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電子管功放簡易設(shè)計(jì),寫給初學(xué)者!

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樓主

常見的電子管功放是由 功率放大,電壓放大和電源供給三部分組成。電壓放大和功率放大組成了放大通道,電源供給部分為放大通道工作提供多種量值的電能。
一般而言,電子管功放的工作器件由 有源器件(電子管,晶體管)、電阻、電容、電感、變壓器等主要器件組成,其中電阻,電容,電感,變壓器統(tǒng)稱無源器件。以各有源器件為核心并結(jié)合無源器件組成了各單元級(jí),各單元級(jí)為基礎(chǔ)組成了整個(gè)放大器。功放的設(shè)計(jì)主要就是根據(jù)整機(jī)要求,圍繞各單元級(jí)的設(shè)計(jì)和結(jié)合。

這里的初學(xué)者指有一定的電路理論基礎(chǔ),最好有一定的實(shí)做基礎(chǔ)
且對(duì)電子管工作原理有一定了解的

1)整機(jī)及各單元級(jí)估算

1,由于功放常根據(jù)其輸出功率來分類。因此先根據(jù)實(shí)際需求確定自己所需要設(shè)計(jì)功放的輸出功率。對(duì)于95db的音箱,一般需要8W輸出功率;90db的音箱需要20W左右輸出功率;84db音箱需要60W左右輸出功率,80db音箱需要120W左右輸出功率。當(dāng)然實(shí)際可以根據(jù)個(gè)人需求調(diào)整。

2,根據(jù)功率確定功放輸出級(jí)電路程式。
對(duì)于10W以下功率的功放,通常可以選擇單管單端輸出級(jí);10-20W可以選擇單管單端功放,也可以選擇推挽形式;而通常20W以上的功放多使用推挽,甚至并聯(lián)推挽,如果選擇單管單端或者并聯(lián)單端,通常代價(jià)過高,也沒有必要。

3,根據(jù)音源和輸出功率確定整機(jī)電壓增益。
一般現(xiàn)代音源最大輸出電壓為2Vrms,而平均電壓卻只有0.5Vrms左右。由輸出功率確定輸出電壓有效值:Uout=√ ̄(P·R),其中P為輸出功率,R為額定負(fù)載阻抗。例如某8W輸出功率的功放,額定負(fù)載8歐姆,則其Uout=8V,輸入電壓Uin記0.5V,則整機(jī)所需增益A=Uout/Uin=16倍

4,根據(jù)功率和輸出級(jí)電路程式確定電壓放大級(jí)所需增益及程式。(OTL功放不在討論之列)
目前常用功率三極管有2A3,300B,811,211,845,805
常用功率束射四極管與五極管有6P1,6P14,6P6P,6P3P(807),EL34,F(xiàn)U50,KT88,EL156,813
束射四極管和五極管為了取得較小的失真和較低的內(nèi)阻,往往也接成三極管接法或者超線性接法應(yīng)用。下面提到的“三極管“也包括這些多極管的三極管接法。
通常工作于左特性曲線區(qū)域的三極管做單管單端甲類功放時(shí),屏極效率在20%-25%,這里的屏極效率是指輸出音頻電功率與供給屏極直流電功率的比值。
工作于右特性曲線區(qū)域的三極管,多極管超線性接法 做單管單端甲類功放時(shí),屏極效率在25%-30%。
而標(biāo)準(zhǔn)接法的多極管 做單管單端甲類功放時(shí),屏極效率可以達(dá)到35%左右

關(guān)于電子管特性曲線的知識(shí)可以參照

三極管及多極管的推挽功放由于牽涉到工作點(diǎn),電路程式,負(fù)載阻抗,推動(dòng)情況等多種因素左右,所以一般由手冊(cè)給出,供選擇。

在決定輸出級(jí)用管和電路程式之后,根據(jù)輸出級(jí)功率管滿功率輸出時(shí)所需推動(dòng)電壓Up(峰峰值)和輸入音源信號(hào)電壓U'in(這里的U'in需要折算成峰峰值)確定電壓放大級(jí)增益。Au=Up/U'in。例如2A3單管單端所需推動(dòng)電壓峰峰值為90V,輸入信號(hào)峰峰值為1.4V,則所需增益Au=90/1.4=64倍,若為開環(huán)放大,則取1.1倍余量,實(shí)際所需開環(huán)放大量Au'=70倍。對(duì)于多極管或者推挽功放,常施加整機(jī)環(huán)路負(fù)反饋,這時(shí)取2倍余量Au'=128倍,整機(jī)反饋量也可以控制在6db以內(nèi)。
如所需增益小于50倍,可以采用三極管或者五極管做單級(jí)電壓放大。如所需增益大于50倍,可以采用三極管的多級(jí)電壓放大或者五極管做單級(jí)電壓放大,這些將在下面的電壓放大級(jí)設(shè)計(jì)里提到。

2,電壓放大級(jí)設(shè)計(jì)概要
電子管電壓放大級(jí)通常由單管共陰放大器組成,其基本電路如下圖所示:

放大電路分為無信號(hào)輸入時(shí)的靜態(tài)工作情況和有信號(hào)輸入后的動(dòng)態(tài)工作情況。對(duì)放大電路工作情況分析有兩種方法:圖解分析法和等效電路分析法。作為簡易設(shè)計(jì),這里主要介紹圖解分析法。對(duì)于電子管工作原理及特性曲線尚不了解的,

一、靜態(tài)工作情況分析
分析靜態(tài)工作情況,主要分析其屏極電壓Ua,屏極電流Ia和柵極偏壓Ug。下面采用圖解分析法進(jìn)行分析。簡易分析參照鏈接如下:/

二、動(dòng)態(tài)工作情況分析
靜態(tài)工作情況選擇是為了動(dòng)態(tài)工作具備良好的條件。電壓放大級(jí)工作于小信號(hào),只要電路設(shè)計(jì)得當(dāng),非線性失真度較小,基本可以忽略不計(jì)。所以,對(duì)電壓放大級(jí)動(dòng)態(tài)情況分析主要有電壓放大倍數(shù),頻率失真程度及輸入、輸出阻抗等。
(一)電壓放大倍數(shù)簡易分析
根據(jù)圖一所示,其交流等效負(fù)載R'L=Ra·RL/(Ra+RL)

其放大倍數(shù)(中頻段)A=────────
1+ra/RL+ra/Ra

式中,u為電子管放大系數(shù),ra為電子管內(nèi)阻。
對(duì)于五極管,由于其內(nèi)阻遠(yuǎn)大于R'L,所以其放大倍數(shù)可由下式計(jì)算:
A=gm·R'L
式中,gm為五極管跨導(dǎo)

(二)幅頻響應(yīng)簡易定性分析
在其他參數(shù)一定的情況下,低頻響應(yīng)主要受到輸出耦合電容C和陰極旁路電容Ck的影響
輸出耦合電容越大,陰極旁路電容越大,低頻截至頻率越低
高頻響應(yīng)主要受到信號(hào)源內(nèi)阻,電子管極間電容(主要是Cga,屏柵間電容,由它產(chǎn)生密勒電容效應(yīng),粗略估算為u倍的Cga),本級(jí)輸出阻抗和下一級(jí)輸入對(duì)地電容的影響。
信號(hào)源內(nèi)阻減小,電子管極間電容減小,本級(jí)輸出阻抗減小以及下一級(jí)輸入對(duì)地電容的減小都可以有效的提高高頻上限截至頻率。

(三)輸入、輸出阻抗簡易分析
在一般情況下,輸入阻抗主要由輸入柵漏電阻Rg決定。高頻段由于輸入電容開始顯現(xiàn)作用,逐漸成容性。
輸出阻抗:在忽略分布電容的影響下,輸出阻抗為電子管工作實(shí)際內(nèi)阻和R'L的并聯(lián)值
因此盡量選擇較小內(nèi)阻的電子管以降低輸出阻抗,避免分布電容對(duì)高頻段的影響。

做放大倍數(shù)簡易分析:

設(shè)6N1 u=35,ra=10k,圖中RL=150K,Ra=75K
則放大倍數(shù)A=35/(1+10/150+10/75)=29倍

另外需要注意的地方是
1、電壓放大級(jí)的最大輸出電壓能力要大于下一級(jí)需要的最大輸入電壓
2、實(shí)際電子管手冊(cè)中往往給出電壓放大管做共陰放大的各種工作條件和特性
給出的參數(shù)主要有 電壓放大倍數(shù)A,最大輸出電壓Eo
例如6SN7電子管手冊(cè)中,所給出的條件如圖所示:

可以方便的查閱,以供設(shè)計(jì)便利

電子五極管和電子三極管做RC耦合單級(jí)共陰放大的選擇問題:
當(dāng)輸出信號(hào)幅值遠(yuǎn)小于可能輸出最大電壓幅值時(shí),則選用五極管電路失真較小
當(dāng)輸出信號(hào)幅值較大時(shí),則選用三極管電路失真較小
但五極管電路增益較高,輸出幅值較高u三極管來得大
由于五極管電路輸出阻抗較大,不適于后級(jí)輸入電容較大的電路,因此五極管更適宜做為小信號(hào)輸入級(jí),或者驅(qū)動(dòng)輸入電容較小的束射四極管、五極管標(biāo)準(zhǔn)接法電路。

電壓放大級(jí)信號(hào)相位的判斷:
對(duì)于電子管電壓放大器,共有三種電路放大程式,共陰放大器、共柵放大器、陰極輸出器
他們的特點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)晶體管電路中的共發(fā)射極電路、共基極電路、射極輸出器(共集電極電路)。
在常見的電子管共陰放大器中,如果把柵極看作對(duì)地短路,沒有信號(hào)輸入,此時(shí)在陰極施加信號(hào),則形成了共柵放大。
共陰放大中,柵極輸入信號(hào)和屏極輸出信號(hào)反相,此時(shí)陰極和柵極信號(hào)同相
共柵放大中,陰極輸入信號(hào)和屏極輸出信號(hào)同相
用(+)表示同相,(-)表示反相,則同時(shí)標(biāo)注在圖中如下:

圖中黑色標(biāo)號(hào)表示柵極做輸入端,紅色表示陰極做輸入端
采用這種相位標(biāo)注法可以為日后判斷反饋相位提供一定的基礎(chǔ)

倒相級(jí)簡易介紹
倒相級(jí)也屬于電壓放大器的一種,它的分析計(jì)算方法原理同普通電壓放大單元,
它負(fù)責(zé)產(chǎn)生一對(duì)幅值相等,相位相反的信號(hào)以提供推挽輸出級(jí)使用。
常見的倒相電路如圖所示:

相位已經(jīng)標(biāo)注在圖上分析。這種倒相主要是從上管的輸出信號(hào)Usc1中取出一部分信號(hào)Usr2供給下管進(jìn)行放大,得到一對(duì)倒相信號(hào)Usc1和Usc2。

此種倒相形式較為簡單,其原理是利用了電子管柵極輸入信號(hào)時(shí),屏極和陰極輸出信號(hào)相反來達(dá)到目的的。

長尾倒相級(jí)是差分放大器的變形。相位已經(jīng)標(biāo)注在圖上。
信號(hào)由V1管柵極輸入,同時(shí)通過屏極和陰極輸出一對(duì)相位相反的信號(hào)
V1管陰極輸出陰極信號(hào)耦合到V2管陰極輸入,V2管柵極交流信號(hào)對(duì)地通過電容C短路,是共柵放大器。由V2管屏極輸出和V2管陰極相位相同的信號(hào),可見是和V1陰極信號(hào)同相的,和V1屏極反相的,從而獲得了一對(duì)倒相信號(hào)。由于電子管屏陰放大倍數(shù)不同,陰極耦合程度越高倒相對(duì)稱度越好,因此可以增加陰極電位,即通過Rk2來抬高電位,增加耦合度,Rk1,Rg1,Rg2保證兩管的正常靜態(tài)工作點(diǎn)。較大的陰極電阻Rk2就是通常稱作的”長尾巴“,在差分電路里常用恒流源替代,因?yàn)楹懔髟吹刃Ы涣鲀?nèi)阻趨向無窮大。Rg1和Rg2是和普通共陰放大器電路中Rg一樣的柵漏電阻。

由于長尾電路V1管柵極需要高電位來確保”長尾巴“,所以常和前一級(jí)電路進(jìn)行直耦,變形為我們熟悉的長尾電路,如圖所示,其電路原理是相同的

由于長尾倒相的尾巴不可能無限長,故對(duì)稱性始終受到限制,上管的放大倍數(shù)略大于下管
一般設(shè)計(jì)時(shí),使下管的屏極電阻值為上管的1.1倍,以平衡輸出電壓幅值。而差分放大則沒有這個(gè)缺點(diǎn)。

3,功率放大級(jí)設(shè)計(jì)概要
功率放大級(jí)設(shè)置在放大通道的末級(jí),工作于大信號(hào)狀態(tài),屏極接的是輸出變壓器、負(fù)載是具有電抗性質(zhì)的揚(yáng)聲器,所以是非線性失真、頻率失真的主要產(chǎn)生級(jí)。功率放大級(jí)著重考慮的問題是失真盡可能的小,在滿足這點(diǎn)的情況下,輸出信號(hào)功率盡可能的大,轉(zhuǎn)換效率盡可能的高。

功率放大管主要有如下的重要定額和特性:
1,最大屏極耗散功率,最大屏極電流,最大屏極脈沖電流
多極管和工作于有柵流電路的功率管還有這些特性:最大簾柵極耗散功率,最大柵極耗散功率,最大柵極電流。

2,輸出功率。所能輸出功率的大小,主要決定于功率管的型號(hào)和功放級(jí)采用的電路程式。不同型號(hào)的功率管采用不同的電路程式。功率管柵極的推動(dòng)信號(hào)電壓或功率強(qiáng)度也有不同的要求,

3,非線性失真。功放級(jí)工作于大信號(hào)狀態(tài),所以正常情況下整機(jī)的非線性失真主要主要產(chǎn)生于功率放大級(jí)。功放級(jí)的非線性失真程度除了與電路設(shè)計(jì)有關(guān)外,功放管本身產(chǎn)生的非線性失真常達(dá)5%左右,有的甚至達(dá)到10%左右。

靜態(tài)情況分析:
功率放大級(jí)基本工作電路結(jié)構(gòu)如圖所示:

圖中所示的是束射四極管,屏極直流回路是變壓器初級(jí)繞組,繞組的直流電阻很小,所以屏極電壓Ua近似等于供電電壓Ea
分析功率放大級(jí)的靜態(tài)工作情況,主要分析他的屏極功耗Pa,屏流Ia,靜態(tài)屏壓Ua,靜態(tài)柵偏壓Ug。其分析方法主要和電壓放大級(jí)類似,但是直流負(fù)載線是過Ua的一條垂直于橫坐標(biāo)的直線。

動(dòng)態(tài)情況分析和其他的簡易分析參見如下鏈接:


功率放大級(jí)的放大類型與工作狀態(tài)分析:
電壓放大級(jí)和單管單端放大級(jí)為了減小非線性失真,靜態(tài)工作點(diǎn)Q應(yīng)該選擇在負(fù)載直線的中央部分。如圖所示:

圖也表明了不同的負(fù)載線造成的不同工作情況帶來的失真

然而,為了提高效率,只要配合一定的電路程式,靜態(tài)工作點(diǎn)也可以工作于更低的偏置
為此,功率放大級(jí)分為A類(甲類)、B類(乙類),AB類(甲乙類)
仔細(xì)分,還可以分為A1類,A2類,B1類,B2類,AB1類,AB2類
這里的1類表示始終功率管工作于沒有柵流的驅(qū)動(dòng)狀態(tài),2類表示允許出現(xiàn)柵流

常見A類,AB1類的簡易定性分析:
A類放大,在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)屏極回路均有屏流,它屏流變化非常小,非線性失真小,屏極效率低,屏極回路直流分量大。
AB1類放大,靜態(tài)工作點(diǎn)稍靠近屏流的截至點(diǎn),整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)會(huì)有屏流截至狀態(tài)出現(xiàn),造成較大的非線性失真,但是屏極效率較高。為了解決非線性失真的問題,在電路程式上采用推挽放大,由兩管輪流工作,彌補(bǔ)了屏流截至部分造成的失真,但是需要一對(duì)幅值相等,相位相反的推動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)。

AB1類推挽放大的設(shè)計(jì)通常可以查詢所用功率電子管手冊(cè)來完成,或者掌握原理,利用特性曲線求解。

例如EL34電子管手冊(cè)上給出了多組AB1類推挽工作狀態(tài),如下圖所示的是其中一組:

4,電源供給部分概要


從負(fù)載特性可以看出,在大電流變化場(chǎng)合,電感輸入式(Γ型濾波)濾波是最佳選擇
但是對(duì)于電感參數(shù)選擇有具體要求,其主要目的是保證電感的續(xù)流,故負(fù)載電流過小不適宜應(yīng)用。

表中還可以看出,對(duì)于半波整流電路,電容輸入式濾波,在接近空載的輕負(fù)載,小電流特性下,輸出電壓近似接近全波整流。
另外,橋式整流也是全波整流,輸出特性是一致的,不應(yīng)該特殊化

電子管整流由于和晶體管整流原理相同,不多做解釋

5,整機(jī)設(shè)計(jì)及負(fù)反饋介紹

負(fù)反饋放大器介紹:
取放大器輸出信號(hào)反饋到輸入電路中,稱為負(fù)反饋放大器,亦稱閉環(huán)放大器。反饋信號(hào)強(qiáng)度與輸出信號(hào)電壓成正比的,稱電壓負(fù)反饋;反饋信號(hào)強(qiáng)度與輸出信號(hào)電流成正比的,稱電流負(fù)反饋。
負(fù)反饋除減小電路的放大倍數(shù)以外,也能在一定程度上改善放大器的性能。主要是:拓展了頻率帶寬,減小了失真,降低了噪聲。

從反饋信號(hào)和輸入信號(hào)的引入方式上,又可以將負(fù)反饋分為并聯(lián)負(fù)反饋和串連負(fù)反饋兩類。顧名思義,串連負(fù)反饋即反饋信號(hào)和輸入信號(hào)呈串連關(guān)系。
綜合起來,反饋可以細(xì)分成:電壓串連負(fù)反饋,電流串連負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋。他們除了具有負(fù)反饋的共同特點(diǎn)以外,還不同程度的影響了輸入輸出阻抗。
其中,電壓反饋降低了輸出阻抗,電流反饋增加了輸出阻抗;并聯(lián)反饋降低了輸入阻抗,串連反饋增加了輸入阻抗。例如,電壓并聯(lián)負(fù)反饋既降低了輸入阻抗,又降低了輸出阻抗;而電流串連負(fù)反饋則同時(shí)增加了輸出,輸入阻抗。

設(shè)反饋信號(hào)和輸出信號(hào)的比值為β,稱為反饋系數(shù)。對(duì)于電壓反饋,反饋信號(hào)為Uf,輸出信號(hào)為Uout,則反饋系數(shù) β=Uf/Uout
設(shè)系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)為Ko,則加入負(fù)反饋后的閉環(huán)放大倍數(shù)Kf可由以下簡略公式計(jì)算得出:

Kf=Ko/(1+βKo)


若開環(huán)增益Ko足夠大,且反饋深度較深的情況下,即 βKo 》1時(shí)(通常當(dāng)βKo>10時(shí)可以認(rèn)為βKo》1),公式可以簡化為Kf=1/β,即與開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān),這就是在晶體管運(yùn)算放大器電路中常見的閉環(huán)情況。

典型的單級(jí)電壓并聯(lián)負(fù)反饋如圖所示:

這里只作簡易分析:放大系數(shù) Kf=Ko/(1+βKo)=Ko/(1+Ko·RF/Rs),
Rs為圖中信號(hào)源內(nèi)阻,由于柵漏電阻Rg往往遠(yuǎn)大于Rs,故此處忽略不計(jì)。

輸入阻抗 Rif=Rg||[Rf/(1+Ko)]
而此時(shí)的電子管等效內(nèi)阻 raf=ra/(1+uβ),等效放大系數(shù) u=u/(1+uβ)
這表明,u值很高的束射四極管和五極管,當(dāng)β值較大的情況下,其等效內(nèi)阻可以接近甚至小于三極管的內(nèi)阻值。

典型的單級(jí)電流串連負(fù)反饋如圖所示:

uR'L
放大倍數(shù) Kf=────────
ra+R'L+(1+u)Rk
其輸入阻抗Rif和原輸入阻抗Ri的關(guān)系為 Rif=(1+βKo)Ri,是增大的
而此時(shí)電子管的等效內(nèi)阻 raf=ra+(1+u)Rk,可見電流串連負(fù)反饋將開環(huán)時(shí)的管內(nèi)阻增大了 (1+u)Rk 倍。

特殊的電壓串連負(fù)反饋電路:陰極輸出器,簡易分析見下鏈接

串連電壓負(fù)反饋和并聯(lián)電流負(fù)反饋多用于多級(jí)反饋電路,可以利用上述方法分析。
多種負(fù)反饋組合使用稱為混合負(fù)反饋電路。

簡易實(shí)例分析:

電路由三部分組成:共陰電壓放大單元(V1,Ra,Rk組成),陰極輸出單元(V2及其周邊元件組成),負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)(Rf和Rs組成),另有120K電阻和33uF電容組成了電源退耦部分。

共陰放大單元簡易計(jì)算:
查表得12AX7特性如下,ra=50K,u=100
電路采用直耦,由于陰極輸出器輸入阻抗甚高,忽略不計(jì),故交流等效阻抗R‘L=Ra=220K
可以看出,電壓放大級(jí)是典型的電流串連負(fù)反饋電路,套用上述分析公式,得

本級(jí)放大倍數(shù) K1=100×220K/[50K+220K+(1+100)×2K]=46.6倍
陰極輸出器放大倍數(shù)小于且約等于1,設(shè)陰極輸出器放大倍數(shù) K2=0.9

則,整機(jī)開環(huán)放大倍數(shù) Ko=K1·K2=46.6×0.9=42倍
由于反饋信號(hào)由電阻Rf與信號(hào)源內(nèi)阻Rs分壓獲得(電子管V1輸入阻抗甚大,忽略不計(jì)),故反饋系數(shù)

β=Uf/Uo=Rf/Rs=100K/1M=0.1


整機(jī)環(huán)路負(fù)反饋屬于典型的電壓并聯(lián)負(fù)反饋,故閉環(huán)放大倍數(shù)套用上述公式,得

Kf=Ko/(1+βKo)=42/(1+0.1×42)=8倍

實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,采用此線路程式,選用12AX7管,實(shí)測(cè)閉環(huán)放大倍數(shù)為7.9倍
選用放大系數(shù)u=70的6N9P管,實(shí)測(cè)閉環(huán)放大倍數(shù)為7.8倍
可以認(rèn)為計(jì)算結(jié)果合理,也可以看出,負(fù)反饋穩(wěn)定了電路參數(shù)。

附,反饋深度對(duì)數(shù)計(jì)算方法:
反饋深度 Ku=20lg(Kf/Ko)
如果反饋后,放大倍數(shù)Kf=0.5Ko
則反饋深度 Ku=20lg0.5=-6db,即反饋降低了6db電壓增益

需要特別指出的是,深度負(fù)反饋電路在降低諧波失真的同時(shí),卻可能引入新的互調(diào),瞬態(tài)互調(diào)失真,因此需要謹(jǐn)慎應(yīng)用。

簡易單管單端功放電路設(shè)計(jì)實(shí)例:
設(shè)計(jì)一輸出功率為8W的功率放大器。要求諧波失真小于5%。

1、選用功率放大管。目前常用的功率放大管中,查手冊(cè)可知EL34五極管做單端A1類放大,其輸出功率可達(dá)11W,但實(shí)際電路中往往存在各類損耗和誤差,但輸出8W功率還是不成問題,所以選擇EL34做輸出管比較合適。同時(shí)由于功率輸出級(jí)失真較大,需要引入負(fù)反饋。

2、確定電路程式。輸出級(jí)已經(jīng)確定采用A1類單端放大,為了穩(wěn)定起見,采用陰極自給偏置提供柵極所需要的偏置電壓。查手冊(cè)可知EL34滿功率輸出需要推動(dòng)電壓8.2Vrms,設(shè)輸入音頻信號(hào)為0.5Vrms,則電壓放大級(jí)需要16.4倍放大量。由此可見采用三極管做一級(jí)共陰放大即可滿足要求。由于滿功率輸出時(shí)EL34功率管失真達(dá)10%,需要施加一定量的負(fù)反饋,故設(shè)定電壓放大級(jí)電壓增益Au=32倍。滿功率輸出8W在8歐姆負(fù)載上電壓有效值Uo=8Vrms,輸入電壓0.5Vrms,整機(jī)閉環(huán)增益Kf=16倍。

3、功率級(jí)電路具體結(jié)構(gòu)依照手冊(cè)中EL34功放管A1類放大應(yīng)用值數(shù)據(jù)和要求安排。如圖所示:

4、根據(jù)圖示數(shù)據(jù)和要求,做出功率放大級(jí)單元電路,如圖所示:

實(shí)際取Rk=200歐姆
由于流過Rk的電流包括簾柵極電流和屏極電流,Ik=83+13=96mA
保守計(jì)算設(shè)Ik=100mA,則Rk實(shí)際承受功率P=Ik·Ik·Rk=0.1A×0.1A×200Ω=2W
為了長時(shí)間工作保證穩(wěn)定,選取標(biāo)稱功率5W的電阻

陰極旁路電容耐壓為了安全起見,選取兩倍于陰極電阻兩端的電壓值。陰極電阻兩端電壓值Uk=Rk·Ik=96mA×200Ω=19.2V,取系列耐壓值50V的電解電容
陰極旁路電容的容量依據(jù)功放工作最低截至頻率而定,
設(shè)最低截至頻率fL=20Hz,則Ck不應(yīng)小于如下公式計(jì)算值:
Ck≥3/2π·fL·Rk=3/(2×3.14×20×200)=0.00012F=120uF
這里取Ck=330uF
功率輸出級(jí)電壓增益:Au1=1(計(jì)算略)

5、電壓放大級(jí)計(jì)算。已經(jīng)設(shè)定電壓放大級(jí)增益Au≥32倍,通常選擇電壓放大管u=2·Au=64,查手冊(cè)12AT7放大系數(shù)u=70,符合要求。故選擇12AT7做電壓放大管。
常用負(fù)反饋引入方法如圖所示:

為電壓串連負(fù)反饋,反饋回路由Rf和Rk2組成,反饋系數(shù) β=Rk2/Rf
同時(shí)注意到為了引入整機(jī)的電壓串連負(fù)反饋,Rk2同時(shí)引入了電壓放大級(jí)本級(jí)的電流串連負(fù)反饋,在計(jì)算電壓放大級(jí)時(shí)要一并考慮。
電壓放大級(jí)電路結(jié)構(gòu)如圖所示:

查手冊(cè)得12AT7參數(shù),內(nèi)阻ra=10K,放大系數(shù)u=70
設(shè)定供電電壓為Ea=250V,通常屏極電阻Ra為內(nèi)阻得2-10倍,這里選取Ra=24K
功率放大級(jí)計(jì)算時(shí)已確定EL34柵漏電阻Rg=240K,10倍于Ra,可以忽略不計(jì)
故電壓放大級(jí)交流負(fù)載電阻R‘L=Ra=24K
利用手冊(cè)上12AT7特性曲線圖做靜態(tài)分析(具體方法參見電壓放大級(jí)分析,此處略),
得出12AT7靜態(tài)工作點(diǎn),柵偏壓Ug=-1V,屏壓Ua=124V,屏流Ia=5mA
作圖中得出最大輸出峰峰值電壓Upp已遠(yuǎn)大于EL34滿功率驅(qū)動(dòng)電壓峰峰值,故無需驗(yàn)證。
電壓放大級(jí)增益計(jì)算,Au2=35倍,滿足預(yù)先要求得32倍

整機(jī)開環(huán)增益,Ko=Au1·Au2=1×35=35倍
整機(jī)需要閉環(huán)增益根據(jù)前述,已經(jīng)計(jì)算得Kf=16倍,反饋系數(shù) β=1/Kf-1/Ko≈0.03
反饋電阻Rf=Rk1/β=200/0.03=6.6K,選取Rf=6.2K

耦合電容C應(yīng)該滿足系統(tǒng)低頻下限
C≥3/2π·fL·Rg=1/(2×3.14×20×240K)=0.1uF,取0.22uF,耐壓應(yīng)大于本級(jí)直流供給電壓,采用400V耐壓系列。

電源部分設(shè)計(jì)各類資料介紹較多,不做詳細(xì)計(jì)算。

整機(jī)電路如圖所示:

各項(xiàng)驗(yàn)算工作從略。

推挽放大電路也有由各單元級(jí)組成,其工作原理是相同的,作為簡易設(shè)計(jì)也比較容易,不再舉例。

關(guān)于輸出變壓器的選擇:輸出變壓器是為了電路服務(wù)的,只有針對(duì)某一電路設(shè)計(jì)的輸出變壓器,而沒有什么輸出變壓器可以同時(shí)套用幾個(gè)電路,即使它的初級(jí)阻抗一致。
在其他參數(shù)一定的情況下,輸出變壓器的分布電容基本和漏感成反比,是一對(duì)矛盾。
而不同的電路,不同的功率管所需的輸出變壓器初級(jí)電感量必然是不同的

常見的誤區(qū)是:不結(jié)合電路和所用功率管,只討論輸出變壓器是不合理的。

在相同的低頻參數(shù)指標(biāo)下,低內(nèi)阻的300B只需要10-20H初級(jí)電感量就可以滿足要求,而此時(shí)的6P3P卻需要幾十H的電感量,所以兩者的分布參數(shù)也必然不同。
對(duì)于低內(nèi)阻管而言,所需初級(jí)電感量小,影響高頻的主要因素是漏感
對(duì)于高內(nèi)阻管而言,所需初級(jí)電感量大,影響高頻的主要因素是分布電容。
這點(diǎn)在設(shè)計(jì)輸出變壓器的時(shí)候必須考慮,所以脫離電路談?shì)敵鲎儔浩骰臼菦]有意義的。


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ID:266116 發(fā)表于 2018-2-4 13:51 | 只看該作者
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ID:253767 發(fā)表于 2018-2-24 09:16 | 只看該作者
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