加拿大Bryston的分立元件大功率功放電路,High-power amplifier
關鍵字:分立元件放大器
作者:王煥章
加拿大Bryston公司的功放主要用在專業和錄音室等場合,產品在全世界享有祟高聲譽,功率涵蓋60~1000W的范圍,但幾乎所有功放電路的藍本都相同,大多采用這種輸出級。下面以最適合家用的3B(150W、8Ω)為例,介紹該功放的完整主電路,如下圖所示。
電路看起來似乎比較復雜,這是因為加拿大Bryston作為世界頂級產品,承諾20年的質保期。其保護電路設置得非常完善,每個功率管都有單獨的過流保護電路。其實放大電路原理非常簡單明了,都是最基本的共射放大或共集放大(見下圖)。
Q1~Q4組成互補差分輸入級,Q5、Ql0為第二級共射推挽放大級,Q15、Q16(組成UBE倍增器給末級提供適當的偏置電壓和溫度補償。這里可以看到,由于輸出級不同尋常,UBE倍增器的設置也有不同。后面的電路就是著名的“四元互補對管式”輸出級的結構,相對前述電路架構多了一級驅動管Q7和Q13,該輸出級除了前述的不對稱性失真極小外,還有一定的增益。
加拿大Bryston的設計理念就是這樣可使電壓放大級不至于滿擺幅狀態,更有利于減少失真。輸入級和主電壓放大級電路也是全互補放大,這樣如前所述必然存在的晶體管不對稱性失真,用單端放大可能更為有利。但是這世界上沒有完美的放大電路,單端放大也有它的不足,正負半周信號的上升速率不容易做到一致,特別是在高擺幅大功率的應用場合不容忽視。從整體角度來看,晶體管放大器輸出管的不對稱性失真占主要地位。而本電路中這個問題已經解決,前級電路的小功率管對稱性相對好很多。
介紹電路原理后,我們來看看這個不起眼的電路帶來的卓越性能指標:在滿功率8Ω、150W或4Ω、250W這樣超大功率輸出時,20Hz~20kHz全頻帶內總諧波失真和互調失真均不大于0.007%,10kHz以下失真率僅為0.001%左右,轉換速率大于60V/μs,功率帶寬1Hz~l00kHz,8Ω/20Hz時的阻尼系列數大于500。能有這樣的失真度指標,除了電路元件取值恰到好處之外,四元互補對管輸出級的電路組態自然功不可沒,而且這種電路天生麗質,從根本上消除晶體管的固有失真。與深度負反饋電路及以前盛名一時的“ALA電路”(靠運放提供失真校正電壓)有本質的區別。
電路看起來似乎比較復雜,這是因為加拿大Bryston作為世界頂級產品,承諾20年的質保期。其保護電路設置得非常完善,每個功率管都有單獨的過流保護電路。其實放大電路原理非常簡單明了,都是最基本的共射放大或共集放大(見下圖)。
Q1~Q4組成互補差分輸入級,Q5、Ql0為第二級共射推挽放大級,Q15、Q16(組成UBE倍增器給末級提供適當的偏置電壓和溫度補償。這里可以看到,由于輸出級不同尋常,UBE倍增器的設置也有不同。后面的電路就是著名的“四元互補對管式”輸出級的結構,相對前述電路架構多了一級驅動管Q7和Q13,該輸出級除了前述的不對稱性失真極小外,還有一定的增益。
加拿大Bryston的設計理念就是這樣可使電壓放大級不至于滿擺幅狀態,更有利于減少失真。輸入級和主電壓放大級電路也是全互補放大,這樣如前所述必然存在的晶體管不對稱性失真,用單端放大可能更為有利。但是這世界上沒有完美的放大電路,單端放大也有它的不足,正負半周信號的上升速率不容易做到一致,特別是在高擺幅大功率的應用場合不容忽視。從整體角度來看,晶體管放大器輸出管的不對稱性失真占主要地位。而本電路中這個問題已經解決,前級電路的小功率管對稱性相對好很多。
介紹電路原理后,我們來看看這個不起眼的電路帶來的卓越性能指標:在滿功率8Ω、150W或4Ω、250W這樣超大功率輸出時,20Hz~20kHz全頻帶內總諧波失真和互調失真均不大于0.007%,10kHz以下失真率僅為0.001%左右,轉換速率大于60V/μs,功率帶寬1Hz~l00kHz,8Ω/20Hz時的阻尼系列數大于500。能有這樣的失真度指標,除了電路元件取值恰到好處之外,四元互補對管輸出級的電路組態自然功不可沒,而且這種電路天生麗質,從根本上消除晶體管的固有失真。與深度負反饋電路及以前盛名一時的“ALA電路”(靠運放提供失真校正電壓)有本質的區別。
? 試制調整
整個電路都是常用的元器件,非常有利于自制且成本不高。輸入級差分對管2N5210/2N5087可以用2SC2362/2SA1016代用,2N5550/2N5400可以用2N5551/2N5401代用。要注意的是:我國市面上2N5551/2N5401對管非常泛濫,質量參差不齊,最好選用安森美的原裝管,也可以用2SC2705/2SA1145代替。放大器的頻率補償設置得非常完善,有足夠的相位裕度不會出現自激。MJE180可以用2SC3423或2SC3419代替。被動管和輸出管必須使原裝型號,并且要求嚴格配對,最好在10%以內,這個配對誤差將直接影響失真度指標。電阻未標注功率的為1/4W、精度1%的金屬膜電阻,小容量電容最好選擇高頻特性好的聚苯乙烯電容器。
線路板設計和整機布局對高質量的放大器的重要性不亞于電路設計。實際制作時將高電流脈沖的整流、濾波電源部分、雙聲道小信號前級電壓放大部分、四元互補對管輸出級及喇叭保護部分,分開單獨設計,如右圖所示,共4塊電路板(小信號前級電壓放大部分左/右聲道各一塊)。喇叭保護使用高可靠性的uPC1237集成電路,單獨的26V電源以免影響正、負主電源的對稱性。
整機裝焊完成檢查無誤即可上電,靜態電流每管調至50mA左右即可,處于高效率AB類放大狀態。
實際試聽時發現該機音質與普通的功放根本不可同日而語,最明顯的是樂器尾部細節完整了很多。低頻寬松而又不乏力度,高頻柔順細膩,整體音色極為純正。而且,該機保護電路非常可靠,長時間使用從未出現過故障。
整個電路都是常用的元器件,非常有利于自制且成本不高。輸入級差分對管2N5210/2N5087可以用2SC2362/2SA1016代用,2N5550/2N5400可以用2N5551/2N5401代用。要注意的是:我國市面上2N5551/2N5401對管非常泛濫,質量參差不齊,最好選用安森美的原裝管,也可以用2SC2705/2SA1145代替。放大器的頻率補償設置得非常完善,有足夠的相位裕度不會出現自激。MJE180可以用2SC3423或2SC3419代替。被動管和輸出管必須使原裝型號,并且要求嚴格配對,最好在10%以內,這個配對誤差將直接影響失真度指標。電阻未標注功率的為1/4W、精度1%的金屬膜電阻,小容量電容最好選擇高頻特性好的聚苯乙烯電容器。
線路板設計和整機布局對高質量的放大器的重要性不亞于電路設計。實際制作時將高電流脈沖的整流、濾波電源部分、雙聲道小信號前級電壓放大部分、四元互補對管輸出級及喇叭保護部分,分開單獨設計,如右圖所示,共4塊電路板(小信號前級電壓放大部分左/右聲道各一塊)。喇叭保護使用高可靠性的uPC1237集成電路,單獨的26V電源以免影響正、負主電源的對稱性。
整機裝焊完成檢查無誤即可上電,靜態電流每管調至50mA左右即可,處于高效率AB類放大狀態。
實際試聽時發現該機音質與普通的功放根本不可同日而語,最明顯的是樂器尾部細節完整了很多。低頻寬松而又不乏力度,高頻柔順細膩,整體音色極為純正。而且,該機保護電路非常可靠,長時間使用從未出現過故障。
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