95 EE国际电路设计竞赛获奖作品赏析

江伟 《实用电子文摘》 1996年04期

  焊机派发烧友总是千方百计地追求音乐声音的“真、善、美”,但这并不意味着电路越复杂或器材价越高越好。相反,他们推崇“简则优”的原则,即电路要尽可能简洁,成本要尽可能低廉。这实际上是各种工程设计的最高准则,是发烧友自己在给自己出难题,尽管充满艰辛苦涩,但却乐在其中,因而他们总是乐此不疲。他们设计的电路不仅简洁,而且或多或少地有一些“怪招”,初看起来令人感到不合常规,仔细分析却很合理。这正像围棋高手布局时使用“怪着”一样,棋迷们开始感到不可理解,常常为他捏一把汗,待到“复盘”时才恍然大悟,原来最后胜利竟是这些“怪着”使然!

    本设计之所以获得二等奖,或许正是“怪、简、优”作用的结果。设计者W·A·Van Pelt深知胆(电子管)、石(晶体管)各自的优缺点,巧妙地把二者结合起来,使它们“各显所长,优势互补",最终实现了“简”和“优”,其电路如图1所示。

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设计者使用的“怪招”之一:输入级胆管ECC83的两个三极管并联,其阳极负载不是常用的电阻,而是由晶体管T1T2组成的电流源。乍看起来,两只三极管并联使用不合算,使人担心增益不够。然而,该晶体管电流源的等效阻抗高达2MΩ左右,增益不成问题。这种接法的好处有三:一是电流源的恒流作用能更有效地抑制交流声和噪声;二是高阻抗电流源能充分发挥输入胆管弘值的作用(ECC83的μ值约为1 00),使该管的增益几乎达到最大。换句话说,输入级的增益只取决于该管的μ值,而μ值是胆管最稳定的参数之一,这就有助于改善输入级的线性;三是两个三极管并联可以使该级的输出阻抗减小一半,而C 1C2除了滤除R2产生的噪声之外,还使输入级的输出阻抗得到更大程度的下降,结果是该级输出阻抗从原来的120kΩ下降到30kΩ左右,因而可以直接驱动输出管EL84而不必再设置缓冲放大级,总之,这一“怪招”充分调动了胆和石的潜能,不仅使电路得以大幅度简化,而且具有足够的增益、线性和驱动能力。

本设计的“怪招”之二:将输出管EL84用作阴极跟随器以减小失真,但阳极电路中却没有按照常规接入一节π型RC退耦滤波器,这是因为设计者深知五极管廉栅极对阳极电流的影响远大于阳极电压本身,因而只对廉栅极使用R8-C6-C7组成的简单滤波器就达到了稳定阳极电流的目的。这样不仅简化了电路,还避免了RC滤波器对阳极带来的额外压降,使EL84能有足够的电压和电流来驱动接在阴极电路的600Ω耳机,并使耳机音量可以达到震耳欲聋的程度(音量到最大时),真可谓“一箭双雕"之举。此外,C4的容量用得较大(4700μF),即便使用3 2Ω耳机,低频截止频率也能达到2Hz左右;加之C 3R5的低频截止频率设计成1Hz,结果使可听频率范围内的相移减小到可以忽略的程序。因而,本放大器不仅具有平坦的幅度-频率响应,还具有优良的相位-频率响应。

    本设计的“怪招”之三:左、右通道放大器电路完全相同,都是采用图1上部所示电路,它们由各自的高压整流电路单独供电以取得很高的通道分离度。这是HIFI放大器常用的手法,算不上“怪招”。高压整流电路由2 2 0V市电直接供电而省去了电源变压器的次级高压绕组,这只能算是一个特点,仍谈不上“怪招”。怪就怪在四只胆管的灯丝由四个恒流源分别供电。这四个恒流源的电路结构相同,如图1下部电路所示。都是由整流桥堆D2和稳压器LM 33 7(IC 1)等组成。其中两个恒流源用来对两只ECC83的灯丝供电,另两个恒流源则对两只EL 84的灯丝供电。使用四个恒流源是由于ECC83EL 84的灯丝电压相同(63V)而灯丝电流不同且数值较大。因此,对于两只ECC 83R1122Ω,而对两只EL84则取为18Ω。R1 2用来将灯丝电压调到63V。由于四只胆管的灯丝电流都是恒定的,因而在接通电源的瞬间不会因灯丝处于冷却状态(此时灯丝电阻值最小)而使灯丝承受很大的冲击电流。它是在LM 3 3 7(这里用作恒流源)的控制下使灯丝在额定电流下逐渐加热到工作温度,其结果是大大延长了胆管的使用寿命。尽管为此而付出了四个恒流源电路作为代价,但LM 3 3 7是价低易购的“大路货”,加之本放大器只需使用一只次级810V的灯丝电源变压器(1中未画出),故总的来看还是合算的。


   从制作来看,本设计采用的印制电路板结构比较紧凑、合理。图2灯丝电源板上的K 3通过一段扁平电缆接到图3放大器板上的K1。灯丝电源板采用单面印制电路,LM337可不加绝缘直接装在一块金属散热片上。放大器板采用双面印制电路,灯丝电路印在元件安装面,其余电路印在焊接面。如果要调节音量,则可将输入端的R 1换成同阻值的电位器。为了使放大器具有优良的脉冲响应,C2C3C5C7C8应使用220nF400V的聚碳酸酯电容器,电路板上为它们留有足够的空间。除灯丝电路而外的全部电阻均使用金属膜的,胆管应使用接触良好的管座。C 6采用组台式电解电容器,可使结构更加紧凑。为便于读者按各人爱好制作机壳,电路板上未设计输入、输出插座,由制作者自己去发挥。胆管ECC83可用ECC81ECC90代替,虽然后者增益较低,但仍然足够,其它同类型的双三极管胆管也可以代用,只要阳极电压为50250V即可。替换后,可对R1R3的阻值稍加改动。

    总之,这款混合式耳机放大器“烧味”十足,具有很强的个性,可供焊机派发烧友参考借鉴。但笔者不主张照搬,因为它毕竟是外国人按照外国情况设计的,相信我国 发烧友能够设计出比它更“帅”的电路来。


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