电子管放大器的音色之所以优美,是因电子管的高输入阻抗和恒流输出特性而决定的。但电子管有它固有的缺点:随着使用时间的增长,阴极物质不断挥发,其跨导逐渐降低,且降低的程度各管不一。用电子管测试仪严格配对的两只功率管,使用一段时间后再测试,会发现跨导明显下降且两管还会有明显差别。此外电子管输出阻抗高,用它作的音频功率放大器,需绕制工艺复杂的输出变压器。

  场效应管具有电子管的高输入阻抗和恒流输出特性,且输出阻抗低可直接与喇叭匹配,之前已有不少文章介绍相关的音频功率放大器。但此类放大器末级场效应管大多采用源极输出,为恒压输出放大器,其音质不太理想。V-MOS场效应管为大功率场效应器件,具有非常好的大电流特性。由于P型V-MOS场效应管极难寻找,相关音频功率放大器的资料甚少。下面介绍一款由普通同极性N型V-MOS场效应管组成的音频功率放大器。 

  右图为典型的变压器耦合OCL输出音频功率放大器。如果将图中的2只晶体三极管换为V-MOS场效应管,再用2只光耦代替输入变压器,即成本文的光耦合V-MOS场效应管甲类音频功率放大器。

一、电路原理

  整机电路如下图所示。UIaL和UIbL分别为两只输入光耦,MosaL和MosbL分别为两只V-MOS场效应功率放大管。由于V-MOS场效应功率放大管的输入电容较大,电路中加入了由QIaL、QZaL和IQIbL、QZbL组成的射随器来驱动它。
  U2aL、R8aL、DIaL、C2aL和U2bL、R8bl、OIbl、C2bl构成光耦和射随器的+15V供电电路,由于该电源受输出电压影响,因此滤波电容的容量用得较大。

  输入光耦由U2lA驱动,当U2LA的输入电压上升时,U2lA的输出电压也上升,光耦UIaL的输入电压增加,导致光耦UIaL的输出电压上升,经两级射随器耦合,使MosaL的栅极电压升高,从而使Mos8l的内阻下降。另外,当U2LA输出电压上升时,光耦UIbL的输入电压减小,导致光耦UlbL的输出电压下降,经两级射随器耦合,使MosbL的栅极电压下降,从而使MosbL的内阻上升。Masal和MoshL的共同结果、使音频功率放大器输出电压上升。同理,当U2LA输入电压下降时,音频功率放大器输出电压也下降。
  ROaL、U3al、Q4aL~Q6aL和RObL、U3bL、Q4bIL~Q6bL等元件构成放大器静态工作点稳定电路。电路工作原理如下:以MosaL为例,当MosaL的静态电流增加时,ROaL上的电压升高,使Q4aL的Ie上升,光耦U3aL的输出电压上升,Q5saL的内阻下降,Q6al的内阻增加,从而使Q6aL的发射极输出电压减小,使加在光耦UIal上的输入电压减小。根据前面分析,此时加在MoseL栅极上的电压下降.从而导致流过M0saL的静态电流下降,达到了工作点的稳定。MosbL的静态工作点稳定原理类似,不再赘述。
  U2LB为常见的直流伺服电路,可确保放大器静态输出电压为零伏。
  CIaL和CIbL是防止自激而加的校正电容。COL、ROL是防止超音频自激而加的频率校正网络。
  C3aL和C3bL为开机防冲击电容,可确保开机瞬间,流过功放管的电流小于0.4A。
  Q3aL和Q3bL构成大信号限制电路,当输出快削峰时,Q3al和Q3bL导通,使MosaL和MosbL的栅极电压下降,使音频功率放大器输出电压下降,从而避免了输出出现硬削峰状态,使功率放大器具有较强的过载能力。
  Rlal和R1bL,是为降低光耦灵敏度,使其能较好地工作在线性区而加的电阻。
 
 
二、元件选择及电路装配
  
  MosaL和MosbL宜选30A耐压450V以上的V-MOS场效应管,如IRF360、IRF2404、2SKIOIS、2SKIO2O等。其中IRF36O、IRF2404为金封管,2SKI0I92SX1020为塑封管,塑封管装配方便。本文用的是IRF360,用IRF2404、2SKI0I9、2SK1020可直接代换。
  通常光耦都是作为开关器件.而席文要求它工作在线性区,因此U1al和UlbL应选择灵敏度较低、线性区较好、频响宽的作为输入耦合光耦,经对比测试发现TILI13较为理想。如用4N25,则RlaL、Rlbl应改为II0kΩ;如用4N35,则RIal、RIbl应改为82kΩ。U3aL、U3bL要求较低,可用4N25、4N35等类型光耦。
  CIL、C2l、CIR、C2R宜选用4.7μF/6V的钽电解电容。CIaL、CIbL宜选用CCI型高频瓷介电容。COL、C3al、C3bL宜选用0.22μF/63V的小型金属化涤纶电容。其余电解电容可选用普通小型铝电解电容。
  本电路所用的运放全部采用NE5532。电路中的其余元件无特殊要求。
  为获得高质量音质,本放大器工作在甲类状态,静态电流一般调试为200mA-250mA。因此要求散热器要足够大,散热器的表面积应不小于l770平方厘米,否则应进行风冷。
  整个电路装配在一块130mm×180mm的单面敷铜板上,主要元件布局如下图所示。
 
  用于稳定静态工作点的4只901 4三极管:Q4aL、Q4bL、Q4aR、Q4bR应用3芯排线将引脚延长后,压于各自的场效应管附近的散热器上(Q4aL对应MosaL、Q4bL对应MosbL…).如图3所示。这样可保持V-MOS场效应管,在冷态和热态情况下静态电流不变。 

 
三、电路调试(以L声道为例)  
  
  1、各场效应管的源极引线从印电板上焊开,用一只51Ω/5W的电阻代替扬声器YL。用51 k0电位器代替R9bL。
  2.接通电源,用数字万用表测量各稳压集成块78I 2、7912、7BLI 5的输出电压应符合要求。
  3、将U2LA的③脚对地短路,并将R9aL、R9bL的阻值调至最大。测R4 aL和R4bL上的电压应为3.2V~3.8V左右。否则应更换相应的光耦TILII 3或改变相应跨接于TIlII 3的④-⑥脚之间的220kΩ电阻值。此电阻值增加,相应的电压也增加,相反减小此电阻值,相应的电压也减小。调节R9aL,RgbL的阻值,相对应的电压值应有变化。
  4、关闭电源,焊上MosbL的源极引线。并将数字万用表置直流l0A挡,串接于MosbL的源极。接通电源,调节R9bl的阻值,使万用表的指示为0.220A。关闭电源,焊好MosbL的源极引线,焊下代替R9bL的电位器,用万用表测量其阻值,选一相近阻值的固定电阻代替它,并焊于R9bL的相应位置上。
  5、焊上Mosal的源极引线,并将数字万用表置直流20V挡,跨接于代替扬声器YL的51 Ω/5W电阻两端。接通电源,调节R9aL的阻值,使万用表的指示为0V,关闭电源。
  6、将L12 LA的③脚对地短路点焊开,接通电源,将数字万用表跨接于代替扬声器YL的51Ω/5W电阻两端,万用表的指示应为0V。
  7、用同样方法调试好R声道。
  8、上述步骤调完后,即可焊下51Ω/5W电阻,接上音箱试听了。

四、几点说明
  
  1.本音频功率放大器的灵敏度较低,增益仅为37dB,为此在其前面加了一级20dB的前置放大器,由UI A和UI B担任。
  2.V-MOS场效应管的输入信号是加在源极和栅极之间,输出信号取自源极和漏极之间,因此本电路中的V—MOS场效应管是作为一个典型的电压一电流控制器件在使用。本功放与电子管音频功率放大器一样,为典型的恒流源放大器,宜选用高阻抗的8Ω音箱,而不适合低阻抗的4Ω音箱。
  3.本音频功率放大器的不削峰输出功率为2×90W,频响为20Hz~20000Hz±0.8dB。
  4.本机闭环负反馈量为24dH。阻尼系数为7.3,与电子管放大器近似,高音纯真细腻,中音亮丽、清澈透明,低音深沉柔和的音色,具有电子管功放韵味。
  5.为了增加本机的阻尼系数,可减小R9L的阻值,然后再增加R4l的阻值,使整个电路的增益满足要求即可。
  6.本音频功率放大器由于工作在甲类状态,散热器夏天较为烫手,但本机工作稳定,笔者用了近十年未出现任何故障。