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电子管功放制作指南_电子管功率放大器的简易设计

时间：2024-03-25 06:45:09

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六，整机设计及负反馈介绍

负反馈放大器介绍：

把放大器的输出信号的一部分反相位后再送到到输入端，叫做负反馈，加有负反馈的放大器称为负反馈放大器，亦称闭环放大器。反馈信号强度与输出信号电压成正比的，称电压负反馈；反馈信号强度与输出信号电流成正比的，称电流负反馈。

负反馈在一定程度上改善了放大器的性能，主要是：拓展了频率带宽，减小了失真，降低了噪声。但是也减小了电路的放大倍数。

从反馈信号和输入信号的引入方式上，又可以将负反馈分为并联负反馈和串连负反馈两类。顾名思义，并联负反馈即反馈信号和输入信号为并联关系。串连负反馈即反馈信号和输入信号为串连关系。

综合起来，反馈可以细分成：电压串连负反馈，电流串连负反馈，电压并联负反馈，电流并联负反馈。它们除了具有负反馈的共同特点以外，还不同程度的影响了输入输出阻抗。

其中，电压反馈降低了输出阻抗，电流反馈增加了输出阻抗；并联反馈降低了输入阻抗，串连反馈增加了输入阻抗。例如，电压并联负反馈既降低了输入阻抗，又降低了输出阻抗；而电流串连负反馈则同时增加了输出，输入阻抗。

设反馈信号和输出信号的比值为β，称为反馈系数。对于电压反馈，反馈信号为Uf，输出信号为Uout，则反馈系数 β＝Uf/Uout

设系统开环放大倍数为Ko，则加入负反馈后的闭环放大倍数Kf可由以下简略公式计算得出：

Kf=Ko/(1+βKo)

若开环增益Ko足够大，且反馈深度较深的情况下，即 βKo 》1时(通常当βKo>10时可以认为βKo》1)，公式可以简化为Kf＝1/β，即与开环放大倍数无关(这就是在晶体管运算放大器电路中常见的闭环情况)。

1，典型的单级电压并联负反馈(图一十四)：

这里只作简易分析：放大系数 Kf=Ko/(1+βKo)=Ko/(1+Ko•RF/Rs)，

Rs为图中信号源内阻，由于栅漏电阻Rg往往远大于Rs，故此处忽略不计。

输入阻抗 Rif＝Rg||[Rf/(1+Ko)]

而此时的电子管等效内阻 raf＝ra/(1+uβ)，等效放大系数 u=u/(1+uβ)

这表明，u值很高的束射四极管和五极管，当β值较大的情况下，其等效内阻可以接近甚至小于三极管的内阻值。

2，典型的单级电流串连负反馈(图一十五)：

放大倍数 Kf＝ uR'L/ra+R'L+(1+u)Rk

其输入阻抗Rif和原输入阻抗Ri的关系为 Rif＝(1+βKo)Ri，是增大的

而此时电子管的等效内阻raf＝ra+(1+u)Rk，可见电流串连负反馈将开环时的管内阻增大了 (1+u)Rk 倍。

串连电压负反馈和并联电流负反馈多用于多级反馈电路，可以利用上述方法分析。

多种负反馈组合使用称为混合负反馈电路。

3，简易实例分析(图一十六)：

电路由三部分组成：共阴电压放大单元(V1，Ra，Rk组成)，阴极输出单元(V2及其周边元件组成)，负反馈网络(Rf和Rs组成)，另有120K电阻和33uF电容组成了电源退耦部分。

4，共阴极放大单元简易计算：

查表得12AX7特性如下，ra＝50K，u＝100

电路采用直耦，由于阴极输出器输入阻抗甚高，忽略不计，故交流等效阻抗R‘L＝Ra＝220K。

可以看出，电压放大级是典型的电流串连负反馈电路，套用上述分析公式，得

本级放大倍数K1＝100×220K/[50K+220K+(1+100)×2K]＝46.6倍。

阴极输出器放大倍数小于且约等于1，设阴极输出器放大倍数K2＝0.9

则，整机开环放大倍数 Ko＝K1•K2＝46.6×0.9＝42倍

由于反馈信号由电阻Rf与信号源内阻Rs分压获得(电子管V1输入阻抗甚大，忽略不计)，故反馈系数：

β＝Uf/Uo＝Rf/Rs＝100K/1M=0.1

整机环路负反馈属于典型的电压并联负反馈，故闭环放大倍数套用上述公式，得：

Kf＝Ko/(1+βKo)＝42/(1+0.1×42)＝8倍

实际实验结果证明，采用此线路程式，选用12AX7管，实测闭环放大倍数为7.9倍

选用放大系数u=70的6N9P管，实测闭环放大倍数为7.8倍

可以认为计算结果合理，也可以看出，负反馈稳定了电路参数。

附，反馈深度对数计算方法：

反馈深度 Ku＝20lg(Kf/Ko)

如果反馈后，放大倍数Kf＝0.5Ko

则反馈深度 Ku＝20lg0.5＝－6db，即反馈降低了6db电压增益

需要特别指出的是，深度负反馈电路在降低谐波失真的同时，却可能引入新的互调，瞬态互调失真，因此需要谨慎应用。

七，简易单管甲类功放电路设计实例：

要求：设计一台输出功率为8W的功率放大器。要求谐波失真小于5%。

1、选用功率放大管。目前常用的功率放大管中，查手册可知EL34五极管做单端A1类放大，其输出功率可达11W，但实际电路中往往存在各类损耗和误差，但输出8W功率还是不成问题，所以选择EL34做输出管比较合适。同时由于功率输出级失真较大，需要引入负反馈。

2、确定电路程式。输出级已经确定采用A1类单端放大，为了稳定起见，采用阴极自给偏置提供栅极所需要的偏置电压。查手册可知EL34满功率输出需要推动电压8.2Vrms，设输入音频信号为0.5Vrms，则电压放大级需要16.4倍放大量。由此可见采用三极管做一级共阴极放大即可满足要求。由于满功率输出时EL34功率管失真达10%，需要施加一定量的负反馈，故设定电压放大级电压增益Au＝32倍。满功率输出8W在8欧姆负载上电压有效值Uo＝8Vrms，输入电压0.5Vrms，整机闭环增益Kf＝16倍。

3、根据图示数据和要求，做出功率放大级单元电路，如(图一十七)所示：

实际取Rk＝200欧姆

由于流过Rk的电流包括帘栅极电流和屏极电流，Ik＝83+13＝96mA

保守计算设Ik＝100mA，则Rk实际承受功率P＝Ik•Ik•Rk＝0.1A×0.1A×200Ω＝2W

为了长时间工作保证稳定，选取标称功率5W的电阻

阴极旁路电容耐压为了安全起见，选取两倍于阴极电阻两端的电压值。阴极电阻两端电压值Uk＝Rk•Ik＝96mA×200Ω＝19.2V，取系列耐压值50V的电解电容

阴极旁路电容的容量依据功放工作最低截至频率而定，

设最低截至频率fL＝20Hz，则Ck不应小于如下公式计算值：

Ck≥3/2π•fL•Rk＝3/(2×3.14×20×200)＝0.00012F＝120uF

这里取Ck＝330uF

功率输出级电压增益：Au1＝1(计算略)

4、电压放大级计算。已经设定电压放大级增益Au≥32倍，那么电压放大管放大系数u＝2•Au＝64，查手册12AT7放大系数u＝70，符合要求。故选择12AT7做电压放大管。

常用负反馈引入方法如(图一十八)所示：

为电压串连负反馈，反馈回路由Rf和Rk2组成，反馈系数 β=Rk2/Rf。

同时注意到为了引入整机的电压串连负反馈，Rk2同时引入了电压放大级本级的电流串连负反馈，在计算电压放大级时要一并考虑。

查手册得12AT7参数，内阻ra＝10K，放大系数u＝70

设定供电电压为Ea＝250V，通常屏极电阻Ra为内阻得2－10倍，这里选取Ra＝24K

功率放大级计算时已确定EL34栅漏电阻Rg＝240K，10倍于Ra，可以忽略不计

故电压放大级交流负载电阻R‘L＝Ra＝24K。

利用手册上12AT7特性曲线图做静态分析(具体方法参见电压放大级分析，此处略)，

得出12AT7静态工作点，栅偏压Ug＝－1V，屏压Ua＝124V，屏流Ia＝5mA

作图中得出最大输出峰峰值电压Upp已远大于EL34满功率驱动电压峰峰值，故无需验证。

电压放大级增益计算，Au2＝35倍，满足预先要求得32倍。

整机开环增益，Ko＝Au1•Au2＝1×35＝35倍。

整机需要闭环增益根据前述，已经计算得Kf＝16倍，反馈系数 β＝1/Kf－1/Ko≈0.03

反馈电阻Rf＝Rk1/β＝200/0.03＝6.6K，选取Rf＝6.2K。

耦合电容C应该满足系统低频下限。

C≥3/2π•fL•Rg＝1/(2×3.14×20×240K)＝0.1uF，取0.22uF，耐压应大于本级直流供给电压，采用400V耐压系列。

设计完成的电路如下(图一十九)：

整机电路如(图二十0所示：

各项验算工作从略。

八，成功制作功率放大器的关键。

成功制作功率放大器的的要素有很多，如各级的电子管的工作点的选择、变压器等元器件的质量、制作工艺、调整水平等等。在这些因素中，最重要的关键因素是：电子管的工作点的选择与变压器的质量。

1，关于输出变压器：输出变压器的设计将另文讨论，这里不做详细说明。

关于变压器，常见的误区是，不结合电路和所用功率管，只讨论输出变压器。显然这是不解决问题的。这里只指出以下几点：

a,输出变压器是为了电路服务的，只有针对某一电路设计的输出变压器，而没有什么输出变压器可以同时套用几个电路，即使它的初级阻抗一致。

b,在其他参数一定的情况下，输出变压器的分布电容基本和漏感成反比，是一对矛盾。

而不同的电路，不同的功率管所需的输出变压器初级电感量必然是不同的

c,不同的输出管，即使要求的低频参数指标相同，但是对变压器的电感量要求也不相同。例如，低内阻的300B只需要10－20H初级电感量就可以满足要求，而如果改用6P3P却需要几十H的电感量，所以两者的分布参数也必然不同。

对于低内阻管而言，所需初级电感量小，影响高频的主要因素是漏感

对于高内阻管而言，所需初级电感量大，影响高频的主要因素是分布电容。

这点在设计输出变压器的时候必须考虑，所以脱离电路谈输出变压器基本是没有意义的。

乙，电子管的特性曲线。

要正确的设计电子管的工作点，就必须依靠其特性曲线，因此我们必须掌握所用电子管的相关特性曲线。有了特性曲线，我们才有可能设计制作出性能卓越的放大器。特性曲线的来源有三个途径：查阅手册与自己测量，当然，还可以通过网络查找。不过，对于相当多的爱好者而言，自己动手测量则是最可靠的途径。如何自己动手测量电子管的特性曲线——转移特性曲线以及板极特性曲线，本文不再讨论，将另文说明。

参考资料：

1，/jyxd/06/t0627_1052.htm

2，/htm_tech/-3/47257_997720.htm

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