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电子分频前后级放大器后级部分

二.四通道功率放大器
与电子二分频前级相配合,功率放大器部分由4个通道构成――左右声道各有一个高音功率放大器和一个低音功率放大器。图8、图9给出了一个声道的高音功率放大器和低音放大器的原理图,另外一个声道完全相同。
1.高音功放
高音功放主要由推动级、推动变压器和电流输出级三部分构成。推动级UT1由我们熟知的优秀集成功率放大器LM1875T构成。由于LM1875T的在电源电压为±15V时的静态电流高达50-60mA,而推动变压器的初级阻抗是约40Ω,所以当驱动推动变压器时,最大输出电流不会超过100mA,因此在绝大部分情况下,LM1875T都工作在甲类状态下,使其发挥出了最佳的性能优势,让这名老兵焕发出了第二青春……最后的试听效果也充分证明了这点,算是本人的一个创造吧!

图八


推动变压器T01事实上是一个升压比为1:12的宽频带升压变压器。这里使用变压器的根本原因,在于MOSFET功率管是电压驱动元件,即使在频率较高时,也只需要很小的驱动电流。这种方式的一个突出优点是省略了推动级的辅助电源,用±15V的电压就可以产生几十甚至上百伏的驱动电压。推动变压器使用0.35mm的高矽硅钢片优质铁心分层绕制,由于体积小,所以简单的绕制方法就能得到很高的性能,实测频响不劣于20Hz(0dB)-50kHz(-3dB),完全能满足全频带Hi-Fi放音的要求。
电流输出级QT1、QT2由一对Hi-Fi名管2SK1058J162构成互补推挽电路。RT17、RT18、RT7、RT 8、RT9、RT10和RVT1、RVT2构成了MOSFET的偏置电路,VT1、VT2用于QT1、QT2的限流保护,约4A时开始动作。T01的次级通过耦合电容CT5、CT6直接驱动QT1、QT2两只功率管。其他部分均属常用的成熟电路。
值得一提的是本电路采用了交直流双环负反馈的电路模式。由RT3、RT2构成了LM1875T的直流负反馈回路,而RT4和RT2又构成了交流负反馈回路。由自动控制理论可知,双环负反馈系统的瞬态响应要好于单环系统,因此这种电路模式对抑制瞬态失真有更好的效果。同时,推动变压器的感性输出与MOSFET的容性输入结合使用,几乎可以从根本上消除瞬态尖峰的出现。因此尽管电路的转换速率不是很高,而且频响也没有一般放大器常见的几百kHz的带宽,但听感却非常优秀。
另外UT1的±15V电源的两只继电器K1、K2,通过接口JP1或者JP2(二者等效)控制其通断,用于控制高音功率放大器是否工作。JP1或JP2的连接方式见后面介绍。当K1、K2释放时,功率管QT1、QT2失去偏置,容易出现输出中点电位偏移的现象导致扬声器保护电路误动作,因此增加了电阻RT17、RT18用于稳定中点电位。
2.低音功放
低音功放的原理图见图9,与图8基本相同,只是电流输出级使用了3对MOSFET功率管互补输出。由于高音和低音功放安装在一块PCB上,所以要求电源供应充足,因此无论是±15V还是±37V的电源连接器,都采用了多引脚并联的连接方式,如图9中的Jv1A、Jv1B、Jv1C等。由于电流级并联的管子增加,所以MOSFET的输入电容也随之增加了几倍,所以对频响的影响就不容忽视。实测推动变压器的直流电阻约950Ω,每只K1058的输入电容是600p,J162的输入电容是900p,经计算得到 -3dB开环带宽约为38kHz。因为推动变压器包含在负反馈回路之内,所尽管没有仔细计算,但总体的带宽肯定足足够用。限流保护部分的动作电流在12A左右。

图九


整个功率放大板的PCB见图10,左右声道各一块。

图十

整机效果:

电子分频前后级放大器后级部分(二)


3.电源和喇叭保护电路

图11


电源和保护电路部分见图11,PCB板见图12。主电源整流桥直接固定在散热器上,因此在PCB上没有安装位置。±15V输出由78157915实现。保护电路由一只LM556N及其外围电路构成。图中,T1、T2和T3构成了中点电位检测电路;半个556与RP4、CE9构成了开机延时电路;另外半个556与D1、RP1、RP2、CE8构成了关机喇叭快速断开电路;两只继电器KL1、KL2控制高低音喇叭的连接与断开。整机使用一只500VA的环形变压器供电:主电源28V+28V/8.4A,辅助电源16V+16V+16V/0.5A。喇叭保护继电器的容量是2*8A/250V,12V驱动。

图12


4.输入和控制电路

图13


输入电路原理见图13,PCB见图14。图中Jin是2*2的RCA信号输入插座,前级分频后的左右声道的高低频信号由此输入,Jout是连接功放板的接插排,分别向左右声道功放板输出高低频信号;Jfo用于直接输出左右声道的低频信号,为外接低音箱而准备。Jcn是工作模式选择输出接口,其中1-4脚用于连接图8中的继电器控制接口JP1或者JP2,每块功放板上连接一个;5-7脚用于控制面板上的工作模式指示灯,当SW连接到不同档位时点亮相应的LED。Jvp是12V控制电源接口。

图14


下面主要说明一下工作模式开关SW的用途。本机的工作模式一共有三种,均由SW设定,为放大器提供了多种用法,下面分别说明。
第一种模式:标准前级分频模式(4in/4out)。当SW的1-2端闭合时,继电器JS1释放,这时如果Jin输入4路音频信号,则直接通过4个隔直电容(可省略)从Jout直接输出到功放板,12V的直流电压通过DK1输出到Jcn的1、4脚,通过JP1或JP2控制功放板上的继电器K1、K2吸合,高低音的功放电路都正常工作在分频状态。
第二种模式:双放大器功率分频模式(2in/4out)。当SW的1-3端闭合时,JS1吸合,如果这时只有左右声道的全频带信号从Jin的低频输入端输入,则信号也同时被输出到Jout的高音信号的输出端,12V电源也通过DK2输出到Jcn的1、4脚,功放板上4个放大器都工作在全频带状态,可用于"双放大器"模式的功率分频。
第三种模式:双声道模式(2in/2out)。当SW的1-4端闭合时,JS1释放。如果这时如第二种模式一样,仅从Jin的低频输入端输入左右声道的全频带信号,那么高音功放将无信号输入。由于这时Jcn的1、4脚也没有12V的控制电压输出,则K1、K2释放,左右声道的高音功放因±15V电源被切断而停止工作,也不消耗电能。这时整个放大器就是一台标准的Hi-Fi立体声放大器
5.组装调试
除电路图中标注出的以外,电阻均选用1/4W的金属膜电阻,小容量电容使用CBB电容即可。功率管的配对误差要求也不高,在0.5A配对误差小于20%即可使用。注意LM1875T要安装上散热面积不小于30cm2的散热片。整机的调试非常简单,主要需要调试的只有静态电流和中点电位。通过多次调整板子上每路功放的2个多圈电位器,就可以将静态电流调整到预定值,并将输出端中点电位调整到50mV以下,方法与其他功放相同。需要注意的是:首先要将多圈电位器调整到阻值最大的位置,±15V电源供电正常,并将功率管在散热片上安装好。如果静态电流比较大,可以在调整时先调大5-10%,待热均衡后电流会自动降低到设定值。对于高音功放,静态电流不要超过0.8A,低音功放部分每对管子最好不要超过0.5A。经试验最佳的静态电流为:高音功放部分0.5A,低音部分共1.0A,这时听感和耗电量达到一个比较好的均衡。对于2SK1058J162而言,每个管子再增加静态电流已经很难听出区别。事实上每对管子的静态电流从0.2A变化到0.5A,听感的差别已经非常微小了。
经实测,本机的增益大约是23dB(15倍),配上合适的散热片,通过调整静态电流可以工作在甲类、甲乙类。最大输出功率:低音为2*80W,高音为2*35W。各通道输出功率10W时,全频带失真度小于0.5%,信噪比 >85dB。
本机输出端有两组2*8个输出端子,可同时驳接两对扬声器,通过面板左侧的A/B切换开关来切换。由于分频前级内已经将高音信号反相,所以在连接高音单元时不能反相连接。

整体效果:



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