Quad II 电子管功放仿制实例

陆全根 《无线电与电视》1998年4期

     在电子管时代,只要一出现优秀的放大电路,当时的“业余无线电爱好者”便会趋之若鹜、竟相仿制.其“热度”之高丝毫不逊于当今的发烧友。因为对业余制作者来说.仿制是一条事半功倍的捷径。 
  
本刊1997年第1期介绍的Quad II是这类不可多得的优秀胆机之一。它曾被英国著名的BBC广播公司选作监听放大器。天朗公司对它也推崇备至,推荐为驱动其声箱的最佳选择。许多音响制造商也把它作为标准的参考放大器使用。这发生在威廉逊放大器、超线性放大器名噪一时的时代,足见其性能和音质超凡入圣、令人刮目。
   
一些不太熟悉胆机的发烧友看了前文后.如若真的动手仿制可能仍觉有困难,特别是整机布线和元器件的安装不知如何下手。为此,本文以实体图的方式详细说明Quad II的制作过程。供胆机爱好者制作参考。

一、Quad I的主要特点
  仿制,用当前最时髦的话来说就是“克隆”,不仅要“形似”,而且更要“神似”。所谓“形似”,主要指电路要相同,尤其是特色电路应一致。“神似”者,则指两者的音质要相似,而首先是在主要性能指标方面与原机应有类似的特征,唯有如此才能把握仿制机的音质水平和特色。
  
那么,Quad II 的性能有什么特征呢?我们觉得主要体现在以下几方面。
  
1.良好开环频响
   
1Quad I的实测开环和闭环频响曲线。可以看出,-3dB开环频响约为20Hz15kHz。-6dB高端响应达30kHz。加-17.5dB总体负反馈后,频响宽达5Hz100kHz
 


2.低的软失真
  
  2Quad II实测谐波失真曲线。十分明显,随着输出功率的提高,失真平缓地上升,看不出明显的转折点。该机的额定功率为15W(1 kHz失真025%时)。但由于软失真特性.实际的不失真输出功率(削波功率)将超过20W。现在要实现软失真特性并不太困难.比方说可以减小总体负反馈.甚至采用无负反馈放大结构。然而要获得失真低的软失真特性就不那么容易。Quad II的总体负反馈量为17.5dB.加上输出级本级负反馈量约6dB,已不能算是浅反馈,但却具有低的软失真特性。  
3
.低输出阻抗
   
低内阻是QuadII的又一突出特征。图3是其实测曲线。在30Hz20kHz范围内,内阻低于12Ω,对8Ω负载来说.阻尼系数大于6。对胆机功放来说已属不低。
   
总之,Quad II电路简单,设计周密,音质可人,性能优良,既有负反馈功放的优点(失真和内阻低)。又有无负反馈功放的特点(软失真)。作为一款四十多年前的设计作品,与现在HiEnd功放设计思路不谋而合,也许这正是它的过人之处。   
 


 

 

二、电路原理

    4为仿制时使用的电路。电路结构与Quad II完全相同,仅根据应用需要和现代器件情况作了以下变动:
    
1.为便于使用,输入端增设了音量控制。
    
2.倒相管V2的栅极输入信号平衡电阻R8(见前文电路图)由原来的2.7kΩ,经调试后改为2.4kΩ,以取得更好的推动平衡信号。
    
3.整流管由GZ32改为常用的5AR4,与此相应电源变压器高压绕徂也由原来的310V × 2改为 300V × 2。也可改用5U4GB,此时高压改用320V×2。为了便于调整不同管子和高压的差异引起整流输出直流电压的变化,次级高压中心抽头到地之间接入一个10W50Ω固定电阻。可用以微调直流高压。此外,整流滤波电容则由原来的16μF增大到47μF并加泄放电阻。
    
4.滤波扼流圈与原机不完全相同,制作时使用60H 35mA的,其直流电阻约730Ω。
    5
Quad II原用输出变压器比较特殊,制作时采用了成品变压器,一次侧阻抗由原来的3kΩ变为35kΩ,总体负反馈改由二次侧4Q抽头引出,与原机要求颇为接近。阴极负反馈绕组匝数比原机少50%左右,故本级负反馈量也由原来的6dB减小到3dB
左右。本机制作时所用输出变压器的主要特性如下,可供选购或定制时参考:
    
输出功率    40W45Hz
    
一次侧阻抗  35kΩ
   
 频率响应(-1dB4V2rP=ZP)5Hz70kHz
   
一次侧电感  1 mW100H,最大24OH(50Hz)
   
一次侧允许直流电流(两管值)320mA
   
一次侧允许不平衡电流  7mA
   
一次侧直流电阻(20C)  81 Ω
    
功率损耗(16 Ω)  O24dB
    
另外.本机输出级作AB类放大,最大输出功率为26W时,输出级屏流(两管值)180190mA。阴极负反馈绕组设有中心抽头,其总匝数与二次侧0~16 Ω绕组匝数相同.各绕组间相位关系已注明于图4输出变压器绕组旁,自行制作时应注意满足上述条件。
  
需要指出.上述输出变压器的一次侧直流电阻比原机低得多。原机一次侧直流电阻约300 Ω.制作者可自行在上述范围内决定,当然,相应直流高压要略作调整。

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三、制作要点

    1.元器件
    
2W以下电阻均采用金属膜电阻,未注明功率要求者选用12W3W以上电阻采用被釉线绕电阻。所有电容,无论是级间耦合电容,还是滤波退耦电容的耐压均应按电路图中注明要求选用,切勿随意降低耐压要求。电源变压器二次侧高压绕租电流容量应为220mA250mA(AC)。其余绕组电流要求是电路图。输出变压器和扼流圈的要求已见上所述。
   
 2.底板加工
    
备全所有元器件后方可开始设计、加工底板。为此.在方格纸或坐标纸上进行大件实物放样,确定实际加工尺寸。放样时应特别注意底板上面(不是底板下面)各器件间疏密是否均称.所有焊接支架均利用管座固定螺丝,避免面板上暴露螺孔过多,以确保外观较好。
    
V3V5管座周围应各打一排散热孔,这样可降低管壳温度,有利延长管子使用寿命。
    底板照例采用金属板制作,通常做成框架状,这样具有较高的强度和稳定性。
    
3.安装步骤
    
把需要预先固定在底板上的器件全部定位固定后即可开始安装。为便于初学者装机,我们提供了两幅实体图,为了便于看清全部安装情况,图5表示了器件布置及信号输入引线及灯丝布线。图6则提供了电源进线、直流高压、地线、输出部分的配线及全部RC元件的安装位置。少数配线用箭头表示走向。
 

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整机安装分两个阶段:
    
(1)配线
   
从图5、图6找出所有需要用导线连接的各点,用导线焊好即可。这一步相当于晶体管机中的“印板制作"阶段。以本机配线情况看,绝大部分集中在电源变压器、输出变压器、滤波扼流圈、“一点接地”和信号输入各端子上。因此由这些部位开始依次向各处接出去,可以做到有条不紊。
   
(2)RC元件安装
    
这一步相当于晶体管机中的“插件焊接"阶段。胆机中的RC元件大多围绕在管座周围安装,因此可以方便地利用RC元件自身引线直接搭接在管脚及支架焊片上。如果元件引线过长应剪短。如果搭接间距远,元件引线裸露部分过多,应加塑料套管。元件的数值标记应向外便于看清和检查维修。
    
(3)为了避免漏接误接,对于初学者来说,在整个安装过程中建议采用“划红线法”,即每安装一根线或一个元件后,立即在电路图上用红笔划上红线。这样一来,整机安装到什么程度十分清楚,整机安装结束后,电路图应成为一幅用红笔画的电路图。如有漏接一目了然,如有误接,在安装过程中即可发现。为此我们把它也归入“安装步骤”。

    4.几个具体问题
    
(1)关于一点接地
    
本机的信号传输通路采用“一点接地”。也就是说本机的整流、放大、输入和输出各部分的接地点,应用导线汇总到“一点”,再由该点与底板做电气连接。或者说整机各部分的接地只在一个公共的点上与底板连接。其中每一部分(如各放大级、整流等)如有几个元件要接地时,可先各自先连接在一起如图5C点,再用导线把该点接到公共接地点处。这种接地法的优点是各部分通过接地线引起相互干扰比较小。V1、 V2的第27脚为管内屏蔽脚,其中之一应接地。
    
本机的公共接地点戌设在Vl处支架的固定焊片上.见 图5A点.再通过支架的固定螺丝与底板作电气连接。

    (2)灯丝配线
    
各放大管的灯丝配线通常采用双线绞合后贴近底板边缘走线再接到管座相应的管脚上。但其中的一根引线也应接地。否则会产生严重的交流声。它的接地点可接到整机的公共接地点A,也可就近接底板。本机灯丝的接地点选在V1处另一支架固定焊片上,见图5B点,同样通过固定螺丝与底板作电气连接。显然,该两处底板应仔细除污垢,确保接触电阻尽可能小些。整流管的灯丝带高压,切勿接地。

    (3)配线线径
    
电源进线可直接使用容量较大(>35A)的带护套的一般电源线。灯丝线、接地线和输出线尽量用较粗的多股线。输入信号用带护套的屏蔽线,线径关系不大。其他引线尽管载流量相差可能比较大.但 一般都采用相同的线径,主要是与上述较粗的引线相比不要显得过细而造成观感上的不协调。一般,除电源进线外,所有引线可选用外径23mm的多股软线。

    (4)配线选色
    为了便于检查维修识别,上述不同种类的配线往往选用不同颜色的外皮。对此有的国家制订有各自相关的用线选色标准。业余制作不必过分讲究,可以选用自己喜爱的颜色行事。一般可按电压高低或管子电极顺序确定用色次序,这样比较容易记忆。比方说电源变压器二次侧交流直流高压、屏极、帘栅极、栅极、阴极和灯丝依次选用红、橙、黄、绿、青、蓝六种色线配线。接地用黑色电线.负反馈及其 他引线用白色电线.有的胆机输出级采用固定栅偏压,引线可用紫色的电线。

    5.调试
    通电调试前应对照电路图检查一下接线安装是否有误。着重检查管脚上元件数值是否正确以及各电解电容器的极性是否装反。接着用万用表电阻档测量
V5②脚对地不能短路。V3V4的栅极⑤脚对地不能开路,两管的⑧脚对地电阻约180Ω左右。然后输出变压器二次侧接好8Ω12W假负载,最好接上8
Ω廉价扬声器,以便于听出异常时的声响。

    1.插上V 1V4接通电源,各管,灯丝应发亮。如无异常再插上V5各管即加上直流高压进入工作状态。此时应密切注意有无异声和异常情况(管壳内有火花、屏极发红、元件烧焦味等),如有异常应即关断电源进行检查。

    2.如无异常,可用万用表直流电压档测量V5②脚电压应为340V左右,如相差不太大,可增减接在电源变压器二次侧高压中心抽头与地之间的50Ω1OW电阻阻值。如相差过大(1O数伏),可同时调换整流管型号。如前所述.换用5U4GBGZ32可使此电压分别降低20V10V以上。如换用GZ34可使此电压升高10V以上。滤波扼流圈输出端的直流电压在330340V之内均可。高压正常后,V3V4的偏压一般也随之正常,应在26V左右。

   3.用手捏起子,从后向前依次碰触各管栅极应有“喀喀"声。至此整机交直流工作情况基本正常。如有条件可进一步作性能测试,否则可换接声箱进行听音评价。

四、实测性能

     下面提供仿制机的一些主要实测性能,以资与原机作对照。测试时输出管分别采用了KT66 UPER L金龙)EL34(Siemes)EL37(Mullard)

    7至图12分别是本机的输入特性、频率响应、阻尼特性和总谐波失真特性曲线。

    “金龙”管的输入特性与图7 EL34输入特性完全一致。由此可见输入1V时输出功率约7W,输入15V时输出1 5W。灵敏度与原机相当。本机削波功率为25W.比原机高,此时总谐波失真并不大,由图1O可知,用KT66(S)时仅1%.用EL34时≤2%。从频响曲线看,采用EL34时,高端18W、一3dB点约80kHz,采用KT66(S)时可达100kHz。两管1W时高端响应均略有上翘,但对听音没有什么影响,可以说达到了原机水平。

    从图9 EL34的阻尼特性看,1OkHz以下的输出阻抗为O45Ω,对负载而言,相当于阻尼系数为17.720kHz时输出阻抗为O,相当于阻尼系数为16。采用KT66(S)时阻尼特性与EL34完全一致。总的看,比原机指标为高。

    从图1O至图12失真特性看,各管输出管均呈软失真特征,在削波功率以下,失真随输入功率上升而平缓上升。从失真数值上看,1 kHz的失真与原机也一致。当采用EL37时,各频率的失真值很接近,这反映出该管具有更好一些的失真特性。

    通过以上简单对比可知,Quad II的设计十分成熟,即使用现代器件也能保持原机的性能特点。事实上,QuadⅡ自当初推出之后直到因该公司生产晶体管功放而停产的十多年之内,一直未对该机作过改动,也充分说明了这一点。总之,Quad II是一款整机采用五极管设计方案的典范。


 


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