用EL34制作的合并式电子管功放（上）
作者：徐松森文章来源：《无线电和电视》点击数：18122 更新时间：2005-5-16 15:10:53
电子管功放音色纯真而柔美，谐韵丰富，胆味浓郁，深受广大发烧友青睐。
今特推荐一款适合普通家庭使用和欣赏音乐的电子管合并式功放。
本机通用性强，制作简便，成功率高，升级换代方便。
电子管功放的负载能力很强，当额定输出功率能达到30W+30W时，其音乐功率可达120W+120W，可带动一对中型音箱，完全能满足家庭影院和欣赏各种室内乐的要求。
本功放电路采用通用型设计方案，功率放大管可采用6L6、6P3P、EL34、6CA7、KT88、6550等，工作状态根据制作者的偏爱，可分别制成A类或AB类放大形式，电路基本不变，只要调整功放栅极负压和部分元件参数即可。
常用功率管作A类和AB类推挽功放使用参考数据表:
一、合并式功放电路简析
图1 电子管合并式功放电原理图
图l为电子管合并式功放电原理图。
输入电压放大级采用目前最流行的SBPP电路，由双三极电子管6N11担任，该管屏流和跨导值大，屏极线性范围宽，输入动态范围大。
输入的音频信号由下管栅极输入，工作于共阴极方式；上管工作于共栅极方式，经放大后的音频信号由上管阴极输出。
本输入级的特点是：输入阻抗高，输出阻抗低，因此，本前级放大具有传输损耗小，抗干扰性能好，频率响应特性好，特别是高频特性极佳，高频瞬态响应特性好的优点。
倒相放大级采用长尾式倒相电路，将输入级的音频信号直接耦合至倒相级。
这样不但拓宽了频响；同时又减少了因极间耦合电容带来的相位失真。
本电路由双三极电子管6N1l或6N6来担任。
上管为激励管；下管为倒相管。
两管共用阴极电阻，并具有深度电流负反馈的作用，故稳定性能好，相移失真小，共模抑制能力强。
对上管来说是串联输入；对下管来说是并联输入。
当有音频信号输入时，利用两管阴极的互耦作用，使屏极和阴极电流均随之变化，由于两管屏极负载电阻的阻值相同，两管输出电压的幅值相等，而两管屏极的输出电压方向相反，从而完成了倒相放大工作。
值得注意的是：前级输入放大管和倒相级放大管的阴极电位均接近100V，所以在选用双三极电子管代用时不能忽视，因为一般的双三极电子管，其阴极和灯丝之间的耐压均不超过100V，超过此极限电压时，将会导致灯丝和阴极间的击穿。
故比较适合使用的双三极管有：6Nll、6N6、12AX7、12AU7等。
此外，还必须注意的是倒相管栅极对地电容的容量可从0．1—0．22μF，耐压400V以上，不允许有丝毫的漏电，否则将会影。
向倒相级的工作状态，因此必须选用高质量的CBB电容为最佳。
推动放大级采用阴极输出电路，并将音频推动信号直接耦合至功放管的栅极，由双三极电子管6N 6担任。
本电路具有输入阻抗高，输出阻抗低，频率响应宽，失真系数小的优点。
因为阴极输出器实际上是串联输入式电压反馈电路的特例。
对于音频信号来说，屏极是接地点，而由阴极输出，此种电路其电压无增益，电流有增益。
为了使阴极输出器能获得较高的输出，就必须要求前级有较大的输入信号电压，而且要有效地利用阴极器非常优越的特性，其前级也必须输出几乎没有失真的信号电压。
本电路的输入放大级和倒相放大级在设计上均保持了足够的增益，而且为确保放大信号的高质量，两级放大器中均有适当的负反馈。
阴极输出器带负载能力极强，它能给出强劲的无削波的推动功率。
同时，由于阴极输出电压全部反馈，因而利用负反馈能大为改善功率放大器的各项性能，如非线性失真、频率响应、信号噪声比等均能得到近乎完美的改善。
功率放大器采用高保真超线性电路，超线性功放的显著特点是输出级加有帘栅极的负反馈。
在功放级输出变压器一次侧中增加一抽头接到帘栅极，因此，帘栅极上就从屏极输出电压中得到一部分反馈电压。
如果功放管栅极上加上正向信号时，此时电子管的屏流增加，于是负载电阻两端的信号电压也增加，也就是说，功放管栅极输入信号和屏极输出信号电压两者相位相反，而增加了帘栅极反馈后，使功放级输出电压有所降低，这表明，使用帘栅反馈时功放级的非线性失真可显著减小，噪声输出降低，频率特性得到改善，功放管等效内阻降低。
在超线性功放电路中，帘栅极反馈电压的深度和抽头位置有关，当抽头位置越接近屏极时，则反馈越深，最终如全部反馈时即成了三极管接法，此时放大器的增益将大幅度减小。
为了确保放大器的增益和性能两者兼顾，输出变压器上帘栅极抽头位置按阻抗比0．18计算为最佳，则线圈的匝数比为其平方根，即应设置在0．43处。
如功放管采用6L6、EL34时，该管栅极和帘栅极之间放大系数μ约等于8—9，则可求得反馈系数β＝0．43／(8—9)≈1／20。
二、合并式功放底板布局
图2 电子管合并式功放底板图
图2为电子管合并式功放底板图。
电子管合并式功放的底板布局经多次实践后确定，本底板采用通用型设计方案，有利于改装和今后的升级换代。
底板尺寸为400mmX360mm，方便于放置在标准型机架之上。
底座后排中央安装电源变压器，两侧分别安装左、右声道输出变压器，垂直方向放置，电磁场感应最小。
电子管的布局分成三排，最后一排安装左、右声道两对功率电子管，采用标准型瓷八脚灯座，可适用于6L6、EL34、6P3P、6CA7、KT88、6550等各种功率电子管，这样和左、右声道输出变压器距离最近，接线最短，相互感应也最小；中间一排为左、右声道推动电子管，采用瓷九脚灯座，这样和功放级及前级距离最近；前面一排安装左、右声道输入放大管和倒相管，采用瓷九脚灯座，适合于6N1、6N2、6N11、6D J8、12AX7、12AU7等双三极电子管。
底座前下方为电源开关和左、右声道音量控制电位器；底座后下方为左、右声道输入端子和输出端子，电源进线和保险丝盒。
三、A类和AB类功放型式的选择
根据制作者的偏爱，本机可制作成A类或AB类功放型式，功放电路基本相同，只要适当改变推动信号强度和功放管栅极负偏压，即可制作成不同类型的功率放大器。
为了使制作者能了解A类功放和AB类功放的特点，故特作如下简要的分析，使制作者可根据不同功放类型的：特点加以选择后确定。
图3为A类和AB类推挽功放特性曲线图。
A类功放的特点是：保真度高，音色纯真而柔和，但功放级的输出效率较低，一般只能达到25％—3 0％。
A类功放输出音频信号电压的波形，和栅极输入的波形完全相似，要达到此目的，功放管必须工作于栅压和屏流特性曲线中点Q的直线部分，功放管的栅极负压必须配置适当，使栅极上的输人推动电压在正半周最大值时，不超过所规定的栅极负压值；同时在负半周时，也不能使栅负压太低，致使达到屏流截止点或屏流曲线的弯曲部分，而引起失真。
图3 A类和AB类推挽功放特性曲线图
所以说，A类功放栅负压必须配置在特性曲线中心段的直线部分，并在屏流截止值一半的位置上。
例如EL34功放管的栅负压作A类放大时，其屏流截止规定值为—18V，因此该管的栅极负压值应配置在—9V左右，而前级输入的推动电压变化亦要限制在最高不超过±9V范围之内，这样性能最好、保真度最
高。
A类推挽功放中功放管的栅极负压，通常采用
自给栅负压方式，使输入电压低于栅负压，功放级始
终工作于线性放大的区域内，故栅极始终处于负电位，
不会产生栅流，失真也最小。
只要按照已经设计好电
路中所规定的数值，一般无需进行调试，功放均能正
常地工作。
A类推挽功放级的屏极电流在零信号和满信号
时起伏变化很小，如采用EL34作功放级推挽放大时，
其功放管的屏极电流在零信号和满信号时，均保持在
100—120mA之间，这样即保证了A类功放性能的稳定，
因此，A类功放重放音的音质细腻而圆润，温顺而柔
美，不像AB类功放的大起大落，重放音质粗犷而豪放，
强劲而雄壮。
功率放大器的输出功率最终应是扬声器负载上
所得的有效功率，因为输出变压器在传输过程中还存在一定的损耗，除去传输损耗后才是实际输出功率。
本机作A类推挽放大时，在8Ω负载下，每个声道的输出有效电压值为14V，则额定输出功率P=14 2／8≈25W。
AB类功放的特点是：功率强劲，动态范围大。
功放级的屏极效率比A类功放高，可达到50％左右，输出功率比A类增加一倍，功放电路和A类基本相同。
推动信号比A类强，因此功放管的栅极负压必须用得高一些，使功放管在不工作时，屏极电流比A类放大略小，但当前级有推动信号时，屏流即随之增高，推动电压越大，屏流也越大。
AB类功率放大器如果遇到输入的推动信号过强时，栅极亦会产生栅流，故AB类功率放大器又可分为ABl类和AB2类放大，ABl类放大时不产生栅流，因输入推动电压低于固定栅负压，故栅极始终处于负电位，不会产生栅流。
而AB2类放大器的特性已接近于B类功率放大器，其工作点已接近特性曲线的弯曲区域，故在强推动信号输入的瞬间，亦会产生栅流，但输出功率显著增大。
本合并式功放如功放管采用EL34作A类推挽放大时，栅极负压用—18V，而作ABl类放大时，则栅负压取—26V：为了提高推动级的输出电压，可将推动管6N6阴极电阻的阻值适当加大，这样输出电压即会提高。
ABl类放大器的工作点并不在特性曲线的直线部分，但由于推挽输出变压的作用，其失真系数亦可
大大地减小。
ABl类功率放大器的栅极负压，同样可以取自于功放管的阴极电阻，阴极的自给栅负压电阻Rk是利用功放管阴极电流产生的压降作栅负压之用，其阴极电阻Rk的阻值是依据功放管屏流大小而变化的。
如功放管EL34作A类或ABl类推挽放大时，如推挽两管的总电流按照0．1A计算。
当功放管栅负压取—18V时，则阴极电阻的阻值Rk：18／0．1＝180Ω；如栅负压需加深一些取—26V时，则阴极电阻的阻值Rk：26／0．1＝260Ω。
功放级一次侧的负载阻抗取决于功放管屏极电压和电流，同时和功放输出功率的大小均有关系。
如功放管采用EL34，屏极电压取400V，屏极电流为0．1A时，则负载阻抗Rz＝Va／Ia＝400／0．1＝4000Ω。
但在实际中还必须考虑到功放级的工作状态，如屏极负载阻抗过小时，功放管的工作可能进入特性曲线的弯曲区域内，从而引起失真，此时应适当增加其屏极的负载阻抗，当输出功率为25—30W时，其负载阻抗应为5000Ω左右；而当输出功率增大到50—60W时，则负载阻抗应取6000Ω左右为宜。
本合并式功放如采用EL34功放管作ABl类推挽放大时，其功放级栅至栅极的推动信号电压，由A类功放的38V增加到58V，功放管栅极的负电压亦由A类功放的—18V加深至—26V，因此输出功率亦随着栅极负压的加深而大幅度地增加。
功放管屏极电流的变化，亦由A类功放的100～120mA，变为ABl类9 0～180mA大幅度地起伏。
本机实测功放级的输出电压可达到20V，所以每声道输出功率P＝202／8＝50W。
ABl功放在使用时，音量控制电位器起初越开越响，继续增大时，当响到一定程度声音即会发毛，扬声器中有时还会出现扑扑声，这表明功放级输入的推动电压过强所致。
因为ABl类功放管栅极回路内不容许有栅流产生，当推动信号电压过强时，超过了功放管栅负压的规定值，此时功放级的工作状态已进入特性曲线的弯曲区域内，故导致产生失真。
四、超线性输出变压器的试制
如市售品中难于购得合适的超线性输出变压器时，亦可自己动手进行试制。
先选定推挽型超线性输出变压器的输出功率为50W，一次侧屏至屏的负载阻抗取5000Ω，直流工作总电流取240mA，二次侧的负载阻抗为4Ω和8Ω，要求变压器的频率范围为60Hz～16kHz，变压器的效率取0．8，先进行简化计算：
为了确保变压器通频带范围内的频率特性，一次侧的电感量必须满足下限频率的要求，则变压器一次侧的电感量Lp=Rp／(4．8×f0)＝5000／(4．8×60)≈17H。
变压器铁芯的选择：音频输出变压的铁芯体积Vc＝Sc×Lc，式中Sc为铁芯的截面积，即等于铁芯中心舌宽A和铁芯叠厚高度H的乘积。
Lc为铁芯的磁路长度，一般为中心舌宽A的5倍左右。
Bm为磁通密度，—般热轧片为5000—7000高斯；冷轧片为8000-10000高斯。
则
Vc＝Sc×Lc
＝51×Um2／fD2×Lp
＝51×2×50×5000／602×17
≈360cm3。
铁芯中心宽度A＝（Vc／8)1/3 ≈3．5cm。
则
根据标准规格应选用GEIB35型硅钢片铁芯，该铁芯的磁路长度Lc＝19cm。
铁芯的叠厚应为H＝Vc／A×Lc＝360／3．5×19≈5，4cm。
则
Sc＝A×H＝3．5 ×5．4＝18.9cm。
一次侧总匝数
Np=450(Lc×Lp／Sc)1/2
＝1900匝
二次侧匝数
N1＝Np／(Rp／Rz)1/2η
＝1900／(5000×0．8／4)1/2
＝60匝
N2＝1900／(5000×0．8／8)1/2
＝86匝
导线直径根据推挽输出中总电流为0．24A推出，为提高传输效率，现电流密度取2A／mm2。
则
Ip＝(I2+I0)1/2
＝[P／R+(Ip／2)2]1/2
＝[(50／5000)+(0．24／2)2]1/2
≈0．15A
一次侧的导线直径
dp＝0．8(Ip)1/2＝0．8(0．15)1/2
≈0．3mm
二次侧导线直径
d2＝dp／(1／n2)1/2
＝0．3／(86／1900)1/2
≈1．40mm
图4 超线性输出变压器数据图
五、超线性输出变压器的绕制
超线性输出变压器比普通变压器
绕制复杂一些，为了取得优良的电性能，在绕制
工艺上必须注意如下事项：
要求推挽放大管两组屏极负载回路应
完全对称，超线性输出变压器要求以B+为中心
端，将一次侧线圈分为P1和P2两组，每组各分
成3段，上下相同，相邻放置，同方向绕制。
并
将二次侧线圈分为3段，夹绕于一次侧中间，这
样输出效率高，频响特性好。
一次侧线圈的电感量必须符合技术要求，这样才能满足低音频段频响特性的要求。
并选用铁芯截面积足够大的优质GE型硅钢片，如0．35mm的优质冷轧硅钢片或D42以上的热轧高质量硅钢片。
要求线包的漏感和分布电容应尽可能小，这样才能满足高音频段频响特性的要求。
为此，一次侧线包必须采取分层分段的交叉叠绕方式。
见图5的超线性输出变压器排线图。
图5 超线性输出变压器排线图
六、绕制须知
首先应制作一只和铁芯尺寸相同的木芯，中心钻一只和绕线架相同直径的圆孔，然后再按照铁芯窗口面积制作线框，线框材料可选用1mm厚的胶木板、玻璃纤维板或硬电缆纸板，制成和铁芯窗口相同尺寸的线包框。
两组线圈同时绕制时，须将Qz-2型高强度漆包线分成两筒，并做好定位准确的、能移动的排线木夹，在绕制时只要轻轻来回移动木夹，则漆包线即可自动排整齐。
如果绕制不够熟练，觉得两组线圈同时绕制不方便，亦可分边绕制，但注意每层圈数必须相同。
线包的层间绝缘应采用优质的绝缘电缆纸，由于线包的引出头较多，必须分清头尾，不能接错，在焊接处必须加黄蜡绸包好，以防止短路。
线包绕好和全部焊接好以后，用万用表测量无断路及短路现象存在，即可安装铁芯。
对于推挽型输出变压器的铁芯，可采取2—3片交叉安插的方法，不留空隙。
当输出变压器全部安装完毕后，必须先放置在loooc左右的干燥环境中焙烘一h左右，然后乘热放人绝缘清漆中浸至无泡溢出，取出后沥干，再烘24h即可备用。
七、合并式功放的装配
在通用底板上先将各种开关、电位器、接线支架、输入和输出接线端子、电子管灯座等小零件逐一装上，陶瓷灯座在安装时必须注意图示方位，这样可以保持接线距离最近。
其中电源变压器，左、右声道输出变压器由于体积庞大而笨重，故应该在全部小零件焊接完毕后再安装，因为在安装过程中底板要四面翻动，容易损伤外表。
图6 电子管合并式功放布线图
1．布接地线
接地线的布局以电源变压器为起始点，分为左、右两个声道，采用直径1mm左右的裸铜丝或镀银铜丝，分别焊接在预先安装好的铜质焊片上，由末级输出端子至功放级，然后至倒相级、前置输入级。
并注意电源变压器和输出端的大电流接地线不可和输入级的小电流接地线直接形成回路，虽然用万用表测量机内所有接地线均为0Ω，但对交流信号而言电位差较大，布线不当会引起杂声干扰。
2．布灯丝线
合并式功放的灯丝供给分为3组，左声道和右声道功放管各接一组，前级左、右声道合用一组，为防止交流感应，灯丝接线应全部采用绞链方式两根绞合起来，这样交流电磁场即可相互抵消。
为减少交流声干扰，灯丝中心抽头必须接地，对未设灯丝中心抽头的电源组可在灯丝两端各接100Ω—200Ω一只，用电阻的中心抽头接地，亦可收到同样的效果。
3．屏蔽隔离线
输入管栅极的灵敏度很高，极易产生交流杂波信号的干扰，由于输入管
栅极和输人接线端子和音量控制电位器引线较长，所以必须采用金属屏蔽隔离线，其外层金属编织线的接地端，应安排在输入管阴极接地处。
4．装高压电源部分
电子管功放的高压电源部分比晶体管功放电源线路简单，调试容易，无需稳压和大电容滤波等，这主要因为电子管功放为高电压小电流型，功放级的静态电流和满载电流变化较小，一般在0．2—0．5A之间波动，故滤波电容器的容量有几十μF已能满足；而晶体管功放属于低电压大电流型，零信号和满信号时电流变化很大，一般在0．5—5A之间变化，所以滤波电容必须用几千至几万μF才行。
但电子管功放对于抑制交流声比较复杂，在设计和布线上必须考虑周到，如高压电源的走线，电源变压器的安装位置，外界电磁场的辐射等。
本功放的高压电源部分由桥式整流后，分为左、右声道两部分进行供给，采用CRC组成的丌型滤波网络，总电源由桥式整流后直接对地，前级高压电源的去耦电容分别在左、右声道就近端接对地，由于高压电源的内阻较小，效率高，故能获得较小的波纹系数。
高压电源的走线应采用接线支架支撑起来，以防止和机内各级产生干扰。
5．装各级元器件
为防止杂讯干扰，本机的电阻均应使用金属膜电阻，除注明功耗外，一律采用1W金属膜色环或大红袍电阻。
耦合电容器对整机的影响很大，可采用专用音响电容或CBB聚丙烯电容、CZM油质电容等转换速率快的电容。
对有极性的电容作级间耦合时，其极性不能接反，高电位接电容器正端，低电位接负端，这样有利于在电路中正常充放电。
同时所用电容不可有轻微漏电，可用兆欧表检测后再装上，因为稍有漏电的电容，则电容的电阻特性加大，损耗增加，并导致放大器产生相移和互调失真。
音量控制电位器在安装前也应检测一下，不可有跳越和死点存在，否则会引起接触噪声。
应选用密封式WTH—1W-Z型或S型均可，但不可使用X型的线性电位器作音量控制，因为音量控制器必须采用指数式，这样才能符合人耳的响度特性。
安装各级阻容等元件必须做到一点接地或就近接地，以防止交叉干扰。
特别是各级的栅极电阻、阴极电阻和旁路电容的通地尤为重要，两者之间不能再有导线存在，否则极易产生感应交流声，因为如果使用导线，难免有些电阻，就形成了电位差，即等于在阴极和栅极之间串接了一个交流源，经过逐级放大后，即会产生明显的交流声干扰。
各级电子管屏极和栅极的走线或元件，应尽量地远离，不能贴紧。
为了便于分辨，一般高压线用红色，电子管屏极用橙、黄色，栅极用蓝、绿色，阴极用棕、黑色。
电子管栅极的阻抗较高，灵敏度也很高，为了防止空间电磁场的干扰，不能和直流高压走线或元件交叉及紧贴，为此，在安装时可将阴极电阻、栅极电阻尽量贴近底板，而屏极元件采用搭棚架空法置于最上层。
图7 电子管合并式功放元件装配图
八、合并式功放的调试
全部零件安装焊接完毕后，再将电源变压器，左、右声道输出变压器全部装上，并将全部元器件和电路图仔细对照一遍，是否存在漏焊或接错之处，一切无误后才能进行调试。
调试前应将输出端子接上假负载，可选用100Ω以内、10W以上的电阻代替。
然后再将功放电子管插上，开机3分钟后，密切注视所有零部件的温升是否正常，不可有跳火或冒烟等不正常现象出现。
功放电子管的配对工作不像晶体管那样严格，因为同一型号的晶体管其放大倍数等参数相差很大，而电子管的放大系数相差不大，只要采用同一型号、同一厂家的同批量产品，其性能参数基本相同，其配对工作可以省略。
1．测量各级直流电压
电源变压器高压绕组的输出交流电压为300V时，经由二极管组成的桥式整流电路后，第一级的直流高压应为420V，再经CRC组成的滤波平滑网络后，将获得400V左右的直流高压，分别供给左、右两声道功放使用。
推挽功放电子管如采用EL34、6L6等管时，其屏极电压应在360—400V 之间。
功放管阴极电阻的阻值根据功放类型而定，如阴极电阻取25011时，当功
放级总电流为100mA时，则功放管阴极对地电压应为24—26V。
推动管6N6的屏极直流电压为280—320V，如作A类放大时，阴极电阻如取20—24kΩ时，其阴极对地的直流电压为14—16V；如作AB类放大时，阴极电阻可取30—47kΩ，这样交流信号输出电压可以增大，阴极对地直流电压可达到25-30V。
输入电压放大管6N1l的屏极直流电压为160—180V，中间阴极输出端的对地直流电压为80-90V，并和倒相管栅极直接耦合。
倒相电子管6N11的屏极电压为240—260V，阴极对地电压为8 5-90V，该管的栅极电位应比阴极电位低2V左右。
如果在电子管选购中，6N6、6N11双三极电子管难以购得时，亦可采用6Nl、6N2等普通双三极管来代替。
如用6N8P、6N9P等双三极管时，其管座应由小九脚灯座调换瓷八脚灯座。
在采用普通双三极管代用时，必须注意的是：输入电子管和倒相电子管的阴极对地电位不能取得过高，因为普通双三极电子管阴极和灯丝间的耐压极限电压仅为100V，所以阴极电位必须控制在80V以下才行。
2．A类功放的调试
A类功放管的工作状态必须保持在栅压屏流特性曲线中心的直线部分，因此对A类功放管的栅极负压应进行仔细的调校，以确保平均屏流数值的恒定，功放管的平均屏极电流应控制在100，120mA。
具体的校准方法是，采用直流电流表500mA档，分别串接在功放管的屏极回路内，功放管栅极有音频信号输入时，如果屏极电流升高，则表示该功放管的栅极负压过低；反之，如在有音频信号输入时，功放管的屏极电流随之降低，则表明栅极负压过高。
因此，A类功放的屏流变化必须保持在10％左右，如果屏流变化较大时，则表明工作状态不稳定，或已经进入AB类的工作状态之中。
