pass ZEN甲类功放制作记
时间:2012-08-24 18:27来源:未知 作者:admin 点击:
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我喜欢甲类功放的声音。 但是，我讨厌甲类功放。每次面对着自制的重达50Kg，一开机就耗电500W/小时的甲类功放，心里总是在想同一个问题，开还是不开。所以，大多数的时候，我总是用LM3886做的功放，这个IC做的功放可以有那么3分甲类机的味道，虽然静态电流只
我喜欢甲类功放的声音。 但是，我讨厌甲类功放。每次面对着自制的重达50Kg，一开机就耗电500W/小时的甲类功放，心里总是在想同一个问题，开还是不开。所以，大多数的时候，我总是用LM3886做的功放，这个IC做的功放可以有那么3分甲类机的味道，虽然静态电流只有每声道50mA左右。 终于有一天，我在网上闲逛，发现了PASS先生的DIY站点，哈哈，这个电路有意思啊，就3个管子，甲类，10W，单端，没做过，看看PASS先生是怎么说的……总结起来，PASS先生的理论有这么几条： ① 偶次谐波不能改善音质！！！（真是不鸣则已，一鸣惊人呀。） ② 空气的振动是非线性的，空气是压强能变得非常高的“单端”媒介，但其压强不会小于零。 ③ 声音在空气里传播，也会有失真，其失真主要是二次谐波，而且是随信号加大而单调上升，只是人耳对其不敏感而已。（这点是①的论据吧，实际上PASS先生也尝试在音乐信号上加2次谐波，但他发现音质没有改善，呵呵，大概他不是金耳朵吧。） ④ 单端甲类具有最自然的音乐性，它的不对称性与空气受压缩/扩展的特性相似。 真是新奇的理论，和我原来看到各种关于好声的原理大相径庭，不过好象很有道理，试想一下一个理想的音箱在放不失真的正弦信号，由于空气的特性，压缩空气比扩展空气要困难，结果使到达人耳的声音信号已经失真了。（声音是靠压缩和扩展空气来传输的）而单端甲类放大器输出特性是信号正半周内阻大，负半周内阻小，调整得适当，就可以起到互补的效果。查了有关资料，PASS先生早在1977年就已经发表上述理论，并做出很成功的样机，可能因为是单端必须是甲类，而且是甲类中的甲类（甲类里效率最低的一种，纯阻负载约5%-10%，采用恒流源理论上也就20%，而推挽理论上可达30%以上）所以并没有普及开来。仔细分析了电路，电路极其简单，一个大功率管作信号放大，另一个大功率管和一个取样的管子构成恒流源，不算电源部分，9个电阻，4个电容，1个可调，1个稳压管，总计18个零件，嗯，工作电压34V，电流2A每声道，总计静态功耗不会超过150W和甲乙类的也没差多少呀……
(线路图） “做个玩玩，……”心里浮起这么个念头，迅速的盘算了一下手上有的材料，电阻，常用规格，废板子上拆，电容，有的是，就个耦合用的47uF要去买2个，钽电容吧，其它只要是普通的就行，温度特性好点，105℃的最好，甲类机热着呢，可调，非要搞个多圈精密可调，因为可调造成的惨痛教训我是记忆犹新（烧管子，烧喇叭，多了去了……），稳压管，用2个5.2V串起来用，反正一般来说场效应管的GS结的击穿电压都大于15V，而且串联可以使稳压管的接入电容小一半，MPS92，没看见过，2SC1015代替吧，连耐压都没有要求，是PNP的硅管应该都可以用，小功率管的线性和FT怎样也比大功率管要高，IRFP9240/TRFP140？我手上有几对金封的J50/K135，功率，耐压，电流都够了，都放了好几年了，名管呢，不用可惜了，估计没问题，变压器，手上有2个6A/30V/120V的二手洋垃圾，一边用一个，电压整流出来会高点，高点就高点，输出功率也会大点嘛，整流堆，有100V/60A的，滤波电容？？？有是有，好象体积不对，到时再说，其实甲类功放对滤波电容的要求最低了。只要温度特性好，耐压到，质量过得去就可以了。（因为甲类功放的电流变化率只有2，乙类甲乙类的电流变化率可以是几百上万的哦。）线路板，好办，用PROTEL99花2个小时画一个，送到电子市场出个百把块人民币就搞定，总不见得一点钱都不出就想玩吧……呵呵。
最后一个问题，机壳，我晕，我最怕这个了，手上有2块好不容易加工好的80×50×350MM（求爷爷告奶奶请别人加工的）一块从仪器上拆下的底板（0.5MM厚的铁板），一块我也不知道是哪年搞来的3MM厚铝板，3×2CM的角铝，名类螺丝若干，唉，又是十天半个月苦力的干活……材料基本上有了，该考虑整体的结构了，我比较喜欢模板/组件的结构，这样机械方面的加工就可以简化，其次机器内部的工艺就会变得合理，安装，特别是调试和维修会变得方便，最大的好处是电路的设计（指PCB上信号，电源的走向）会容易获得高的指标和性能。经过反复考虑，整机结构如下：功放电路板固定在金封大功率管的引脚上，金封大功率管固定在铜质均热器上，均热器再固定在散热器上，左右声道各一块这样的组件，环变一前一后固定在底板的中央位置，电源板安装在环变的上面，因为散热片高80MM，环变高48MM，结果，电源滤波器电容是用了一批国产的2200uF/35V普通电解电容，测了一下损耗角0.08，马马虎虎还可以，便宜，0.8元一个，6个并联也有13000uF，卧倒安装，高度刚好。这样散热片组件高度是45MM，2片是90MM，环变是95MM，机箱内尺寸200MM就够了，加上两边散热翼，宽也就300MM左右，但是散热片有350MM长，我计算了一下70-80W的散热功率在极限的情况下，我用的这种规格的散热片大概在200MM长就够了。由于采用场效应管，它有2个优点，一是负温特性，二是结温可以比普通双极型管高25℃-50℃，我考虑再三，最后将散热片长度加工成24CM，上下板加散热对流孔并且在底部加上30MM高的铜脚，以期改善这个东东的空气对流的特性。接下来，就是画图纸，买零件，做机壳（十个手指头九个弄破……呵呵玩笑）然后就是等PCB板。
终于PCB板做好了，我一下班就窜到工作室，就这么几个元件，我三下五除二，20分钟后已经准备通电源了，其间22K的那个电阻我不知道放到什么地方去了，看了看电路，这个电阻主要是给放大管提供开启电压的，还有承担着一些负反馈，就随手装了个47K的电阻，心想，先把电路搞正常再说，反正可调我也没用10K，20K就该调得出开启电压的。不会吧？我加了30V的电压，电流竟然为0，关了电源用万用表一量线路板上K135的D，S脚，电阻为0，烧了？什么时候的事情？我怎么不知道？唉，换个管子吧，好不容易拆下来，再用万用表一量，好的！难道是PCB板短路？一量，没有短路啊，奇怪了，突然一阵寒意袭上心头，会不会……，仔细一对PCB和图纸，昏倒，果然是由于结构工艺上的问题大功率管的二根引脚是焊在PCB板的反面，而PROTEL99上我做封装时忘记按“Y”键了，结果，PCB板上大功率管的脚位全反了……，之所以刚才大功率管在PCB上S，D脚电阻为0，是因为刚好PCB上G脚和D脚反了……，所以它就一直导通在那里了，还好上面的J50D脚和G反接是截止的……呜呜呜……早知道PCB板做成这样，我还不如搭棚呢。没有办法，用刀片一阵乱划，用导线一阵乱连，用万用表一阵乱量，这回好象没有问题了。通电，有了，1.8A,电流正常了,调节可调,使中点电压为1/2VCC,很快2个通道粗调就完成了,此时K135的G极开启电压约3.5V左右，和用IRFP924/IRFP140的静态工作点差不多。静态工作点调好，通个信号进去看看，翻箱倒柜了一阵，找出个50W/8Ω的线饶电阻，给功放馈入30V/1.8A电源，用LAG-26低频信号发生器送入正弦信号，先接电阻负载，用GS-6的40M示波器进行定性测量。测量结果如下：1、在送入不过载信号时，输出正弦波无自激现象，也看不出波形有失真。2、将输入信号加大，使放大器慢慢进入过载状态，波形的下半部首先出现失真，然后是上半部。3、当波形上下出现削顶失真时，失真状态和双极型管电路完全不同，顶部为半圆形，和电子管的削顶失真很相象，只有当输入半信号为功放刚开始出现失真时的输入信号5倍以上，才会出现和双极性管一样的削顶失真。4、在电阻并联一个0.02uF的电容，功放电路仍工作稳定，无自激现象。5、带宽约10-150KHZ-3DB。6、该电路的增益约为4。7、二块功放板的增益不平衡度<1DB。呵呵呵，这意味着什么？真是个好东东啊，这个电路真是好得出乎我意料之外啊，①项告诉我开环失真不会大于3%。②项证实了此电路的确可以用来补偿空气的非线性。③项说明了10W的输出可以达到30W左右功放的响度。④项证明了这个电路有极佳的容性负载的驱动能力。⑤、⑦项的指标我也很满意，美中不足是⑥项，才4的增益啊……我要有RMS3.2V的0DB输出的音源才可以得到满功率输出，考虑到实际音源一般平均输出为-10 — -20DB，最好是RMS， 10V的0DB输出，我到哪里去找啊……再说，再说，面包会有的，一切都会有的，装配起来再说，经过一个晚上的七拼八凑，终于把所有的东西都组合在一起，通了一下电，没有发现冒烟什么的，测了一下电源，是38V，电流是2.1A，将中点电位调整到1/2VCC，一切等明天拿回家再说。
等第二天下班一回家，马上就开始准备试听新做的功放，家里现在用的器材如下：一台爱多VCD型号里面的D/A IC是PCM1716。当时买回来当天就让我给拆了，将里面电源部分加强了一下，手上刚刚好有好的运放，BB公司的，型号忘记了，顺手将原来机器上用的4558给换掉了，至于像耦合电容，我全部没有换，因为我认为在低档机器上，用普通的电容（像感抗大的之类），还可以帮我滤除一点数码干扰，使机器输出的信号上数字脉冲干扰小一点。音箱是SWAN的M4，每个箱子用了1个R2C的带状簿膜高音，2个F6的纸浆-开芙拉混合盆低音。这个音箱在音响店里怎么看也不显得大，可是搬回家里放在二十几个平方的厅里时，才发现实在是太大了。箱子是好箱子，可惜放错了地方，当初应该买M1.2的（少个低音），信号线是花100元钱从电子市场买回来的洋垃圾，也不知道是什么样子，6N的，有方向标记，和别人花1000块买回来的范丹虎、奥索尼克比比好象也没有什么大的区别，反正是过得去的啦，音箱线原来用华敏2.5的同轴，后来在市场看见一对很漂亮的大约大30MM粗的，也是不知道什么牌子的喇叭线，李滋结构带神经线，280元就背回了家，解析力，声场定位，低音控制力比华敏线好太多了，但这样一来，用我的VCD加LM3886听音乐的话，声底就感觉太硬了，特别是中音，可能是李滋结构吧，高频特性好，将VCD的数字脉冲干扰和LM3886的瞬态失真（MAX19V/US）都给放出来了，想好声除非用那台甲类功放，所以大部分时候我还是用华敏同轴，就声音朦胧点，高低音也少点，但是中音耐听多了。将新做的功放接入系统，通电，开机，由于是OTL，没装延时保护电路，喇叭也没什么冲击，将音量开到最大，哦？有交流声，我知道是怎么回事了，我买的RCA插座是没有绝缘垫的，直接安装在机壳上，结果这点的地不是零电位，产生交流声了，好办，用2根线将插座的接地片和电源的地连起来，好了。耳朵贴喇叭才听的见，可以了。然后开始播放各种各样的软件，半个小时后，对这个功放的优劣有了一个初步的认识。主现评价如下：声场极其开阔，闭上眼睛，感觉不到音箱和墙的存在，高音非常细腻，但是有一种不自然的感觉，低音非常清晰，但是某些频点好象有控制不住的感觉，中音在整个声频范围所占的能量比重和手上其它功放比有所减少，声底是甲类固有的味道。感觉比LM3886要好多了，但比那个甲类功放还有距离，但是，其极其独特的风格，自问是头一次碰到……嗯？那种感觉好象我碰到过的，就是那种高音不自然的感觉，对了，未级无负反馈功率放大器，这几个字出现在我脑海里，想起来了，当初在做那个50KG的“蠢”甲类的时候，看到很多人在那里猛吹未级无负反馈电路，忍不住也模仿了一回，当时高音就是有这种不自然的感觉，听了一个星期，忍不住还是加上环路负反馈，因为失真增加到人耳可以感觉的程度了……照理说单管电路的线性要比推挽的好，但是大功率场效管的那个输入结电容有1000P到3000P（J50/K135是600P左右，所以是名管啦，呵呵）使得10K以上频率失真可以比1KHZ时高一个数量级。对了，我还有个电阻还没有改回来呢，那个电阻可是有负反馈的作用的啊，改过来，再接好听，好多了，好多了，连低音也改善了许多。这个是由于负反馈加深后，失真减少，功放的阻尼也得到改善的原故。有门了，那我再加深点负反馈，将22K电阻改成10K。“呼——”我叹了口长气，真不敢相信，这个是3个管子做的功放？它在播放音乐的那种感觉，比我原来的那个用几十个管子辛辛苦苦做起来的甲类还要好，太恐怖了吧？一个电话，把能叫的通通都叫来了。一小时后，大家异口同声的向我提意见：声音太轻了……不过瘾……我倒，我手上又没有前置放大器，前面由于不断地增加负反馈，结果现在的声音比原来轻了不少，我估计大概只有3，甚至还不到的增益了，看了看电路图，将R5改小一半，试试，这个电阻会对输入信号进行分压的，改小了声音应该会变大点，说改就改，不，不会吧，声音是响了点，但是，我就算不管其它，声场呢，就和LM3886一个模样了，改回来再说，道理我慢慢再想，哥几个，你们就竖起耳朵听吧，今天是没办法了。
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