【圖】自制電子管功放的性能測試與提高經(jīng)驗(yàn)
(2023/11/1 11:00:00)
自制電子管功放的性能測試與提高經(jīng)驗(yàn)
一、輸出功率的測試與調(diào)整
1 輸出功率的簡易測試法
功放機(jī)裝配調(diào)試好以后，總想了解一下本機(jī)的輸出功率大小。在無正規(guī)測試儀表的情況可借助萬用表來進(jìn)行簡單的估測。
圖8-20是用萬用表估測輸出功率的示意圖。
將CD、VCD、錄音卡座等的音頻信號，由新裝好的功放機(jī)輸入端注入，音量電位器置于最大位置。
將萬用表撥到交流電壓25V或50V檔上。由于所測是交流信號電壓，故表筆不分正負(fù)。測量時(shí)將兩只表筆并聯(lián)在功放機(jī)輸出端子上或音箱兩端。此時(shí)萬用表針在不停地隨著音頻信號的強(qiáng)弱擺動(dòng)，記下表針擺動(dòng)最大時(shí)的電壓數(shù)值。
計(jì)算方法如下：
額定輸出功率 P＝V2/Z
式中：V為所測得輸出電壓，Z為負(fù)載阻抗值。
在4Ω負(fù)載下，如測得的最大交流電壓值為10V或12V時(shí)，則功放的額定輸出功率分別為：
P1＝V2/J＝102/4＝25W
P2＝V2/J＝122/4＝36W
在8Ω負(fù)載下，如測得的最大交流電壓值為12V或16V時(shí)，則功放的額定輸出功率分別為：
P1＝V2/Z＝122/8＝18W
P2＝V2/Z＝162/8＝32W
因CD、VCD等音樂信號的輸出電平，比音頻信號發(fā)生器連續(xù)正弦波信號偏弱。用萬用表測得的數(shù)值與交流電壓有效值相接近，故可認(rèn)為其數(shù)值為額定輸出功率。如果用峰值功率來衡量時(shí)可加大4倍，即額定功率如為30W+30W時(shí)，而峰值功率即可達(dá)120W+120W。
2 增強(qiáng)輸出功率的措施
如經(jīng)上述簡單的估測后，功放機(jī)的輸出電壓達(dá)不到要求的數(shù)值或輸出電壓較高，但失真與噪聲顯著偏大，則可進(jìn)行如下的調(diào)試：
我們知道，一般聲頻放大器的輸出功率有最大輸出功率和最大不失真輸出功率兩個(gè)指標(biāo)。最大輸出功率表明功放的最大負(fù)載能力；最大不失真輸出功率，表示功放的不失真放大能力。對于電子管功放，了解最大不失真功率更值得關(guān)注；所以在增強(qiáng)輸出功率的同時(shí)，要照顧到整機(jī)失真度指標(biāo)及其他性能參數(shù)。一味追求加大輸出功率并不可取。
在保證失真度不致下降太多的前提下，提高輸出功率的方法有以下可考慮的措施：
以上措施均有利有弊，不能兩全。較可靠的方法是更換性能更好的電子管。如輸出功率放大管由6P3P更換為EL34、6CA7、KT88等。更換電子管，必須考慮到原來的電源變壓器、輸出變壓器等是否符合設(shè)計(jì)要求。如變壓器功率余量的大小、高壓電流的大小、濾波電容的耐壓高低等各項(xiàng)性能是否符合要求。管腳的排列也要對應(yīng)。
二、施加負(fù)反饋改善放大器的性能
對現(xiàn)代高保真功率放大器來說，如何減小功放的非線性失真，提高放大器的信噪比，拓寬頻率響應(yīng)，是至關(guān)重要的。
采用施加負(fù)反饋來改善與提高放大器工作的穩(wěn)定性和各項(xiàng)性能指標(biāo)，在國內(nèi)外高保真功放系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂“反饋”，就是把輸出信號的電流或電壓的一部分回送到輸入端去調(diào)節(jié)輸入信號的一種方法。反送回輸入端的信號削弱了輸入情號，使放大器放大倍數(shù)降低，稱之為“負(fù)反饋”，反之，稱為“正反饋”。根據(jù)反饋信號正比于輸出電壓還是電流，對于放大器來說則有電壓反饋和電流反饋之分。要提出的是，功放整機(jī)加了深度的大回環(huán)負(fù)反饋以后，雖然放大器的性能提高不少，但對放大器瞬態(tài)響應(yīng)、轉(zhuǎn)換速率等性能卻帶來了不利的影響。所以負(fù)反饋的運(yùn)用必須恰如其分、適可而止。
1，對放大器施加負(fù)反饋的好處
對放大器施加負(fù)反饋主要有如下作用
此外，負(fù)反饋對放大器的輸入、輸出阻抗也有一定影響。
一、輸出功率的測試與調(diào)整
1 輸出功率的簡易測試法
功放機(jī)裝配調(diào)試好以后，總想了解一下本機(jī)的輸出功率大小。在無正規(guī)測試儀表的情況可借助萬用表來進(jìn)行簡單的估測。
圖8-20是用萬用表估測輸出功率的示意圖。
將CD、VCD、錄音卡座等的音頻信號，由新裝好的功放機(jī)輸入端注入，音量電位器置于最大位置。
將萬用表撥到交流電壓25V或50V檔上。由于所測是交流信號電壓，故表筆不分正負(fù)。測量時(shí)將兩只表筆并聯(lián)在功放機(jī)輸出端子上或音箱兩端。此時(shí)萬用表針在不停地隨著音頻信號的強(qiáng)弱擺動(dòng)，記下表針擺動(dòng)最大時(shí)的電壓數(shù)值。
計(jì)算方法如下：
額定輸出功率 P＝V2/Z
式中：V為所測得輸出電壓，Z為負(fù)載阻抗值。
在4Ω負(fù)載下，如測得的最大交流電壓值為10V或12V時(shí)，則功放的額定輸出功率分別為：
P1＝V2/J＝102/4＝25W
P2＝V2/J＝122/4＝36W
在8Ω負(fù)載下，如測得的最大交流電壓值為12V或16V時(shí)，則功放的額定輸出功率分別為：
P1＝V2/Z＝122/8＝18W
P2＝V2/Z＝162/8＝32W
因CD、VCD等音樂信號的輸出電平，比音頻信號發(fā)生器連續(xù)正弦波信號偏弱。用萬用表測得的數(shù)值與交流電壓有效值相接近，故可認(rèn)為其數(shù)值為額定輸出功率。如果用峰值功率來衡量時(shí)可加大4倍，即額定功率如為30W+30W時(shí)，而峰值功率即可達(dá)120W+120W。
2 增強(qiáng)輸出功率的措施
如經(jīng)上述簡單的估測后，功放機(jī)的輸出電壓達(dá)不到要求的數(shù)值或輸出電壓較高，但失真與噪聲顯著偏大，則可進(jìn)行如下的調(diào)試：
我們知道，一般聲頻放大器的輸出功率有最大輸出功率和最大不失真輸出功率兩個(gè)指標(biāo)。最大輸出功率表明功放的最大負(fù)載能力；最大不失真輸出功率，表示功放的不失真放大能力。對于電子管功放，了解最大不失真功率更值得關(guān)注；所以在增強(qiáng)輸出功率的同時(shí)，要照顧到整機(jī)失真度指標(biāo)及其他性能參數(shù)。一味追求加大輸出功率并不可取。
在保證失真度不致下降太多的前提下，提高輸出功率的方法有以下可考慮的措施：
- 減小功率管的陰極電阻的阻值，使輸出電流增大，輸出功率可以有一定幅度的增大。但由于陰極電阻負(fù)反饋?zhàn)饔玫臏p小，放大器的穩(wěn)定性及其他性能指標(biāo)要受到一定影響。
- 適當(dāng)提高功率放大級的屏極電壓，則可使輸出功率加大。但必須考慮到功放管的極限運(yùn)用值，而且要相應(yīng)考慮到電源濾波電容器耐壓是否夠大，直流高壓回路的降壓電阻的耗散功率是否能滿足要求。
- 適當(dāng)加大推動(dòng)級的推動(dòng)電壓，也能使整機(jī)輸出功率相應(yīng)提高。其措施是減小推動(dòng)放大管陰極電阻的阻值。由于推動(dòng)級的陰極電阻具有電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫帢O電阻減小會降低反饋量，對整機(jī)的失真系數(shù)及頻率響應(yīng)等性能會有一定影響。
- 適當(dāng)調(diào)節(jié)整機(jī)的負(fù)反饋量，亦能有效地增加或減小整機(jī)的輸出功率。即調(diào)節(jié)由輸入管陰極至輸出變壓器未級的整機(jī)負(fù)反饋電阻的阻值。加大負(fù)反饋電阻，會使負(fù)反饋量減小，輸出功率增大，但放大器的工作穩(wěn)定性和性能指標(biāo)會有所下降；減小負(fù)反饋電阻，會使負(fù)反饋量加大，輸出功率會相應(yīng)減小，但放大器穩(wěn)定性提高，頻響、信噪比、失真度會有所改善。過量的深度負(fù)反饋會使整機(jī)的轉(zhuǎn)換速度降低，瞬態(tài)響應(yīng)變差。
- 更換電子管
以上措施均有利有弊，不能兩全。較可靠的方法是更換性能更好的電子管。如輸出功率放大管由6P3P更換為EL34、6CA7、KT88等。更換電子管，必須考慮到原來的電源變壓器、輸出變壓器等是否符合設(shè)計(jì)要求。如變壓器功率余量的大小、高壓電流的大小、濾波電容的耐壓高低等各項(xiàng)性能是否符合要求。管腳的排列也要對應(yīng)。
二、施加負(fù)反饋改善放大器的性能
對現(xiàn)代高保真功率放大器來說，如何減小功放的非線性失真，提高放大器的信噪比，拓寬頻率響應(yīng)，是至關(guān)重要的。
采用施加負(fù)反饋來改善與提高放大器工作的穩(wěn)定性和各項(xiàng)性能指標(biāo)，在國內(nèi)外高保真功放系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂“反饋”，就是把輸出信號的電流或電壓的一部分回送到輸入端去調(diào)節(jié)輸入信號的一種方法。反送回輸入端的信號削弱了輸入情號，使放大器放大倍數(shù)降低，稱之為“負(fù)反饋”，反之，稱為“正反饋”。根據(jù)反饋信號正比于輸出電壓還是電流，對于放大器來說則有電壓反饋和電流反饋之分。要提出的是，功放整機(jī)加了深度的大回環(huán)負(fù)反饋以后，雖然放大器的性能提高不少，但對放大器瞬態(tài)響應(yīng)、轉(zhuǎn)換速率等性能卻帶來了不利的影響。所以負(fù)反饋的運(yùn)用必須恰如其分、適可而止。
1，對放大器施加負(fù)反饋的好處
對放大器施加負(fù)反饋主要有如下作用
- 提高了放大器的穩(wěn)定性
放大器的穩(wěn)定性主要反映在放大倍數(shù)上。放大器的放大倍數(shù)會出于電壓波動(dòng)、溫度變化等原因而隨之變化。加入負(fù)反饋后，當(dāng)放大倍數(shù)升高時(shí)，負(fù)反饋電壓加在輸入端使輸入信號減小，放大倍數(shù)隨之降低；反之，輸入信號回升，放大倍數(shù)增高。由于控制信號取自輸出信號，所以放大器可以作到輸出、輸入“相輔相承”，保持在一個(gè)相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)下。 - 改善了放大器的頻率特性
放大器的頻率響應(yīng)，反映了放大器的放大倍數(shù)隨信號頻率的不同而有所變化。負(fù)反饋可以使放大器因頻率變化引起的放大倍數(shù)變化相對減小；盡管加入負(fù)反饋會使放大倍數(shù)減小，但卻改善了放大器的頻率特性，即頻響展寬。 - 減小了放大器的非線性失真
電子管是一種非線性器件。所謂非線性是指電子管輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系不是直線關(guān)系，也就說其輸出、輸入特性曲線不是一條直線。當(dāng)你在輸入端輸入一個(gè)正弦波信號時(shí)，輸出信號不是與輸入信號波形一樣的正弦波，而是發(fā)生了畸變，這就是說產(chǎn)生了非線性失真。加入負(fù)反饋后，輸出信號的波形失真反饋到輸入端，但由于失真的波形與輸入端的波形相位相反，補(bǔ)償了放大器的失真，使輸出波形得到改善。
此外，負(fù)反饋對放大器的輸入、輸出阻抗也有一定影響。
三、電子管放大器常用的負(fù)反饋措施
圖8-21是一種單級電壓負(fù)反饋電路。
圖8-21中的RC負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)加在放大管的屏極，將輸出信號反饋一部分至該管的柵極。因?yàn)樵诠碴帢O電路中，電子管屏極的電位與柵極電位正好相反，故形成負(fù)反饋。柵極因負(fù)反饋加入而使輸入電壓降低，放大管的放大倍數(shù)也隨之降低；放大器因負(fù)載變化所引起的相位失真和頻率失真均得到改善，其電壓反饋量是由電阻R與C來決定的。一般電路中R的阻值為幾百千歐，它與放大器的頻率無關(guān)。C的容量為0.01-0.1左右，C與放大器的頻率特性相關(guān)，可以對某一頻段的信號實(shí)施負(fù)反饋。
圖8—22是一種級間負(fù)反饋電路圖。
將后一級放大管屏極的信號，通過電阻R反饋到前一級電子管的屏極。因前級信號經(jīng)柵極倒相后，前級與后級兩管的屏極相位亦相反，這樣即組成屏至屏極的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。反饋電阻R的阻值—般取1—1.5MΩ。若R的阻值過小時(shí)，會降低輸入阻抗，同時(shí)對放大器的低頻響應(yīng)造成影響。
圖8-23是電流負(fù)反饋電路圖。
圖8—23中陰極電阻RK不加旁路電容，音頻信號的屏極電流通過RK以后，使RK兩端由于降壓作用產(chǎn)生了一個(gè)音頻電壓，這個(gè)電壓和柵極上原來輸入電壓相位是相反的，所以產(chǎn)生了負(fù)反饋?zhàn)饔谩?br> 電流負(fù)反饋一般加在功放機(jī)中的中間放大級或推動(dòng)放大級。一般功率管陰極施加電流負(fù)反饋功率放大會降低輸出功率和增大屏極內(nèi)阻。
圖8—24是另一種極間負(fù)反饋電路。
利用極間負(fù)反饋亦能有效地抑制噪聲，圖8—24中的電壓負(fù)反饋電阻RP是設(shè)置在中間放大級與輸出級之間。
級間負(fù)反饋電阻與陰極電阻相串連，凡被加負(fù)反饋的中間放大級，除了受反饋電阻RP作用外，一定還要有本級的電流負(fù)反饋。
級間負(fù)反饋不限定二級，亦可為三級或四級，但必須注意其相位關(guān)系，因?yàn)樨?fù)反饋電壓的相位必須和原來輸入信號相差180°。如相位相同，會形成正反饋而產(chǎn)生自激，破壞放大器的正常工作。
圖8—25是整機(jī)負(fù)反饋電路。
圖8—25中為整機(jī)負(fù)反饋電路，RC負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在輸入級與輸出級之間。這種整機(jī)的負(fù)反饋被稱為大回環(huán)負(fù)反饋。
近年采由于這種深度的大回環(huán)負(fù)反饋，對功放的瞬態(tài)響應(yīng)、轉(zhuǎn)換速率等性能帶來影響，故對整機(jī)負(fù)反饋量都加以合理控制。一般的反饋量控制在6—12dB之間。
四、電子管功放的頻率補(bǔ)償
音頻功率放大器的頻率響應(yīng)曲線，通常總是中頻段比較平坦，低頻段與高頻段會顯著下降。與此相關(guān)的相位特性，若以中頻段的相位作為基準(zhǔn)，則低頻段的相位相對超前，而高頻段的相位則相對滯后。從中頻段到低頻段和從中頻段到高頻段的頻率響應(yīng)曲線的下降和相位變化，各種功率放大器均不相同，但最低頻段與最高頻段的頻率響應(yīng)斜率和相位角的大小，總是決定于該功放機(jī)的放大級數(shù)和電路形式。
在這種情況下補(bǔ)償?shù)姆椒ㄝ^多，但總的原則必須增大在相位變化為180度的頻率時(shí)的增益量下降值，而且頻率響應(yīng)的終端斜率不允許增大。
為了實(shí)現(xiàn)上述要求，應(yīng)從聲頻范圍的低頻段與高頻段，由頻率響應(yīng)開始下降的頻率起到相位變化達(dá)180度的范圍內(nèi)進(jìn)行頻率特性補(bǔ)償，與相位的變化相比盡可能使增益量衰減大些。一般來說，使這范圍的頻率響應(yīng)的斜率不大于6分貝/倍頻程，即能達(dá)到目的。
1 低頻補(bǔ)償
一般的阻容耦合式放大電路的低頻段的頻率響應(yīng)，最后可以用通用低頻衰減特性來表示。
在多級放大器中，應(yīng)采用階梯法來進(jìn)行補(bǔ)償。在這種情況下階梯補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)盡可能接在前級放大器中。如果將此電路接在靠近功放級時(shí)，則放大器低音頻段的最大輸出即會減小，若要勉強(qiáng)增大輸出，則階梯網(wǎng)絡(luò)之前的放大級中將會產(chǎn)生顯著的非線性失真。
圖8—26是一種低頻補(bǔ)償電路。
低音頻段的階梯補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電參數(shù)，一般選擇在低頻段的頻率響應(yīng)是從40HZ處開始下降，則階梯補(bǔ)償?shù)母叨燃s為12dB，在阻容耦合放大電路中的耦合電容器的容量盡可能大一些。
圖8—27是低頻補(bǔ)償特性曲線圖。
2 高頻補(bǔ)償
在阻容耦合與變壓器輸出的多級功率放大器中，高頻段的頻率響應(yīng)也隨著電路中雜散電容的存在而衰減，故必須進(jìn)行補(bǔ)償，才能獲得高頻段較平坦的特性。
圖8—28是一種高頻補(bǔ)償電路。
在多級放大器中，輸出變壓器的高頻特性是由自身決定的，故高頻衰減的基準(zhǔn)頻率是固定不變的。而阻容耦合放大器的基準(zhǔn)頻率則由耦合電容、屏極電阻與電路中的雜散電容所決定。在實(shí)際電路中，一般高頻段的頻率特性從10kHz以上即呈衰減趨勢。
這樣阻容耦合放大器的高頻段在補(bǔ)償時(shí)的基準(zhǔn)頻率可以選擇在10kHz到50kHz之間。高頻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是由網(wǎng)絡(luò)中的電阻與電容所決定的，提高基準(zhǔn)頻率的方法可減小補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中電阻的阻值。
圖8—29是高頻補(bǔ)償特性曲線圖。
高頻補(bǔ)償電路與低頻補(bǔ)償電路原則相同，其階梯補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)接入前級放大器中。如將該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)接到末級中，則它的頻率響應(yīng)開始下降的頻率移到音頻范圍之外，否則會減小高頻的最大輸出。
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