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光耦合V-MOS場效應管甲類音頻功率放大電路,Audio power amplifier

關鍵字：音頻放大電路圖

作者：李順復

電子管放大器的音色之所以優美，是因電子管的高輸入阻抗和恒流輸出特性而決定的。但電子管有它固有的缺點：隨著使用時間的增長，陰極物質不斷揮發，其跨導逐漸降低，且降低的程度各管不一。用電子管測試儀嚴格配對的兩只功率管，使用一段時間后再測試，會發現跨導明顯下降且兩管還會有明顯差別。此外電子管輸出阻抗高，用它作的音頻功率放大器，需繞制工藝復雜的輸出變壓器。

場效應管具有電子管的高輸入阻抗和恒流輸出特性，且輸出阻抗低可直接與喇叭匹配，之前已有不少文章介紹相關的音頻功率放大器。但此類放大器末級場效應管大多采用源極輸出，為恒壓輸出放大器，其音質不太理想。V-MOS場效應管為大功率場效應器件，具有非常好的大電流特性。由于P型V-MOS場效應管極難尋找，相關音頻功率放大器的資料甚少。下面介紹一款由普通同極性N型V-MOS場效應管組成的音頻功率放大器。

右圖為典型的變壓器耦合OCL輸出音頻功率放大器。如果將圖中的2只晶體三極管換為V-MOS場效應管，再用2只光耦代替輸入變壓器，即成本文的光耦合V-MOS場效應管甲類音頻功率放大器。

一、電路原理

整機電路如下圖所示。UIaL和UIbL分別為兩只輸入光耦，MosaL和MosbL分別為兩只V-MOS場效應功率放大管。由于V-MOS場效應功率放大管的輸入電容較大，電路中加入了由QIaL、QZaL和IQIbL、QZbL組成的射隨器來驅動它。

U2aL、R8aL、DIaL、C2aL和U2bL、R8bl、OIbl、C2bl構成光耦和射隨器的+15V供電電路，由于該電源受輸出電壓影響，因此濾波電容的容量用得較大。

輸入光耦由U2lA驅動，當U2LA的輸入電壓上升時，U2lA的輸出電壓也上升，光耦UIaL的輸入電壓增加，導致光耦UIaL的輸出電壓上升，經兩級射隨器耦合，使MosaL的柵極電壓升高，從而使Mos8l的內阻下降。另外，當U2LA輸出電壓上升時，光耦UIbL的輸入電壓減小，導致光耦UlbL的輸出電壓下降，經兩級射隨器耦合，使MosbL的柵極電壓下降，從而使MosbL的內阻上升。Masal和MoshL的共同結果、使音頻功率放大器輸出電壓上升。同理，當U2LA輸入電壓下降時，音頻功率放大器輸出電壓也下降。

ROaL、U3al、Q4aL～Q6aL和RObL、U3bL、Q4bIL～Q6bL等元件構成放大器靜態工作點穩定電路。電路工作原理如下：以MosaL為例，當MosaL的靜態電流增加時，ROaL上的電壓升高，使Q4aL的Ie上升，光耦U3aL的輸出電壓上升，Q5saL的內阻下降，Q6al的內阻增加，從而使Q6aL的發射極輸出電壓減小，使加在光耦UIal上的輸入電壓減小。根據前面分析，此時加在MoseL柵極上的電壓下降．從而導致流過M0saL的靜態電流下降，達到了工作點的穩定。MosbL的靜態工作點穩定原理類似，不再贅述。

U2LB為常見的直流伺服電路，可確保放大器靜態輸出電壓為零伏。

CIaL和CIbL是防止自激而加的校正電容。COL、ROL是防止超音頻自激而加的頻率校正網絡。

C3aL和C3bL為開機防沖擊電容，可確保開機瞬間，流過功放管的電流小于0.4A。

Q3aL和Q3bL構成大信號限制電路，當輸出快削峰時，Q3al和Q3bL導通，使MosaL和MosbL的柵極電壓下降，使音頻功率放大器輸出電壓下降，從而避免了輸出出現硬削峰狀態，使功率放大器具有較強的過載能力。

Rlal和R1bL，是為降低光耦靈敏度，使其能較好地工作在線性區而加的電阻。

二、元件選擇及電路裝配

MosaL和MosbL宜選30A耐壓450V以上的V-MOS場效應管，如IRF360、IRF2404、2SKIOIS、2SKIO2O等。其中IRF36O、IRF2404為金封管，2SKI0I92SX1020為塑封管，塑封管裝配方便。本文用的是IRF360，用IRF2404、2SKI0I9、2SK1020可直接代換。

通常光耦都是作為開關器件．而席文要求它工作在線性區，因此U1al和UlbL應選擇靈敏度較低、線性區較好、頻響寬的作為輸入耦合光耦，經對比測試發現TILI13較為理想。如用4N25，則RlaL、Rlbl應改為II0kΩ；如用4N35，則RIal、RIbl應改為82kΩ。U3aL、U3bL要求較低，可用4N25、4N35等類型光耦。

CIL、C2l、CIR、C2R宜選用4.7μF/6V的鉭電解電容。CIaL、CIbL宜選用CCI型高頻瓷介電容。COL、C3al、C3bL宜選用0.22μF/63V的小型金屬化滌綸電容。其余電解電容可選用普通小型鋁電解電容。

本電路所用的運放全部采用NE5532。電路中的其余元件無特殊要求。

為獲得高質量音質，本放大器工作在甲類狀態，靜態電流一般調試為200mA-250mA。因此要求散熱器要足夠大，散熱器的表面積應不小于l770平方厘米，否則應進行風冷。

整個電路裝配在一塊130mm×180mm的單面敷銅板上，主要元件布局如下圖所示。

用于穩定靜態工作點的4只901 4三極管：Q4aL、Q4bL、Q4aR、Q4bR應用3芯排線將引腳延長后，壓于各自的場效應管附近的散熱器上(Q4aL對應MosaL、Q4bL對應MosbL…)．如圖3所示。這樣可保持V-MOS場效應管，在冷態和熱態情況下靜態電流不變。

三、電路調試（以L聲道為例）

1、各場效應管的源極引線從印電板上焊開，用一只51Ω/5W的電阻代替揚聲器YL。用51 k0電位器代替R9bL。

2．接通電源，用數字萬用表測量各穩壓集成塊78I 2、7912、7BLI 5的輸出電壓應符合要求。

3、將U2LA的③腳對地短路，并將R9aL、R9bL的阻值調至最大。測R4 aL和R4bL上的電壓應為3.2V～3.8V左右。否則應更換相應的光耦TILII 3或改變相應跨接于TIlII 3的④-⑥腳之間的220kΩ電阻值。此電阻值增加，相應的電壓也增加，相反減小此電阻值，相應的電壓也減小。調節R9aL，RgbL的阻值，相對應的電壓值應有變化。

4、關閉電源，焊上MosbL的源極引線。并將數字萬用表置直流l0A擋，串接于MosbL的源極。接通電源，調節R9bl的阻值，使萬用表的指示為0.220A。關閉電源，焊好MosbL的源極引線，焊下代替R9bL的電位器，用萬用表測量其阻值，選一相近阻值的固定電阻代替它，并焊于R9bL的相應位置上。

5、焊上Mosal的源極引線，并將數字萬用表置直流20V擋，跨接于代替揚聲器YL的51 Ω/5W電阻兩端。接通電源，調節R9aL的阻值，使萬用表的指示為0V，關閉電源。

6、將L12 LA的③腳對地短路點焊開，接通電源，將數字萬用表跨接于代替揚聲器YL的51Ω/5W電阻兩端，萬用表的指示應為0V。

7、用同樣方法調試好R聲道。

8、上述步驟調完后，即可焊下51Ω/5W電阻，接上音箱試聽了。

四、幾點說明

1．本音頻功率放大器的靈敏度較低，增益僅為37dB，為此在其前面加了一級20dB的前置放大器，由UI A和UI B擔任。

2．V-MOS場效應管的輸入信號是加在源極和柵極之間，輸出信號取自源極和漏極之間，因此本電路中的V—MOS場效應管是作為一個典型的電壓一電流控制器件在使用。本功放與電子管音頻功率放大器一樣，為典型的恒流源放大器，宜選用高阻抗的8Ω音箱，而不適合低阻抗的4Ω音箱。

3．本音頻功率放大器的不削峰輸出功率為2×90W，頻響為20Hz～20000Hz±0.8dB。

4．本機閉環負反饋量為24dH。阻尼系數為7.3，與電子管放大器近似，高音純真細膩，中音亮麗、清澈透明，低音深沉柔和的音色，具有電子管功放韻味。

5．為了增加本機的阻尼系數，可減小R9L的阻值，然后再增加R4l的阻值，使整個電路的增益滿足要求即可。

6．本音頻功率放大器由于工作在甲類狀態，散熱器夏天較為燙手，但本機工作穩定，筆者用了近十年未出現任何故障。

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