简洁轻巧的EL84立体声放大器 推挽电路

作者 C.G.McPROUD 翻译 zfqgp


 

    一款结构简单的立体声放大器能够提供除了非常复杂的立体声系统外足够的功率。它采用两对EL84产生每声道15W的净功率。
    我们都清楚的知道:一个单声道放大器要在单声道系统中取得优秀的性能必须保证放大器拥有20W的不削波功率。然而,当在立体声系统中使用双声道放大器时,每声道最小使用10W的功率就差不多了。立体声系统的一个潜在的缺点就是对空间的需求不断增大,这里我们并不指音箱本身。因此,放大器应被设计成有足够的功能、较小的尺寸和优良的性能。本文所描述的放大器能很好的满足这些要求。

电子管的选择
    电子管的选择为了保持尺寸和电源功率的要求达到最小化而被限制在10-20W范围之内。6V6从功率输出的观点满足要求,但这支管子从失真的角度看则达不到要求(原文使用notoriously poor一词,呵呵,我觉得6V6还没差到这个份儿上吧)。不使用6L6和5881的原因不是由于它的物理尺寸过大而不适合小单元,而是由于电路消耗--差不多每只管60mA--需要250-mil的电源变压器。更大的管子不在本问题讨论之列,以及一些小一点的6AQ5同6V6一样还值得再考虑。剩下的只有EL84了,但这确实很好的解决方案。两只这样的管子在300V供电下能较容易的产生15W的输出功率。6360(美国RCA出品的一种将两个EL84封装在一个管子里的电子管---译者注)这样的双束射四级管也能输出10W的功率。但是它的帘栅级是连在一起的,因而具有高效率和低失真的超线性电路就不能使用。最后,我们选择Amperex或者Mllard的EL84这种欧洲电子管。
  对于放大器电路,我们可以参考《飞利浦技术丛书·电子管全频放大器》(Philips Technical library book,"Valves for A.F. Amplifiers")。我们把其中一篇《采用EL84的推挽高保真放大器》作为工作的开始。本电路采用五级管EF86作为第一级接着用一只ECC83(12AX7)作为"长尾"到相级,最后用EL84作为推挽输出。为了使基本电路更具实用价值,也为了减少电子管的数目,将EF86用半支ECC83代替而保留其余电路。在这种布置下,两声道的第一级均使用一只双三级管的一半,这样一只电子管用于两个声道。从这点以后,两个声道的除电源供给外完全分离。
    倒相级采用阴极耦合,信号与以第一级屏极电压相等的直流电位直接输入到相级的一个栅极,并且通过退耦合电阻于第二隔栅极相连。第二个栅极通过旁路时的交流信号接地,而保持一个与信号输入栅极相等的电位。电子管两部分的总板极电流流过一个大的阴极电阻。由于一个栅极保持交流零电位,当一个栅极输入一个信号时,流过这个电阻的板极电流就会发生变化,从而有效的驱动第二个部分。这个电路有低的失真。通过仔细设计结构,两屏极电路的电容能使屏极电压保持低而相等的值,因此整体平衡很好。板极负载电阻必须不能完全相等,据飞利浦手册推荐使用从误差10%的电阻中挑出的误差为5%来保证此平衡。两者中的阻值较大的一个用作R9,如图2.所示。
    为了选择合适的板极电压,到相极的直流电压应设置在直流90V左右。这可以通过选择第一个三级管的板极负载电阻和它的偏置电阻阻值来做到这一点,因为电压通过前面的压降而满足这个要求。两个电子管直接耦合的结果使得低频时没有相位变化并保证了工作稳定性。

输出变压器
    放大器的质量很大程度上依赖于它的输出变压器。尽管有一些比我们选择的这款输出变压器还小的变压器,他们可能更适合小巧的结构单元,但是我们相信是没有什么能代替足够的铁和铜的,毕竟质量是第一位的而尺寸是第二位的。最终我们选择了Partridge系列的P-5000变压器。通过10db的负反馈,这种变压器在30Hz时输出20W或50Hz时输出35W时,有小于1%的失真。尽管EL84的输出功率只有15W,但是这样做能保证性能更好。这款变压器初级至次级的漏感为5mH,这个值和初级的一半对另一半的漏感值一样。初级的并联电感很高,在50Hz输出4W功率时有450H,这样好的低频性能这是我们所期望的。变压器被装在一个铸铝框内,从图1.中可以看出来。次级被绕成四段,使他总共有16欧姆的输出电阻。通过一系列的串并联还可以得到8欧姆和4欧姆的输出电阻。当所有绕组全并联时可以得到1欧姆的输出电阻。

公共电源供给
    由于两声道的输出差不多相同的信号并且两声道信号完全不同的情况很少碰到。这样就可以采用公共电源供给。电源变压器在这种情况下电压比所需的电压要稍高。但是这样允许在整流管和第一级滤波电容间使用一个阻值较大的限流电阻,它可以降低流过整流管漏极的峰值电流和变压器的工作温度。两输出极的供电分开滤波,而推动极采用共同滤波。由于放大器的两部分工作电压完全相同,因此两声道的性能也非常接近。
    本设计的一个最大原则就是提供最大的可靠性,使爱好者制作并投入使用后可以完全把它忘了。迄今为止,我的放大器工作可靠,所有元件工作状态良好,工作温度也很低。

结构
    机器的布局可以从图1.中清楚的看出来。输出变压器附近的是4只EL84,三只ECC83位于电子管罩内。为了使两声道得到相级和输出级有完全相同的物理布局,把第一、第三管作为到相级,把中间的一只ECC83用作第一级。所有热丝都通过输出级上的约12.5V的偏置之而达到偏置。把6.3V绕组的中心抽头简单直接的连接到输出管的阴极而达到偏置。所有的底盘接线都连到输入插座上,以避免任何可能的对地回路。并使每个单独地回路均分别接到这些插座上。R17直接接在整流管GZ34的阴极与第一个滤波电容之间,R18、R19与该电容直接相连。R20、R21和R22的交叉处是一个焊片点。R8、R9从这点连到V2管的屏极。用一根导线把这点连到另一声道的到相级板极电阻处。另一个焊片点在R4和另一声道的第一级板极电阻附近。R2、R3、R7、C2和C3被装在双焊片上。该焊片位于底盘内部的两变压器之间。
    虽然我们希望能有一个控制单元来控制放大器的开关,但在地盘上并未安装开关。由于R8和R9以5%的误差选择,因此本电路也不需要平衡电位器。该放大器从结构上看是没有什么瑕疵的,我这台放大器从开机到现在一直没出过什么问题。
    在采用16欧姆输出时,R7和C3的值在反馈电路中示出。当采用其他阻抗输出时,把这个电阻值除以根号下16/Z就是新的反馈电阻值,而电容要乘以这个值。这样对于特定的输出变压器,当输出阻抗为8、4、2欧姆时,反馈电阻值为3600、2400、1200欧姆,而对应的电容值则为620、910、1800微微法。当爱好者有方波发生器和示波器时,可以使用他们对反馈电容进行选择,这样可以取得更好的效果。

性能
    当以2%的IM失真点(IM distortion point)来评估放大器时,这个单元能产生17W的功率。在这种情况下谐波失真在0.5%以下并且正弦波两边开始对称的产生削波。
    频率响应在17Hz到85Hz内变化在1db之内。在12Hz和64Hz处输出功率损失3db。调整负反馈回路中的小电容C3可以获得在10kHz附近的最佳方波响应并将甚高频-90Hz-以上的输出功率降低一半,但是从最佳方波响应和稳定性考虑最好选择推荐值。
    放大器在输入电压为0.1V时可以正常工作,但是当使用电位器进行分压时1V左右的输入电压也可以使用。就放大器的输出功率来做听音比较,使用了几种大音箱,感觉在小的和平均大小面积的房间内完全可以满足要求。对于一些大厅则要差一些。双声道15W的功率和单声道30W的功率效果差不多,没人会怀疑30W单声道的效果吧!

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注:文章来自《THE FOURTH AUDIO ANTHOLOGY》
    本文作者C.G.McPROUD是美国《AUDIO》1958年时的主编。这篇文章成文与1958年的10月,而今天斯巴克等厂家正推出小胆机,可见其思想的先进性。

各零件列表
零件详细数据
C10.05uf,400V,纸介电容
C2100uf,3-volt,电解电容
C3470uuf,500V,云母电容
C4,C50.1uf,600V,纸介电容
*C6a,b,c40-40-40/450,电解电容
*C7a,b,c30-30/450,125/25,电解电容
R1470K,1/2W
R2470,1/2W
R322,1/2W
R4120K,1W
R51.2meg,1/2W
R668K,1W
R74700,1/2W
R8,R9100K,1W
R10,R11330K,1/2W
R12,R131000,1/2W
R14,R15100,1W
*R1675,10W
*R17300,20W
*R18,R19100,5W,绕线电阻
*R20,R21,R2227K,1W
T1Partridge P5201,p-p 9000-12000欧姆,次级 四个相等的一欧姆绕阻
T2电源变压器:400-0-400 200mA,6.3V 中间抽头 5A,5V 3A


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