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电子管SEPP电路的负载阻抗
来源:本站整理  作者:佚名  2011-04-14 09:05:18



  晶体管SEPP 输出级,在VCC 一定条件下,输出电流、输出功率取决于负载阻抗的值,能否降低负载阻抗、提高输出功率,则视输出管的ICmax 而定。因此,在输出管极限值允许范围内输出功率Po=Vcc2/8RL,即使不提高Vcc,降低RL 也可增大输出功率。晶体管是电流驱动器件,降低RL 提高输出功率,同时仅使输出级驱动电流成比例增大。故此,市售商品晶体管机,为了标榜其输出管、供电电源有充足的裕量,20W/8Ω的机型,同时标出40W/4Ω的兼容使用条件。

  电子管为真空状态下电子导电,比固体导电有较高的内阻,对负载的变化极为敏感,负载阻抗由于受最大阴极电流的限制,不可能以降低负载阻抗的方式提高输出电流。而且,负载阻抗的变动还会使电子管工作动态区域随之变动,由于电子管极限参数和特性曲线非线性的限制,不当的负载阻抗不仅使电子管输出功率减小,同时非线性失真也增大。为了兼顾非线性失真和输出功率的综合指标,电子管有“最佳负载阻抗”的称谓,特定型号的电子管,有完全不同的Ug(Ua~la)特性曲线族,按设计工作状态画出负载线,可以选定“最佳负载阻抗”,以达到非线性失真最小时的最大输出功率。

  每种电子管即使工作于同类别放大,也会有多种不同工作参数的设计,而设定不同的静态工作点,从而可以画出无数条负载线,根据计算得出非线性失真度、输出功率、负载阻抗,逐一比较,确定哪种参数下的输出功率最大、THD 最小,但这也是极麻烦的事,而且由于曲线图精度误差,也难以准确。为此,电子管生产厂对音响输出管都推荐几种标准工作状态及符合每种工作状态的最佳负载阻抗值。

  电子管A 类、ABl 类输出级,采用不规范的工作参数和相差过大的负载阻抗是难以达到最大输出功率和低失真效果的,也就是说,电子管SEPP 的负载阻抗也需按放大器不同类别选定工作点和最佳负载,决非像晶体管OTL 放大器一样,以输出功率确定负载阻抗。为了说明“最佳负载”对输出功率、失真的影响,附图以低内阻三极输出管6AS7G(国产6N5P 相同)A 类输出级的两条不同工作状态的负载线进行说明。

  曲线1,选定工作参数为Ua=150V,静态lao=85mA,-Ugo=-65V,因此,6AS7G 单只三极管静态板耗Pao=150V x0.085A=12.75W,说明板耗低于Pamax=13W 的规定。假设输入信号最大为65Vp-p,画出动态负载线A1、01、B1(负载线的画法详见本人所着《电子管功放设计装调技术)一书,此处省略),01 点为Ua=150V,-Ugl=-65V,lao=80mA 的A 类工作点,A1 点为输入信号正峰值时电子管瞬时数据,此点输入信号正向峰值为65V,将栅负压-65V 抵消,栅极瞬时电位为0,瞬间板流达到最大,从此点在Y 轴投影读出,lamax=160mA。由于lamax 在负载上压降也达到最大,使板极瞬时电压降低为Uamin=42V。而B1 点为输入信号峰值达-到65V,与栅负压-Ugo叠加,使栅极瞬时电位达到-130V 的瞬间工作点,此时板流降低为lamin=25mA,负载上压降同时减小,由特性曲线推出,板压瞬时增大,其值可达Uamax=225V。由上述参数可得出,当输入信号为65Vp-p 时,负载端电压变动AUa=Uamax—Uamin=225V-42V=183V,负载电流变动△l-a=lamax-lamin=160mA-25mA=135mA。由此可算出A 类输出功率Po=AUax△la/8=3W,该负载线斜率tga 的倒数Ctga 即为负载线所代表的负载阻抗,即RL=Ctga=AUa/△la=183V/0.135A=1355Ω。此状态下输出3W 时非线性失真THD 计算值为THD%=[(1amax+lamin/2)-lao]/△la≈8 6%。

  图示6AS7G 的曲线族中只可看出不同栅负压曲线时板流截止点(靠近×轴时的弯曲),而未表示出板流的饱和现象导致曲线的上部弯曲点。以Ug=0V 曲线而言,不可能是直线上升到la=200mA以上的,此饱和现象只有在 6AS7G 极限值中查出。6AS7G(国产6N5P)极限参数规定,其最大板流lamax=125mA,因此在上述动态负载线A1、O1、B1 中,实际瞬时工作状态只能以Ug=20V 曲线为界,也即输入信号幅度只能达到45Vp-p,以使最大信号输入时lamax≤120mA。由此一来,此状态下输出功率将降低为不足2W(计算值1.6W),输出功率降低的原因是工作状态设定欠妥,负载阻抗值过低,因而使6AS7G 大动态未能充分发挥。为此,重新设定工作点为:Ua=200V,Ug=-100V,lao=60mA,输入信号100Vp-p,画出负载线A2、02、B2,由曲线图读出,02 点静态参数Ua=200V,Ug=-100V,lao=60mA,A2 点最大信号正峰值参数为la-max=120mA,Uamin=35V,B2 点最大信号负峰值瞬间参数为Uamax=315V,lamin=18mA。因而厶Ua=315V-35V=280V,△la=120mA-18mA=102mA,求得Po≈3.6W,RL=2745Ω。此状态和RCA 公司推荐的6AS7G 在A类放大最佳阻抗2500Ω相近,其相应工作状态参数为:Ua=250V,Ug=-135V,la=54mA,输出功率Po=4W。

  由上述两例明显看出,当负载阻抗低于最佳负载时,不仅Po 降低,同时使输入信号幅度受限,致使输出功率无法提高。而例2 的负载稍高于RCA 推荐的2500Ω,输出功率也达不到4W。

  负载阻抗偏离电子管的最佳负载阻抗时输出减小、失真增大的原因远不止上述两种,从负载线的斜率可以发现,因为负载线斜率的倒数即为负载阻抗值,所以当负载阻抗越低时,在曲线图中负载线斜率越大(越趋近于垂直线与X 轴夹角a 也越大),必然使负载线所跨越的Ug 曲线越少,斜率越大甚至使栅负压更负的Ug 曲线与负载线交点进入X 轴附近的弯曲部分甚至阳极电流截止点上,从而使大信号的负半周被压缩或削顶。为了避免过大的失真,只有降低驱动信号幅度,牺牲Po 值。如上述负载线A1、01、B1 因负载阻抗过低,A1~01 的正半周工作区域有1/3 进入极限板流125mA 以上,致使输入信号被迫≦45Vp-p,而01、B1 的负半周工作区在栅极瞬时电位-130V以舌,栅压-板流特性明显弯曲,只有将工作区限制在Ug=-20~Ug=-120V 范围内,以减小失真。

  输入动态范围的减小,无疑使Po 降低。所以,每种型号电子管有不同曲线族,也必然会有不同工作状态下的最佳负载,才能得到最低失真率下的最大输出功率。玩胆机的朋友,切勿以晶体管的应用习惯对待电子管放大器,必须特别注意电子管静态工作点的选择和最佳负载阻抗的配合,否则难有HI-FI 效果。即使找不到典型运用参数的输出管,也需进行简单的参数测试,最低限度明确该电子管在板压为某一定值时,栅极控制板流的饱和弯曲点和临时截止的弯曲点,以设计静态工作点和动作范围,求得最佳负载阻抗。

  电子管放大器对负载阻抗的要求,A 类放大最为苛刻,因为A 类放大的动态范围严格限制在栅压-板流特性的亘线部分,距板流饱和弯曲部分、截止弯由部分越远(工作区仅限于工作点上下极小范围),非线性失真越小,而负载阻抗选择稍不注意,极易进入弯曲部分。所以,A 类放大需严格选择静态工作点和工作参数,同时负载阻抗值误差不应超出10%。如此说来电子管SEPP 电路,不采用并联运用,能够直接驱动16Ω负载的输出管几乎没有。内阻最低的6C33C,Ri=80Ω,但用于A 类单端放大最佳负载阻抗RL=6000,A 类推挽最佳负载为1000Ω,即使用于SEPP 电路,负载阻抗为普通推挽的1/4,也需有250Ω的负载阻抗才能得到最大输出功率和最低失真。与A类相比,ABl 类放大器对负载阻抗的要求稍宽松一些,因为ABl 类的工作点设定不像A 类状态必须处线性区中点,根据电子管特性,参数的不同,工作点可设定于lao--1/3~1/41amax 的点上,工作点偏低,意味着ABl 类每一只推挽管对输入正半周进行的是全部波形的线性放大,而负半周的信号则允许有顶部压缩,甚至削一峰值部分,经两管推挽放大,每管失真的负半周信号实际是正弦波的两对称半周信号,在输出中两管输出互补,消除失真,故对负半周瞬时工作点进入截止弯曲处的失真有弥补作用。再者,ABl 类放大栅负压选择高于(指绝对值)A 类,因而lao 低于A类状态,使板耗相同的情况下允许有更高的峰值板流,不易引起饱和区非线性失真。动态区域双向延长,使ABl 类放大可以采取稍低于最佳负载的阻抗值,而不致增大失真。所以,目前胆机SEPP 为了实现OTL,绝大多数都采用ABl 类放大。

  为了使输出管适应8Ω或16Ω的负载阻抗,将低内阻功率管接成并联运用是有利的。在附图的 A1、01、B1 负载线中,因为6AS7G 的lamax≤125mA,而将输入信号由65Vp-p 降低至45Vp-p,致使输出功率降低50%,如果其他参数不变,只用6AS7G 两三极部分并联,则此种饱和失真不会发生。甚至可将负载阻抗降低为1000Ω,最大板流也在允许值250mA 以内,板流变量增大一倍,将使输出功率增大到上述计算值3W 的一倍,非线性失真也大幅降低。

  所以,为了使电子管SEPP 有足够低的最佳负载,多只输出管并联运用是既简单又有效的方式。虽则如此,当输出管的最佳负载过高时,往往使并联数目过大而不适用,此时可采用图中A1、01、B1 的折中方式,使输入信号幅度低于栅负压的降低峰值板流的权宜之计,此法虽然使输出功率由3W 降低为1.6W,但却不会发生板流饱和失真,输出功率的降低则可用提高板压的方式予以补偿。

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