改进型SRPP低失真无反馈控制放大器

陆全根 《无线电与电视》2001年09期

    现代CD唱机的输出信号电压高达1~2V,人们普遍采用CD输出直接驱动功放(后级)的方式聆听音乐。这不仅可以省去一个前级放大器,同时也免除了由前级可能带来的噪声和失真等不良影响。但是这样做也并非万无一失,如当后级的音量电位器阻值用得过高就会使高频出现衰减。反之,当音量电位器阻值过低则CD唱机内的输出级也可能出现过载的危险。因此,除了上述“直通”方式外,人们通常还加用前级,用使CD和后级取得良好匹配的方式进行音乐欣赏。这样做还有一个附带的好处,就是可以为调谐器、盒式卡座等线路电平信号提供足够增益,以驱动后级放音。
    本文介绍一种改进型SRPP电路,它比传统的SRPP电路仅多用3个RC元件。其失真更低,与“直接”法聆听相比又能确保良好的阻抗匹配,对改善CD的放音有较明显的效果。

一、关于SRPP电路

    SRPP电路也叫并联控制推挽电路,实际上是一种改进的阴极跟随器。它本来是为功率输出级而开发出来的。由于工作时两管交流“并联”,因此内阻降低一半。又因两管推挽工作,故输出电流增大一倍且失真也有所降低。同时,作为推挽电路,只需一个驱动信号而无需倒相级。由于它还具有输入阻抗高、输出阻抗低、频响宽、相位特性好且又有一定增益等诸多优点,因此目前反而广泛地作为电压放大器使用。在具体介绍本机电路以前,大家先来大致看一下SRPP电路的一些类型和特点。 
    1(a)是大家熟知的阴极跟随器。它的输入阻抗高、输出阻抗低,因此常被用作级间缓冲级或作前置放大器的输出级,作为前后级间阻抗匹配十分理想。其缺点是增益仅为≤1 
    1(b)与现在常见的SRPP电路十分相似。输入信号加到下管V2的栅极,V1V2而言起一电流作用,输出直接从下管V2屏极取出。因此,这个电路实际上是一个带电流源负 
载的共阴极放大器。它有一定的增益,输出阻抗与一般阴极接地放大器无异,也是比较高的,优点是失真较低些。

 

    图1(c)是目前最常用的SRPP电路,与图1(b)的区别在于输出信号改从上管V1的阴极直接输出。在这里下管V1仍作共阴极放大器,上管V2作下管V2的电流源负载而决定了整个电路的增益。与此同时,V2兼作阴极输出器输出放大了的信号,因此这个电路不仅具有增益,而且输出阻抗也低。此外,其频响好、失真低、相位线性也好并集诸多优点于一身,因此在电压放大级中获得广泛应用。 
    1(d)是本机中使用的改进型SRPP电路,与一般SRPP电路相比仅增加了ReCcRc 3个元件。由图1(d)中可以看出,V1的直流工作状态与图1(c)的相同,所不同的是由于加入Rc而使V2的交流负载发生了一定变化,适当选择有关元件就可进一步降低失真。实际上该电路失真与其负载电阻RIJ大小也有很大关系,因此也可以方便地通过改变Rl值使电路失真达到最低值。

   
2  是改进型SRPP电路的实验电路和实测结果
  
 图1(a)图1(b)图1(c)图1(d)增 益11617.317.8输出阻抗/kΩ0.325.90.630.38
附表 图1电路主要参数计算结果 
  

  图2是改进型SRPP电路的实验电路和实测结果。由图2可知,在这个电路参数条件下,当Rl39k时达到了最低的失真值。 
    为了更清晰地了解上述电路性能上的异同和特点,  现以ECC82(12AU7)100V屏压下的放大因数ll195、管子内阻ro63kll为例,将图1(a)~图1(d)4种电路的增益 和输出阻抗进行计算的结果列于附表(图中Rk47kllRc18k,Q) 
    由附表可知,除阴极跟随器外,其余3种放大电路的增益基本一致,或者说可以用管子的放大因数LL作为其增益的近似估计值。从输出阻抗来看,改进型SRPP电路与阴极跟随 器十分接近,同样可以把阴极跟随器的输出阻抗作为改进型SRPP电路输出阻抗的近似估计值。普通SRPP电路的输出阻抗也很低,约为管子内阻的110。以上结果虽为个例,但已足以使我们把握上述电路的主要性能。

二、实际电路
 

    图3为采用改进型SRPP电路的前置放大级电路(一个声道)。图3中只设一个输入端子,如果欲同时使用其他信号源(线路电平),可在输入端自行添加。本机增益为8倍,这是为 避免重放CD时增益显得过大而在音量电位器上方串人51kD,电阻作了衰减所致。如果后级功放增益过低,可把上述电阻阻值减小一些甚至去掉即可。 
    V2栅极输入端0047μF680k组成高通滤波器,它的截止频率为5Hz,用以切除该频率以下的超低音频率分量,以免进入放大级和扬声器系统引起交扰调制。对此必须予以重视,并且尽可能把它设置在放大级之前比较有利。 
    V1V2组成改进型SRPP电路,元件值与图2完全一致。根据上述计算,该级增益为178(25dB),整机增益则由音量电位器上端串人的51k电阻衰减到8(18dB)。另外,把 2中输出耦合电容改接到Rl(39k)的接地端,这样以便与后面的输出级进行直接耦合。 
    一般SRPP电路输出阻抗已足够低,其后通常不必加阴极输出器作输出。改进型SRPP电路输出阻抗更低,那为什么还要加阴极输出器呢?这是因为改进型SRPP电路的失真与负载阻抗有关,加一级阴极输出器有利于确保其负载阻抗不受后级输入阻抗的影响并处于最佳设计值上。 
    本机高压供电虽然比较简单,采用中心抽头全波整流RC滤波电路,但其噪声电平已能达到实用要求。如果加强滤波电路则噪声还可低些。这里未采用负反馈式稳压电路,这只是 考虑到整个放大级也未采用负反馈的缘故而已。 
本机灯丝采用直流加热。15V交流电压经桥式整流,再经RC滤波取得约12V直流电压。因此,各电子管灯丝应使用12V,管脚即④脚和⑤脚。灯丝设有交流声平衡电位器,可作交流声微调之用,其中心动臂加有62V直流电压,以防管子阴极与灯丝间击穿。

  
图3 改进型SRPP电路的前置放大级电路 
  
  
三、制作和性能

    对于已有普通SRPP前置放大器的读者,把它改成改进型电路十分容易。但是,如果原机未设阴极输出器而又不想加阴极输出器的话也是可以的。比方说此时仍以采用图2的方式为妥,即把图3V1阴极隔直用电容22μF改接V1阴极,以防阴极直流高压加到后级。此时,该电容可改用022μF,耐压也应适当高些(400V)  然后,设法使本机与后级功放相连后的总阻抗为39k左右即可。  例如,后级功放的音量电位器为100k,则在本机中的RL改为68k,两者的并联值为40k,大致符合要求。实际使用时后级功放的音量电位器应置于阻值最大位置。问题是当后级功放的音量电位器较低时(如低于R39k),那么只有去掉后级音量电位器,改用100k电阻代替之后按上法进行匹配。应该指出,这里说的只是在直流意义上的负载匹配,与实际要求的交流意义上的匹配有一定差距,即失真不能恰好达到最小值。因此,有条件的发烧友可以进一步作交流负载阻抗匹配,这里就不多说了。 
    如果读者按图2自制,那么就没有上述匹配的问题,应注意元件选择。5W电阻可用水泥电阻,3W1W电阻则用金属氧化膜电阻,其余则用12W金属膜电阻。电容的耐压应确保,均已标明在图3上。高压整流二极管耐压应大于800V,灯丝整流二极管耐压可选100V的。电源变压器线包应有屏蔽罩。其他按一般条件选用。
    另外,自制时务必考虑加人输人信号源选择开关或者录音输出端。否则,如要使用其他音源时会感到不方便。
   
布置元件时电源变压器和整流滤波电容应尽量远离放大电路和输入信号线。输人信号端子到电位器(或到输人选择开关)的导线应采用屏蔽线。屏蔽线一端的金属层应在输入端子处接地,另一端则不要接地。音量电位器尽可能靠近放大级安装,使其间接线尽可能短些,最好不要超过5cm。此时,它到V2栅极的引线可以不用屏蔽线,这有利于使高频响应拓宽到80-100kHz。这对于将来重放DVD-AudioSACD是十分必要的。电子管可以不加屏蔽罩,这是因为本机处理的电平不算低。考虑了以上方面后,应该说不会有什么问题。

图4 谐波失真曲线 
  

本机主要实测性能: 
   增益(负载100kll1kHz)8倍;最大线性输入(负载100k1kHz)4V;频率响应为10Hz70kHz(3dB);串音(100Hz/10kHz)<90dB<60dB  输出噪声为 0102mV;总谐波失真(25V)输出<1%。 
    大家知道,CD的最大输出信号电压为2V,本机的最大线性输入为4V,应该是十分够用的。  另外,本机实际最大输出为16V(增益为8),而25V输出时失真仅为1%以下,这也是相当富裕的。  4的谐波失真曲线能给我们更清晰的失真情况。显然,在实用输出电压范围内的失真很小。例如,输出电压为1V10Hz10kHz范围内的失真仅002%左右。换句话说,此时失真幅度已在本机噪声电平之下,完全可以忽略其对听音的影响。如果考虑到这是一个未采用大环路负反馈的电子管电路,那么这样的失真指标值可以说是相当优秀了。同时,上述数据表明,要进一步降低失真,首先要进一步降低其噪声,否则降低失真并无实际意义。 
    本机放音清澈透明、层次丰富,听起来能感觉到其频响宽、音染小、动态大。通常,家庭听音时的音量总比现场聆听时要低一些。即使能在接近那样的音量下听,但如听起来感到刺耳的话,那就有点什么问题了。本机在大音量下聆听的情况并不那么刺耳,至少可以打个及格分。 
    总之,本机用作CD放音前置放大器是能够达到改善CD放音质量这一目标的。


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