CN1114798A

CN1114798A - 顶级高保真(Hi-End)电子管放大器之各种串联、桥联电路以及电源滤波电路

Info

Publication number: CN1114798A
Application number: CN 95104928
Authority: CN
Inventors: 陈国富
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1996-01-10

Abstract

本发明涉及的顶级高保真电子管放大器，它采用一系列完全不同于现有技术的新技术：各种类型串联前置放大电路、桥联倒相电路、桥联推动电路、并利用稳压二极管之齐纳击穿特性、对大讯号产生局部电流正反馈、功率输出与高阻抗音箱匹配、无输出变压器以及与之配合的多次整流、梯级电容电源滤波器具有高抗干扰及低噪声之功能。按此发明制作的电子管放大器，具有频带宽，噪声低,功率大，效率高，动态大及失真小的特点。

Description

顶级高保真(Hi-End)电子管放大器之各种串联、桥联电路以及电源滤波电路

本发明涉及的是制作顶级高保真(Hi-End)电子管放大器之各种前置、倒相、推动及功率放大电路，其特征是：全对称平衡式串联及桥联电路。输出讯号为无静态直流分量的纯交流讯号，并对强讯号具有局部电流正反馈，末级功率输出无输出变压器，要求音箱为高阻抗音箱(＞＞8欧姆)。放大器的电源由高抗干扰、低噪声电源滤波电路提供，其特征是：多次整流、梯级蓄能。

现有技术中电子管有三种基本电路：阴极接地、屏极接地及栅极接地。它们都采用纯电阻作负载，这些放大电路在输出被放大讯号的同时，还伴随着直流分量，鉴于这一直流分量的存在，淹没了最微弱的讯号并诱发噪声，因而限制了放大器的质量，这类放大器不具有对称与平衡的特性，极易受到外界干扰，稳定性差，很容易自振，常常需要采用大环负反馈。

本发明的目的是采取另一种完全不同于现有技术的方式，提供顶级高保真(Hi-End)的电子管放大器之各种前置、倒相、推动与功率放大电路以及相配合的电源滤波电路，即提供一种完全不同于现有技术之电子管放大器的各种全对称平衡式串联、桥联电路，并在强讯号时具有局部电流正反馈，末级功率电路为桥联无输出变压器直接输出，相匹配的音箱必须是高阻抗音箱。

本发明中采用了稳压二极管，不仅为电子管在小讯号时提供了固定栅负压，更重要的是，在大讯号时，稳压管被击穿，电压下降，反馈给栅极一个正讯号，亦即是在大讯号时具有局部电流正反馈作用，这极大的加强了电子管放大器的瞬态反应速度与“爆棚”力度，不同于现有技术，本发明中的各种电路均是完全对称平衡的，即使有局部正反馈也不会引发自激。

(一)串联前置放大电路

1、电子管负载型【附图一，(A)，(B)】

两支相同的电子管串联连结，共有二种型式，其一为电子管作负载的阴极接地型；其二为电子管作负载的屏极接地型；在上述两种型式中使用稳压二极管D_u与D_d分别为上、下端电子管提供固定栅负压，并且在大讯号时有电流正反馈。

由于电子管本身的直流电阻与交流电阻不等，当用固定栅负压相同的电子管作负载时，则可保证负载的直流电阻与交流电阻与工作电子管完全相同。这不仅保证了输出讯号、对电源中心点而言，无静态直流，而且干扰噪声将自动抵消，这是最为理想的低噪声前置放大器。

2、恒流型【附图一，(C)，(D)】

两支相同的电子管串联连结，共有二种型式，其一为上端电子管作恒流负载，下端电子管作阴极接地放大，中心点为输出端；其二为上端电子管屏极接地放大，下端电子管作恒流负载，中心点为输出端。

现有技术中之SRPP电路与第一种恒流型串联放大电路很相似，但在SRPP电路中输出端不在中心点上，不具有本电路的对称平衡特性。

3、混合型【附图一，(E)，(F)】

两支相同的电子管串联连结，共有二种型式，其一为上端电子管作恒流负载，下端电子管用稳压二极管提供栅负压作阴极接地放大，其二为上端电子管用稳压二极管提供栅负压作屏极接地放大，下端电子管作恒流负载，中心点为输出端，在上述电路中局部电流正反馈比较弱。

(二)桥联倒相电路

倒相电路在高质量放大器中具有非常重要的作用，现有技术中有三种常见电路：1)分割式；2)长尾式；3)变形阴极耦合式。这些电路有诸多缺点，例如：不能全频段实现振幅相等相位相反；有静态直流分量；不具有对称平衡特性等。

本发明中的桥联倒相电路完全不同于现有技术，其特征是，完全对称平衡，在宽频带范围输出振幅相等，相位相反的平衡讯号，并且没有静态直流分量、其功能相当于一支理想的倒相变压器，还具有对大讯号的局部电流正反馈。

四支相同的电子管桥联连结，两对电子管各构成桥之左右臂，共有六种基本型式【附图二，(G)，(H)(I)；附图三，(J)，(K)，(L)】，可分四种类型。

1、电子管负载型附图【附图二，(G)】

四支相同的电子管桥联连接，两对电子管各构成桥之左右臂，用4只稳压二极管分别为四支电子管提供栅负压，大讯号时有局部电流正反馈。两支电子管分别在倒相桥之左右臂之上、下端作负载用，另外两支电子管为屏极接地与阴极接地。

鉴于屏极接地之一臂放大系数近似为1，频宽远大于100KHZ，中心点输出，其讯号极性与输入讯号极性相同；倒相桥之另一臂为阴极接地，放大系数大于1，频宽远大于100KHZ范围内放大系数为常数，中心点输出，其讯号极性与输入讯号极性相反，为了确保倒相桥之左、右臂中心点输出讯号振幅相同，本发明中用电阻分压电路对输入至阴极接地之臂的讯号进行衰减，调节分压电阻R_T，通过仪器确保倒相桥之左、右臂之输出讯号为振幅相同，相位相反的平衡讯号

2、电子管恒流型【附图二，(H)】

四支相同的电子管桥联连结，两支电子管分别在左、右臂之上、下端作恒流型负载，另外两支电子管分别为屏极接地与阴极接地，并用电阻分压电路对阴极接地之输入讯号衰减，调节是电阻R_T，通过仪器确保倒相桥之左、右臂之输出讯号为振幅相同，相位相反的平衡讯号。

3、混合型【附图二，(I)，附图三，(J)，(K)】

共有三种电路，电路(I)由串联放大器(E)与串联放大器(F)并联；电路(J)由串联放大器(A)与串联放大器(D)并联；电路(K)由串联放大器(C)与(B)并联，同样用电阻分压电路对阴极接地臂之输入讯号进行衰减，并调节R_T的阻值，以确保桥左、右中端输出讯号为平衡讯号。

4、电阻负载型【附图三，(L)】

两支电子管与两只电阻R_u，R_d桥联连结，选择电阻值保证另讯号时，桥之左、右臂中心点的电压为电源电压之一半，同样用电阻分压电路对阴极接地臂之输入讯号进行衰减，并进行调节。

(三)桥联推动电路

推动电路对平衡讯号(即相位相反，振幅相同的一对讯号)进行电压放大及小功率放大，然后推动末级大功率电路。

本发明中推动级同样是对称平衡式桥联放大电路，输入平衡讯号之正讯号分别输入至左臂的上端与右臂的下端；负讯号则恰恰相反，输入至左臂的下端及右臂的上端，经放大的平衡讯号由桥的左右臂之中端输出。

1、电流正反馈型【附图四，(M)】

四支相同电子管桥联，用稳压二极管提供栅负压，电阻R_w为桥联放大之负载，经放大后的平衡讯号由负载电阻R_w两端输出，R_w之阻值可根据情况调节。

2、外接固定栅负压型【附图四，(N)】

四支相同电子管桥联，不用稳压二极管，固定栅负压由外电源提供，其余与上相同，

(四)无输出变压器之末级桥联功率输出电路【附图五(O)】

半导体三极管有NPN与PNP两种类型，以及作为电流放大元件具有内阻低特点，因而广泛使用桥联功率输出电路并匹配8欧姆阻抗的音箱，但是电子管只有一种类型，内阻非常高，因而现有技术中与电子管功率输出级相匹配的是输出变压器，有人照抄半导体的OTL及OCL电路，想在电子管功放中也不用输出变压器，但因为解决不了电子管输出阻抗与音箱阻抗的匹配问题：即使用低内阻的三极管作功放，输出阻抗也在180欧姆以上，然而音箱的阻抗仅为8欧姆，虽然有人不顾这一问题，设计与制作了OTL及OCL电子管输出级，但实际效果很差：输出功率小、效率极低，不稳定，大直流通过音圈，悬空输出，音质差等，这些诸多缺点把不用变压器优点全部抵消，因而不受重视。

桥联功率电路的难度远远超过OTL及OCL，由于上述原因，尚无人敢于设计与制作电子管桥联功放。

本发明中之所以采用桥联功率输出电路，其根本原因是本人发明的“一种不需分频器的高保真音响系统音箱(93118988.4)”解决了现有技术中Hi—Fi音箱的阻抗不超过8欧姆的限制，该音箱系统的阻抗可以根据功率输出电路的要求制作，所以匹配的问题完全解决。

桥联功率输出级电路具有完全对称平衡，电路简单，不使用输出变压器，效率高，即使工作在A类效率也不低的优点，与本人发明的音箱匹配，全部优点都得到发挥。

桥联功放电路【附图五，(O)】由四只低内阻功率管桥联，外电源提供固定棚负压，输入平衡讯号由桥联推动级提供(小功率输出时，也可由桥联倒相电路提供)，输出功率讯号推动与之相匹配的高阻抗音箱(静态阻抗180欧姆以上)。

(五)高抗干扰、低噪声电源滤波电路

现有技术中电源滤波器通常为∏型RC或LC电路，交流电经全波或桥式整流后通过上述滤波电路后为放大器提供直流电源，这类电源滤波电路有下述缺点：

1)交流电经全波或桥式整流后，除产生了直流分量外还有高次谐波，这些谐波经电解电容构成回路，由于电解电容的质量问题，常常形成噪声源。

2)单只电解电容直接与二极管相连，当电容充电至高压时，常常将整流二极管截止，只有电容放电后，二极管又才开通；这种断断续续地开关，产生高频噪声。

3)现代家电在电源中产生的数字噪声，也极易窜入放大器前级产生高频噪声。

对高质量的放大器而言，高质量的直流电源是至关重要的，本发明提出了一种高抗干扰，低噪声滤波电路，其特征是，多次整流梯级蓄能。

1、二极管多次整流、梯级电容滤波电路【附图五(P)】

即在多级∏型滤波器中用二极管代替电阻，交流电经桥式整流后的直流分量对电解电容充电，部分高次谐波被二极管再次整流，又产生部分直流分量，并对下一级电容充电，同时通过的部分谐波又被下一极整流二极管再次整流，如此类推，经多次整流后全部高次谐波及电源中的高频噪声将被转化为直流，另一方面，阶梯联结的电解电容间始终存在电压差，高一阶的电容始终对下一阶电容充电，所有的二极管始终处于导通状态，因而没有二极管断断续续开通与电容充电，放电的高频噪声。

2、桥式多次整流、梯级电容滤波电路【附图五(Q)】结构与二极管多次整流、梯级电容滤波电路相同，只须将整流二极管用整流桥堆代替。

综上所述，本发明是实用化的不使用输出变压器的顶级高保真电子管放大器。

本发明中提出的制作顶级高保真电子管放大器之各种电路均为具有完全对称与平衡特点之串联与桥联结构，输出讯号为无静态直流分量的纯交流讯号，无输出变压器，直接与高阻抗音箱匹配，是电子管放大器技术中突破性进展。

按此发明制作的电子管放大器，具有频带宽，噪声低，功率大，效率高。动态大及失真小的特点，配合高阻抗音箱，其音响效果足以挑战当今世界任何顶级晶体管(电子管)放大器与任何类型顶级音箱。

附图六为本发明的一个具体实施例：

A、前级放大器【附图六，(R)】

前置放大由两支6N3双三极管担任，第一只6N3担任电子管负载型阴级接地串联放大，第二只6N3担任电子管负载型屏极接地串联放大，桥联倒相电路由另外两只6N3担任，作电子管负载型桥联倒相，八只2.3V稳压二极管提供八支三极管的栅负压。

由上述四支6N3制作的前级放大器，具有低噪声，低失真，频带宽，以及对大信号的局部电流正反馈功能，极大地加强了瞬态反应速度与“爆棚”力度，桥联倒相电路中的分压电阻R_T经测试后固定。

B、无输出变压器后级功放【附图六，(U)】

由两只低内阻双三极管6N13P桥联而成，外电源提供—30V栅压，电子管工作于A类，音箱为本人发明的高阻抗音箱(一种不需分频器的高保真音响系统音箱装置，专利号：93110988.4)，该音箱的静态标称阻抗为180欧姆。

C、电源【附图七，(V)，(W)】

本实施例中使用双电源分别对前级放大器与后级功放供电。滤波电路采取二极管多次整流、梯级电容滤波电路，对前级放大器供电所用的阶梯电容滤波电路的级数为8，对后级功放供电所用的阶梯电容滤波电路的级数为6。

(六)实际效果

本发明的上述具体实施例配合我自制的高阻抗音箱，根据我近一年的聆听，该音响系统具有高效率、高声压、大动态，纵深的空间感、音域宽阔、澎湃动感、强烈的震撼力、全音域平衡，逼真的现场感，对人声、管风琴、钢琴及交响乐的重播非常完美。

该音响系统配合普通CD机(Pioneer PD-T305)、普通信号线、普通电源线、普通喇叭线，其音响效果明显优于：全嗓子(ACCUPHASE)405合并式功放，日本第一音响(TEAC)VRDS-10NCD机，全嗓子讯号线，英国天郎(TANNOY)同轴音箱D700，8N高度风(ORTOFON)喇叭线、日产电源线”的音响效果。

Claims

1、顶级高保真(Hi-End)电子管放大器，它包括各种类型的前置放大电路，倒相电路、推动电路及功率输出电路。其特征是：全对称平衡式串联及桥联电路，静态时无直流分量，并利用稳压二极管之齐纳击穿特性。对大讯号产生局部电流正反馈，功率输出不用输出变压器，相匹配的音箱是高阻抗音箱(＞＞8欧姆)，与之相配合的高抗干扰低噪声电源滤波器之特征为：多次整流、梯级蓄能。

2、根据要求1所述之高保真电子管放大器，其基本要求：六种类型前置串联放大电路，六种类型桥联倒相电路，两种桥联推动电路及无输出变压器之桥联功率放大电路与稳压二极管置负栅压电路以及两种类型多次整流梯级滤波电路。

3、束射四极管及五极管同样适用于上述各种电路