DIY一款差分输入的晶体管功放

发表于 2019-5-20 08:53:09

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　　这款功率放大器在输入级和电压放大级采用两级非对称结构的差分电路，具有放大线性好、频响宽，对温漂和电源波动影响抑制力强等特点。音质甜美，韵味十足。

电路原理简要分析

　　上图为本功率放大器的主放大电路，VT2、VT3构成输入级差分电路，VT1、LED1、R4、R9及C2组成输入级差分电路的恒流源电路。LED1正常发光时其正负端电压差恒定在1.8V～2V之间，噪声小于稳压二极管，常用于功放电路。其正负端的1.9V左右电压差作用于VT1发射结回路.使VT1射-集电流恒定在(1.9V～0.6V)/680Ω≈1.9mA。在VT2、VT3差分输入电路参数完全对称的情况下，流经VT2、VT3射-集的电流为1.9mA的一半即0.95mA。RP2改变VT2、VT3发射极的反馈电阻，使VT2、VT3的静态工作点发生正负对称变化，最终改变输出级中点的直流电位。
　　R7、R8上的电压降正常情况下为2.2kΩ×0.95mA≈2.1 V，作为电压放大级VT7、VT8差分电路的发射结偏置电压。流经VT7、VT8集-射的电流为(2.1 V～0.6V)/R13≈4.5mA。VT4、VT5构成VT7、VT8差分电压放大级的镜像电流源负载。VT6接成共基状态，作为VT7的负载电阻。
　　VT9、R12及RP3构成推动级、输出级的偏置电路，同时起到对末级功率管温度反馈控制作用。调节RP3可以改变VT9集-射之间的电压，进而改变推动级和输出级的静态偏置电流。另一方面，VT9与功率级对管VT12、VT13安装在同一块散热片上，起到对VT12、VT13温度的反馈控制作用，防止VT12、VT13温度过高导致输出电流过大而烧坏。温度反馈控制的原理是，当VT12、VT13输出电流增大，升温超标时VT9的集-射电流增加而集-射电压下降，从而减小了推动级和输出级的静态输出电流，将功率对管VT12、VT13的电流和温度控制在安全范围之内。
　　VT10、VT11构成推动级，其发射极电阻R19、R20上的直流电压降又作为功率输出级VT12、VT13的偏置电压，调节RP3可以改变VT12、VT13的静态输出电流。R26、C9及R27构成本机的交流反馈电路，整机的电压放大倍数为52倍(Av+=1+R26/R2 7=52)。反馈取出点选在推动级的对称中点，最大限度避免了扬声器对小信号输入级的影响，这与通常的将反馈点选在输出级对称中点的做法相比，音质改善比较明显，声场控制力加强，瞬态更优。

　　上图是功率放大器的电源及保护电路.在此只对保护电路作个简要介绍。保护电路具有开机延时及功率输出级中点直流过压保护的功能。刚开机时，右声道A点12V的保护电路供电电压经R31、R33向C17充电，此时VT16基极电压低，处于截止状态，并导致D7、VT17截止，继电器K1在开机瞬间不吸合，避开浪涌电流对扬声器的冲击。随着时间的推移，C17充电到一定程度VT16饱和导通，导致VT17也饱和导通，继电器K1吸合，完成开机延时过程。
　　当左、右声道功率输出级对称中点(图1中A点)出现超标的正或负直流电压时，将导致VT14或VT15导通，C17沿导通管放电使VT16截止，继电器释放，以保护扬声器不被超标直流电压烧坏。C15、C16正负相接变成无极性电容，可正、反充电，同时避免保护电路对短暂超标电压的误动作。

元件挑选与制作调试　　制作之前元件一定要经过精心挑选。RP2、RP3使用多圈精密电位器，R5、R6和VT2、VT3等成对使用的元件，相互误差应控制到最小，只有这样才能减少调试时出现的问题，增加制作成功的几率。
　　制作调试可分块进行，先焊接好第一级差分电路(R2～R9、VT1～VT3)，将RP2调节到中间位置，输入端接地并用100kΩ电阻将VT3基极接地，测量R7、R8上的直流压降应为2.1 V左右。焊接第二级差分电路(VT4～VT9)即R15、R16左边的电路，测量R10、R11、R13和R14上的电压各为1.45V，同时，调节RP3，VT9的集射电压可在一定范围内变化，这样前两级电路工作基本正常。
　　接下来，焊接推动级，撤掉VT3基极100 k对地电阻，接上反馈支路，进行两个重要的调试。调节RP3使VT9集射电压为2.5 V左右，将推动级VT10、VT11输出电流确定在6.35mA左右，R19、R20上的电压降各为0.64V。调节RP2用数字万用表的直流毫伏挡测量推动级对称中点(即R19、R20连接处)电压，将该电压控制在±5mV以内。
　　接上功率输出级，微调RP3将VT12、VT13静态电流调到80mA，R23、R24上的电压降各为17.6mV。测量功率输出级对称中点(即R23、R24连接处)的直流电压，如果VT12、VT13对称性不好则该点电压静态时可能不为零，同样调节RP2将该点电压控制在±5mV以内。至此，整机制作基本成功.接下来就是加音源试听调试了，有条件的话可以用示波器观测整机的波形及频带宽度。

整机性能及技术指标整机背景宁静，声场开阔，高、低频响应很好，音质甜美，韵感十足。
实测性能指标如下：
通频带：10Hz～230 kHz (-3dB)
转换速率：20V/μs
标准输出功率：45W×2 (8Ω)
最大不失真输出功率：72W×2 (8Ω)