场效应管特性及单端甲类功放制作

作者 钟文祥 来源 互联网
发布时间 2008-10-30

(1)为了避免普通音量电位器传输失真,非稳态接触电阻、摩擦噪声和操作易感疲惫之嫌,本机采用音响型极低噪声VMOS场效应管IRFD113作指触音量控制。其相对于键控音量电路又减少了一些元件,并加以屏蔽,使音量控制部分的噪声系数达到1dB以下(VMOS场效应管噪声系数在0.5dB左右),敢与高档真空步进电位器或无源变压器电位器抗衡,手感更贴切人性化。

VMOS场效应管内阻高,属电压控制器件,在栅极及源极之间连接充电电容,由于栅漏电流极小,电容电压在很长一段时间内能基本保持不变。当管子工作于可调电阻区时,其漏源极电阻将受到栅源极电压即电容的电压所控制,这时管子相当于压控可变电阻,当指触(依手指电阻导电)开关S1闭合,即向电容充电,当指触开关S2闭合,即将电容放电,从而达到以电压控制漏源极电阻的目的。将其按入音响设备中,即可调节音量的大小。S1和S2可用薄银片或薄铜片制作,间距2mm左右,待调试后确定,音量增减量设置在±2dB左右。

(2)由IRF510作电压放大,放大后的音频电压直耦至上臂管IRF150进行扩流并作源极输出,下臂管IRF150构成恒流源,直流为通路,交流为开路,使交流信号通过输出电容推动扬声器。

(3)由于VMOS场效应管具有负的电流温度系数,即在栅极与源极之间电压不变的情况下,导通电流会随管温升高而减小,从而避免管子二次击穿。但管子温度的变化与电流的变化速率相差甚远,对此为了防止负温度系数惯性延迟而影响工作状态,本机在IRF510阴极串上一只适当阻值的正温度系数补偿电阻(100Ω/2W ),以起到缓冲作用。其原理是当没有阴极电阻时,IRF510栅源电压是恒定的固定偏压,与管子电流变化无关,加上阴极电阻后,当管流减小时,源极电位也降低。而相对于栅极来说,栅极电位便提高了,这样栅源电压就增大了,此时管子电流便增加了,从而适量抵消负温度系数产生的电流陡坡现象。阴极电阻阻值大小决定这种作用的大小,从而起到适当的缓冲作用,此电阻并不是电流负反馈电阻。

(4)本机经考虑后不采用OCL即无输出电容电路,一则是为了扬声器安全,二则考虑零点失调电压尤其是动态时对扬声器音圈产生直流偏磁位移,直接影响扬声器性能,从而劣化音质。由于大容量输出电容多为电解电容,一般认为噪声较大,而实际上这是一个信噪比的问题,关键是应用在什么电路,如将电解电容用在动圈唱头放大电路,就不合适,动圈唱头信号只有2mV左右,要求放大电路具有较高的信噪比,用电解电容信噪比就低。而将电解电容用于功放末级输出,情况就不一样了,信噪比相对低电平电路会有大幅度提高。另外一点,电解电容在使用前最好进行通电老化,并择优选用,然后上机后再进行充分煲机,这样可降低噪声系数。没有噪声的元器件是没有的,关键要合理运用,并采取措施,以达到必要的目的。本机为了减小输出电解电容由于感抗对高频的影响,用3只电解电容并联以减小感抗,并将扬声器的负极接电解电容的负极,以钳位电解电容漏电流产生的音圈偏磁位移。

(5)本机场效应管偏压由电源模块LM7812提供,功放电源不采取稳压电源供电,以避免限制乐声的低频力度和动态,即降低电压换电流,降低功率换音质。

2.制作调试

制作本机时,两声道要用独立电源供电,以提高分离度,减少干扰,并增强各声道工作稳定性。本机后级由于采用直耦电路,所以工作点会相互牵制,需反复调试几次才能完成,IRF510工作电流约为20mA,上下两管IRF150(配对)工作电流约为1.5A,栅源电压约为3.8V,反复调节这两级偏压电阻,使中点电压为l8V。不同产地、不同批次管子会有所出入,数据仅作参考,最好使用示波器将其调节为A类最佳工作状态。否则,由于管子的离散性,即使工作点按手册或特性曲线给出的参数调节工作点,也未必工作在最佳的A类状态。本机可代用的场效应管较多,不同管子参数、特性及音色也有差异。表2列出几种常用管子参数供参考。本机其他元器件选用可参考有关资料,在此不再赘述。

表2 几种常用场效应管主要参数

型号 用途 类型 源漏耐压/V 源漏电流/A 耗散功率/W 备注
BS170 低噪声放大 N 60 0.3 0.63  
2SK389 低噪声差分放大 N 50 0.01 0.2 双管封装
IRF510  电压放大 N 100 2.5 20  
IRFDl13 低噪声放大 N 60 0.8 1  
2SK1058 高频功率放大 N 160 7 100 互补2SJ162
2SK413 高频功率放大 N 140 8 100 互补2SJ118
2SK405 高频功率放大 N 160 8 100 互补2SJ115
IRF130 高频功率放大 N 100 12 75 互补IRF9130
IRF540 高频功率放大 N 100 28 150 互补IRF9540
IRF150 高频功率放大 N 100 40 150 互补IRF9150

单端电路是耗电大户,本机输出管单管热损耗约30W ,提高工作电压还可增加输出功率,但热损耗也相应增加。因此,必须将管子装在一块热阻不大于1kΩ/W的散热器上,规格不小于200mm×200mm×6mm,将管子用硅脂涂抹后紧固在适当的位置上。

3.参数指标

实测技术指标见表3。

表3 实测技术指标

输入灵敏度 360mV
最大输出功率  8W (8 Ω,THD+N=10%,1kHz正弦波信号)
最大音乐输出功率 10W (8 Ω,THD +N<211%,1kHz正弦波信号)
失真 3.8% (1W/8Ω,1kHz)
信噪比 88dB (不计权)
频响 18Hz~165kHZ

4.测评试听

本机测评试听搭配器材如下:
(1)飞利浦(Philips)LHH-500型顶级CD唱机;
(2) 自制直热管3A5前级;
(3) 意大利傲霸卡丝音箱;
(4) 美国音乐丝带Super Flatine Cable音箱线;
(5) 高度风Ortofon AC-5000 8N无氧铜信号线;
(6) 日立4N单品铜3×3.5mm 硅橡胶电源线;
(7) G&W TW-05D型音频专用电源净化器。
用正版雨果CD进行试音时,声场宽阔,动态特别好。音像定位、解析力佳,低频结实,控制力好。音质非常纯净,让人过耳难忘!

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