEglPRLPopPp IV][A][V][V][V][mA-lF蝴矗]f蠢lA]IV][w][jkft][W][W][W] 400300-.(28~71.5)x2(1—8)×206006.8362.4x210.6x2CCS 50030H0-32(22~70.5)x2(o.5-7.5,~O4O8.2462.25x212.3x2CCS AB16o【)30H0—34f18, 69.51x2(03-7,5)×2O68O10562.25~213.7x2CCS Modu1.750300-35(15~69.5)x2(o.25-8)x2O70Oj12722.4×216x2ICAS 60030012O最大值3,525CCS 75030012O最大值3,53OlCAS255M6 .30.9400300 - 28(36~120)x2(1-lO)×280O.23.7553×220.5~2CCS 120)x2(0,45~10,/x2860.24.6753x222.5~2CCS 500300-30(30— AB26oO300-32(24~100)x2(0.35-9)x290O.16.98O2.7x220x2CCS Modu1.7SO3oo035f15—1201x2(o.25-Io)x296O.231203×230x2ICAS 60030H012O最大值3.525CCS 75030012O最大值3.5.30ICAS 2006年第11期C43), 表3C3g的参数表 Etii~!iiiii!!ii![tliiii!i!ill鬟p嚣=lpiI簿G肫li娃瑟i=摆 i[v],[v]i[v]董vJ|粪,蜥AII试矗,蘧GGl一][k0]Ilil蠹%霪.罄[W】 2201500133_314230f411115151I20.8510 C3g6_30.37200—17—172_340180 220220220最大值:lk=30mA,Ehk=120V,Pt=50mW0.73_5 三十多瓦,此时栅极电压Eg大致在一25V左右.由一25V 可以算出输出信号电压为Egxl,/2=17.67(Vrms]. 由于该放大器不采用大环路负反馈,包含阴极跟随器引 起的损耗在内,输入级的输出电压单边只需为18Vrms 左右即能满足要求. 也就是说,选用中的三极管就可以满足输出 18Vrms信号电压的要求.在这里决定选用性能良好的 电话用电压放大五极管C3g,C3g是一种金属锁式管. 在应用时将C3g接成五极管应用.用两支C3g接成推挽 电路,C3g的阴极电阻可以是上下两支管子共用,也可 以相互独立.考虑到后面的测试,决定将上下两管的阴 极电阻分开,相互独立.表3是C3g的参数表. 4.倒相 该机在设计初期,曾打算用输入管阴极耦合的方式 实现反相.但是考虑到这样做会增加制作难度,于是决 定采用最为简单的专用反相扼流圈,这是一种常用的倒 图1全机电路 <?实用影音技术 饕.:棼5BI255M 形状坡莫合金外壳,引线型 阻抗G—G30Hz250kQ 电感虽400Hl 线圈直流电阻G—G7150Q 铁芯坡莫合金8%外形圈 o 0 G绿 F黑 G绿或白 图2倒相扼流圈( 0 — 5 畲 一 10 — 15 外形圈 mm EL345B/255MC去外罩C3g 照片3该机使用的真空管 020,501002o05001k2k5k10Ic20lc50k100k200I【 频萃[Hz] lIIlllIl】fllllllI 船Rn儡 ,, , \ 额定输出功率60W(30Hz_) 初级电感平衡180Hz(标准值) 不平衡1’OHZ,DC=4mA(标准值) 初级允许直流电流25OmA(两支) 初级线圈电阻124n ‘ : 图4输出变压器Hw一60—5的参数和特性 点焊 . 舀 老式点焊型后期的中孔型 图3EL34的板极电极结构 中孔 相方法. 对扼流圈倒相方法来说,在观察1kHZ以上 的方波时偶尔会出现振铃现象.对于这一问题, 解决的方法是在扼流圈的中心抽头与地之间串入 一 支电阻进行校正.对本文介绍的放大器来说, 串入一支10kn的电阻就可以消除振铃. 5.B电源电路和扼流圈 由于底板的尺寸已经定了,底板的面积不算 大,加上放大器真空管的数目达到12支之多, 所以无论怎么设计都无法很好地解决平滑扼流圈 的放置问题.不得已只好选用体积较小的扼流 圈,将扼流圈放在底板的内部.扼流圈的电感量 为15mH,额定电流为1.5A,直流电阻为O.5n. 由于扼流圈电感量较小,无法完全法除电源 中的脉动成分,为了解决这一问题决定增加滤波 电容器的容量.为了与选用大容量的滤波电容器 相适应,整流二极管也选用电流大的音频用肖特 基热垒二极管(SBD),电流为3OA. 由于高耐压的大容量电容器的体积很大,不 得已决定用容量小的多个电容器并联. 6.灯丝用直流供电 该机用直流电源给灯丝供电的管子只有功率 放大管.尽管EL34是旁热管,但仍决定用SBD 整流进行直流供电.包含B电源在内,该机在整 流二极管采用SBD后,常态响应有所改善. 另外,如果觉得SBD的价格过高想要降低成 本的话,在制作时可以用S3A11O替代 S3OA95H,用B8AO3替代B60AO3H. 二,电路概要 通过上面的考虑之后设计出了图1所示的电 路.倒相是由设在输入电路中的专用扼流圈(图 2)来完成的.用C3g进行电压放大,输入级输 2006年第11期/, :45 . 出信号电压的交流平衡是用在上下两管的帘栅极之间接 入一支lF的电容器来强制实现的.在驱动管5B/255H 的栅极电路中接入了直流平衡电路和偏压调整电路.驱 动级为阴极跟随器电路,5B/255H与EL34之间采用直 流耦合.输出级采用推挽输出.一 推挽输出变压器的初级阻抗为5kn,输审 出级采用UL连接,偏压为固定偏压.E.为一 350V,I.在静态时为60mA左右.如前所述,T l 四支EL34的灯丝供电采用直流供电.灯丝电J 源整流和B电源整流都选用肖特基热垒二极l 管.}屯 三,主要元器件l .EL34I 功率管对于一个放大器来说其重要性是J 不言而喻的.对于EL34的选择主要是凭自己 对声音的感觉.说到声音好的EL34应该数 Hu]]ard的产品,这种EL34由管子板极的装上 配工艺就可以知道.板极两』贝0与支柱之间的 铝板2mm厚 连接固定是采用点焊焊接的,而新型的EL34则不是这 样,在左右两侧各有三个冲孔(图3).换句话说, Mu]_ard早期生产的34的音质是最好的.其他公司 也生产有采用点焊工艺的EL34,Nat10na]的产品音质 ?—-------一42—--------一 _{_42 5 }.-一345——}-_———一7{—————.I—一345— }.—————————————————一 140—————————————————__一 (单位:mm) 图6安装EL34管用的小底板的加工尺寸 . 吊截8n_lI 量频jkHzl 限幅34W , / , , , ——一一 / 实用影音技术 输入电压[V] 图8输入输出特性 5 2 嚣05 一 碍 1皿: _[1<02 0l 005 图5底板加工尺寸 EL34 (单位mm) 万用表的测量范围为mA. 涸动l0kn电位器在无信 图7输出管直流平衡调整的方法 一 负载.8 :ll一般/,,L 025nf残晖i噪{ 邑.j『 J-, r , ,? .r,一 ?/ ,/ 一, .一一.:芦/10olU,=I?__ 一 ,1~l’lz,—— lIlllll 输出[W] 图10失真率特性 r,导1.导叶I十I [1Il『1I 一一’II ,,OdB= ]kHZ/]W 频率[HZ] 图9频率特性 (b)ikHZ 种频率时的万波响应t8n负载) 舀位 (a)负载0i(b)负载0.47LLF 容性负载吲的10kHZ方波响应 照片4该机的方渡响应 也同样不错.菲利浦,德律风根,西门子公司生产的 EL34也可以达到MU?ard公司产品的水平.市场上供 应的EL34的品牌很多,选用哪一种品牌的EL34都可以, 但应该尽量选择音质最好的EL34. 2.C3g C3g是一种金属管, 以其内部结构无法看到. 它们的内部结构情况. 为了弄清真象,决定解 剖一支C3g.幸好管壳 是铝材制造的,取下管 壳并不费劲.将铝外罩 取下后,露出了玻璃管 壳,透过玻璃管壳可以 清晰地看到管子的电极 结构. 这是一种制造精度 极高的真空管,其结构 在一般的低频电压放大 管中还没有见到过.该 管音质好的秘密大概就 由于外面罩了一个金属罩,所 虽然经常使用但至今仍不知道 图11阻尼因数特性 藏在这里吧.将没有铝外罩的C3g管插 在放大器的管座上使用,放大器工作一 切正常.该金属外罩的作用是起屏蔽作 用,在应用于高频电路的场合,可以起 到防止产生自激振荡的作用.其买没有 外罩,让人看起来反而更舒服一些,与 音频放大器也更相称一些.取掉金属外 罩后的C3g的外观如照片3所示. 3.输出变压器 输出变压器选用日本桥本电气生产 的HW一6O一5(图4).该输出变压器的额 定输出功率为6OW,选用4OW的也可以. 与6OW相比,4OW输出变压器的铁芯体积 要小一些,所以初级电感量有所减小, 低频损耗会有所增加.因此,低音的力 度将会稍稍出现恶化.从听觉的角度来说,最好还是选 用6OW的输出变压器. 4.耦舍电容 从信息量和音质的角度采考虑,最好选用铜箔油浸 电容器.使用这种电容器后,声音具有通透的特点. 该机底板的整机和局部分别参见照片5,6,7, 8和9. 照片5 ,/ 2006年第ll期=47, 照片6 照片8 ,, 8,实用影音技术 照片9 照片7 四,调整方法 推挽功率放大器需进行交流平衡调整和直流 平衡调整.该机的交流平衡调整采用强制的方 法,在输入管两支C3g的帘栅极之间接入一支 lF的电容器. 直流平衡调整贝』是借助于调整偏压的 10kn电位器来实现的.在调整之前先将10kn 电位器的触点旋转至偏压最大,即47kn,侧l. 在加电后对EL34的电流进行调整,在四支功 率放大管EL34的阴极电路中各串入一只 lOOmA的电流计,调整lOkn电位器的触点位 置,使EL34的阴极电流为60mA~,再调整上 下两支功率放大管的直流平衡.直流平,衡的调 整方法如图7所示. 如果手边没有电流计的话,可以在EL34的 阴极电路中串接一支阻值为ln的电流检测用精 密电阻,用数字万用表测量ln电阻两端的电位 差.调整l0kn电位器,使数字万用表的读数为 60mV,然后再调整直流平.直流平,衡调好之 后所有调整工作也就结束了. 五,测量结果 图8是该机的输入输出特性.最大输出功率 为34W,此时的输入电压为1.1Vrms. 该机的频率特性如图9所示.失真率特性如 图10所示.阻尼因数如图l1所示,其阻尼因数 为1.33.这些数值对音质是否良好似乎没有多 大关系.照片4是该机输出的方波的照片.『