Quad II功放仿制续谈

陆全根 《无线电与电视》1999年4期

本刊l997年第1期和l998年第4期分别对QuadⅡ功放的工作原理和仿制实例作了浅近的解说,文中还提到它停产30年后将重新限量生产一批QuadⅡ,以满足当今胆机迷的欣赏要求和珍藏欲望一些业余制作者看了之后,觉得其输出变压器难以觅得,如果自制又缺乏自信和必要的绕制数据。笔者认为,输出变压器的作用和影响现在似乎被过分夸大了其实,由于QuadⅡ采用阴极负反馈,它对输出变压器的结构要求并不太高,自制也不难办到,大可不必谈“牛”色变,另外,有些制作者还想进一步了解Quad Ⅱ限量版的电路有什么新的变化,生怕制作中漏掉好东西为此,本文进一步作些补充说明,以便初学 者也能仿制。

一、关于限量版电路
    
QuadⅡ限量版(Limited Edtion)实际上是Quad声学制造公司为庆贺其成立60周年“钻石婚”而作一整机内外金碧辉煌,洋溢着一派喜气,即老当益壮又具珍藏价值。
    
笔者在前文中提到,QuadⅡ自当初推出之后直到该公司因转产晶体管功放而停产前的十多年中,对该机电路一直未作改动 因此,限量生产的QuadⅡ电路究竟有无重大改动自然是仿制者十分感兴趣的问题 。
    
为此请看图l,这是QuadⅡ限量版的电路原理图与前文中QuadⅡ电路稍加对照便可知道,其电路、元器件编号及其数量完全一样,一个不多.一个不少 。
    至于器件变化方面,主要是输出管采用了
KT66的增强型管“金龙”(Golden Dragorl)KT66 Super。该管灯丝电流大,静态工作电流(两管值)从原来的l30mA提高到l80mA,输出功率由l5W增大到l9W。音乐表现力更为光彩夺目当然.电源容量也要增大,整流管由GZ32改为电流更大的GZ34,滤波电容也从l6μF增大到32μF、此外,输出变压器容量也要相应增加,滤波扼流圈的直流电阻、输出管自偏压电阻(Rl2)也均作了相应调整,但输出变压器绕组间阻抗关系未变。
    
图中除标“*”号数字列出了原QuadⅡ的电压和电流值以资对照外,输出管还标出了编号为#ll#l2两种限量版静态工作电流值。此外.图中还给出了限量版输出变压器主要绕组和滤波扼流圈直流电阻值、高压LC滤波前后的纹波电压,这些数据对仿制都是十分有用的参考资料。
    由以上简单说明可知,所有变动均由输出管变更所引起,在电路上并无实质性的变动.足见原电路设计十分成熟.而且完全可以预料,只要改变输出管及其工作条件,无需改变其他电路还能进一步提高输出功率。
    
应该指出.这个电路对电源电压的要求也是比较宽容的。实际上只要把输出管自偏压设定在2627V范围内(改变Rl2阻值),整流管阴极输出直流高压在330350V范围内,整机均能正常工作。显然,这为仿制提供了极大方便,这意味着对输出变压器一次侧和滤波扼流圈直流电阻无需严格控制。总之,QuadⅡ是一个可以让人放心的电路.

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 图1

二、关于阴极负反馈
    
影响放大器音质的因素很多,从大的方面来看不外乎内外两方面的因素.、外因是与之搭配的周边设备和听音环境;内因则主要是电路程式、所用元器件材质和装置布线水平,而其中电路程式起着主导作用。放大器的竞争可以说主要是电路技术的竞争,QuadⅡ功放特点之一是输出级采用了阴极负反馈。由于它涉及到对输出变压器方面的要求.下面再对它作点补充说明。
    
大家知道,在电子管功放中采用多极输出管时,除了要加总体负反馈外,通常还要加本级负反馈,以降低其内阻和失真。输出级最常用的本级负反馈为帘栅极负反馈即超线性(UL)接法,还有一种便是阴极负反馈。就最大输出功率看,UL接法是按类似于三极管接法方式加以运用,故其最大输出功率必然有所下降。阴极负反馈从原理上说仍是一种标准五极管接法,因此基本上不会影响它原有的最大输出功率大小。比方说,某一多极电子管按标准接法时最大输出功率为l0W,那么施加阴极负反馈后最大输出功率也能达到lOW。当然,此时应适当增大输人电压以补偿负反馈带来的损失。然而,当采用UL接法时,其最大输出功率则达不到l 0W,例如只能达到67W,不可能通过增大输入电压恢复到原有的l0W输出。
    
另外,采用阴极负反馈对输出变压器的绕制工艺要求要比采用UL接法时相对低一些。这是因为UL接法是帘栅极负反馈,负反馈从输出变压器的一次侧屏极绕组引出。由于该绕组阻抗高、匝数多,不采取严格绕制工艺,上下两边的漏感和分布电容不易对称,从而会导致高频失真,甚至产生自激。相反,阴极负反馈绕组的阻抗低(一般为8l6Ω)、匝数少,即使采用一般绕制方法,上下两个反馈绕组也能取得良好的平衡。显然,这一点对业余制作者是十分有利的。
    
阴极负反馈绕组在电路图上的表示方法除如图l所示的那种外,还常用图2所示的3种方式。图2(a)只是把反馈绕组与其他绕组分开表示.图2(b)和图2(c)两种接法似乎不同,前者是上下交叉相接,后者则为非交叉相接。其实它们是相同的,为了看出它们的共同点,图中用黑圆点标出了各绕组的同相位端,于是不难看出,要使阴极反馈是负反馈而不是正反馈,同一只输出管屏极和阴极接到相应绕组端子的相位必须相反。例如以图2(a)为例,V2屏极接到输出变压器一次侧屏极绕组下端有黑圆点的端子上,则其阴极必须接到阴极反馈绕组的非同相位端子上,这一点在安装接线时必须特别加以注意。尤其是当购得的输出变压器未注明各绕组极性时,常常出现接错端子变成了正反馈而尚不知晓。也许有的读者觉得一接成正反馈就会自激,一听便可知道。其实并非一概如此,这是因为阴极负反馈量通常设计在36dB.加有这么一些正反馈往往并不会产生自激振荡,而仅仅使整机增益略有上升,尤其是当加有总体负反馈时更是如此。所以,在整机安装安成后先断开总体负反馈,接上扬声器,通电无异常情况时把两管屏极接线(注意高压)临时交换触一下输出变压器一次侧绕组相应端子。如交换前后有自激出现者说明此时阴极反馈绕组相位接错,应予更正。如果交换前后均未出现自激时,尚不足以判断相位是否有误。此时应在放大器输入加上适量信号,再交换接线并仔细判别哪种情况下放音更响一些,放音响一些者为反馈绕组相位接反,应予更正。
 


 

三、关于QuadⅡ输出变压器
    
现在回过来谈QuatlⅡ输出变压器的一些情况,这是选购或自制输出变压器时必须了解的,、通常,功放厂家不会给出输出变压器设计参数和结构工艺,因此只能通过电路图并对实物作些测试来了解其基本情况 ,然后再加以仿制
  
3QuadⅡ输出变压器部分的接线图及其外部接线端子板。经两者对照,大致可判断屏极绕组分为两组。阴极反馈绕组为一带中心抽头的绕组。输出负载有3个绕组,4Ω绕组供总体负反馈使用,另两个供7Ω或l5Ω负载使用。据实测一次侧屏至屏(ZX)间负载阻抗为3kΩ,阴极反馈绕组(UW)间阻抗为16Ω左右,总体负反馈绕组(QP)间阻抗为4Ω左右各绕组的直流电阻已标明在绕组处。输出绕组(TP)总直流电阻约为18Ω。
 


 

    输出变压器的功率容量也是一个十分重要的参数,因为对于一个绕制好即功率一定的输出变压器,随着放音频率的降低,它的输出功率会降低换言之,这一参数将影响功率频响前文的仿制实例中采用了功率容量为40W(45Hz)的输出变压器是比较适当的,据测算,它的 -3dB功率点可达20Hz
    
从屏极绕组和阴极绕组两边直流电阻不等这一点看,QuadⅡ输出变压器未采用平衡结构进行绕制,即采用了普通的分段绕制方式。
    
根据上述情况和前文仿制实例及目前大多数音箱的额定阻抗要求,仿制时对QuadⅡ输出变压器的基本要求可归结于图4(a)。二次侧负载只设4Ω、8Ω两组,4Ω兼作总体负反馈绕组。
    
仿制者可按图示要求向胆机变压器厂家定制。如欲自制,可参考有关书刊按上述图示要求自行计算铁芯尺寸、各绕组匝数和线径。计算并不难,只是计算后还要进行验算,某些不符合要求的参数还得进行复算,因此比较繁琐冗长。一个比较简单的方法是利用现成输出变压器绕制参数进行改造,这十分简单易行。具体方法我们在文末第五部分中介绍给初学者。  
 


 

    有了绕制变压器的必要结构参数后,怎样安排绕组是一个很重要的问题。上面提到过,从图3中判断一次侧屏极绕组是两个,因两个绕组电阻不等,故可按一般的分段绕法绕制。阴极反馈线圈匝数不多,只设一个带中心抽头的绕组即可,通常可把它安排在两个屏极绕组之间。04Ω、8Ω绕组在图4(a)中它表示为两个绕组,在实际绕制时可把它分为3个绕组。一般0-4Ω的匝数比48Ω的匝数多一倍多,故04Ω可按其匝数一分为二成为两个绕组,48Ω单独为一组。这样一来,3个二次侧绕组可分别夹在两个一次侧绕组的中间及其两边,有利于加强一次侧与二次侧间的耦合,减小漏感,改善频响。于是,图4(a)绕组的另一种绕制结构如图4(b)所示。所有绕组起始端用黑圆点表示,绕线时按同一方向绕制。应该指出,这种分段绕制方法并不能保证一次侧屏极上绕组获得良好的平衡,它的直流电阻首先就不同。不过,QuadⅡ功放也是这样,其优点是绕制比较方便,至于更好的结构在文末第五部分中再说明。

四、用其他变压器代换的问题

    我们已经了解,采用阴极负反馈时需要一个带中心抽头的反馈绕组,其阻抗约为8l6Ω。换句话说,它的匝数与二次侧81 6Ω负载绕组大致相同即可。当没有上述绕组时,其他输出变压器满足下列条件时也可实现阴极负及馈。
    
1.具有不带中心抽头的反馈绕组者
    
有的商品输出变压器具有一个独立的负反馈绕组,这个绕组主要作总体负反馈使用,因而未作中心抽头。此时,总体负反馈改从二次侧负载(4Ω8Ω)绕组引出,可把上述独立反馈绕组改为阴极反馈绕组,只是要外接两只电阻形成一个电气中性点,如图5(a)所示,电气中性点接偏压电阻。
    
2.具有4816Ω输出绕组者
    
胆机功放输出变压器二次侧常有l6Ω绕组,目前音箱额定阻抗很少有l6Ω者,但现代胆机输出变压器往往仍保留16Ω绕组,以致输出变压器共有4Ω、8Ω和l6Ω 3种输出。根据变压器原理可知,如以048l6Ω绕组匝数看,04Ω和4l6Ω的匝数是相同的。.也就是说,4Ω抽头恰为016Ω整个绕组的中心抽头,因此完全可以把它用作阴极负反馈绕组,如图5(b)所示。注意,此时4Ω端子应接地,而0端子不应接地。前级需要加总体负反馈时,反馈电压可从l6Ω或0端子引出(视所需相位而定)。另外,输出级自偏压电阻RC元件勿如图5(a)那样接在中心点4Ω端子到地之间,否则整个二次侧带有20多伏电压,会影响前级负反馈。还有,接8Ω音箱的导线对地是悬浮的,只要音箱不接地.使用起来并无问题。,最后,这里输出级自偏压电阻中电流已减小一半,因此它的阻值应比使用公用电阻大一倍。
 


 

五、输出变压器的改绕

    输出变压器的计算比较繁琐乏味,且这种计算尚未实践验证。如果没有丰富的实践经验,单凭计算可能难以弄好。如利用现成的相近设计,那么稍作改动就能满足需要,既可靠又方便,是业余爱好者“设计”输出变压器的捷径。
    
本刊1999年第3期贾萍舟先生一文中有一实例,很适合用来改作QuadⅡ输出变压器,具体改动方法说明如下 。
    据介绍,该推挽输出变压器是为
EL34设计的,与本文KT66基本相符,它的负载阻抗为5kΩ,与本文要求的35kΩ不符,需要减小。它没有阴极反馈绕组,因此需要增加进去。如果保持它的二次侧匝数不变,那么通过减少一次侧匝数来降低一次侧负载阻抗,恰可为阴极反馈绕组留出必要的绕制空间。当然,减小一次侧匝数会降低一次侧电感量,从而使低频重放频率有所升高。不过,由于该输出变压器是按20Hz(03dB)设计的,比QuadⅡ中的45Hz低得多,因此估计仍能满足QuadⅡ使用要求。现把上述为EI,34设计的输出变压器绕制参数归纳于图6(a)中,以便对照和计算

 
    输出变压器的一次侧与二次侧阻抗比是由一次侧与二次侧绕组的匝数比来保证的。设一次侧负载阻抗要求为
Zi,其匝数为N1;二次侧负载组抗要求为RL,其匝数为N2。于是满足一次侧与二次侧阻抗比要求的一次侧与二次侧匝数比n=N1N2n为:
    
n=(ZiRL) 1/2
    
QuadⅡ要求Zi35 kΩ,二次侧阻抗RL8Ω,于是有:n(3 5008)1/2209
    
如果二次侧8n匝数仍按图7(a)数据即N285+3 5=1 20匝,那么与一次侧阻抗为35kΩ相应的匝数为 :
     Nln×N2=209×l 20=2508
    
于是只要把图7(a)中一次侧匝数3000匝改为2508匝而其他数据不变,即成为一个一次侧阻抗为35kΩ的输出变压器。现在只要再加绕一个阴极反馈线圈就可满足ΩLladⅡ功放的使用要求了。
    
前面说过,阴极反馈线圈基本上是一个阻抗为8l 6Ω(带中心抽头)的绕组。于是从图7(a)马上可以看出,如果阴极反馈绕组取8Ω,那么它的匝数为l 20匝;如果阴极反馈绕组取l 6Ω,那么它的匝数应取4Ω匝数的两倍,即85×2=l 70匝。当然,这些绕组均应中心抽头。至于它的导线直径应与一次侧绕组相同,因为流过其中的电流就是屏极电流。至此,绕制数据全部获得。
    
当然,还可根据实际结果作些改进。例如,一次侧匝数减少了30002508=492匝,这多少会损失些低频响应。由于新增170匝反馈绕组,实际留出了492170=322匝绕制空间,因此这部分空间可利用来增加一次侧绕组。不过,不能使一次侧绕组净增322匝,这是因为一则多加一个阴极绕组就要多一份绝缘层空间,二则一次侧匝数增加了,二次侧其他匝数也要相应增加,否则一次侧与二次侧阻抗比要求就不对。为此,可考虑一次侧增加200(如怕线包绕不下铁芯,可酌情减少),这样一次侧绕组为2508+200=2708匝。为保持阻抗比不变,现在8Q绕组的总匝数应为:
    
N8Ω=N ln8Ω=2708209= l30
    
其中n8Ω就是前面的一次侧阻抗对8Q阻抗的匝比n,现用n8Ω表示。为求4Ω绕组的匝数,应先求出一次侧35kΩ对4Ω的匝比: n4Ω=(ZiKL)1/2=(35004)1/2=296
    
于是4Ω的匝数为: N4Ω=N1n4Ω= 2708296=9l
    
上述N8Ω=l30匝是从0端算起的全部匝数,如从4Ω端起算,则48Ω端子问的匝数为l3091=39匝,反馈绕组则取4Ω匝数的两倍即9l×2=l82匝。按此改制后的绕制参数归纳于图6(b)。这个变压器各绕组可以按图4(b)的结构绕制,也就是一次侧上、下边各为一组,每组为677×2=l 354匝。如前所述,这种绕法上下两边并不平衡。为取得平衡,可把整个一次侧分成IIV相同的4节,每节677匝,然后按图7分配各绕组即可。
    简单说一下一次侧4
节的绕制顺序:
    
I线头留在左边,从左向右任选一个绕向(定为“正绕”)来回(占一半铁芯,余同)绕完,留出线尾以便与Ⅳ相接。接着绕Ⅱ,但线头留在右边,以相反绕向(与前定“正绕"绕向相反)从右到左来回绕完,留出线尾。待二次侧有关绕组绕好后且Ⅱ的线尾与漆包线可靠相连后绕Ⅲ,此时从中间向左反向来回绕制,最后线尾留在左边作为引线。最后绕Ⅳ,同样自中间从左向右正向来回绕制。其他绕组线头均安排在左,然后向右正向来回绕制。这种绕法的缺点是4个一次侧绕组不易绕得规整,尤其是初次绕制者更不容易掌握好。当然,所有线头、线尾留在线包外面,待全部绕完后再进行相连也是可以的,只是务必作好记录,以免搞错。
 


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