用6P1制成的25W仿麥景圖功率放大器
最近制成二部單聲道膽管功率放大器，音質(zhì)不錯(cuò)。因全部使用小九腳花生管，因而造價(jià)低廉，體積也較小。每聲道不失真輸出功率為25W。機(jī)箱利用兩只舊儀器機(jī)殼，每只尺寸260mm×150mm×320mm，正面用8mm厚不銹鋼板加工了一塊面板，很有一種成品高檔機(jī)風(fēng)度。
電路及元件選擇
電路以本刊1997年第7期《麥景圖電子管功率放大器》為藍(lán)本適當(dāng)進(jìn)行增補(bǔ)而成，見圖1。電路選擇麥景圖放大電路，是看中了該放大器的高效率及低負(fù)載阻抗。正如《麥景圖電子管功率放大器》一文作者所述：單端推挽電路“它的負(fù)載阻抗降低到普通推挽電路的1/4。這樣低的負(fù)載阻抗與制作輸出變壓器非常有利，而且對頻率響應(yīng)、失真度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能做得很好”。同時(shí)“由于采取了陰極反饋的方式，故失真較小，頻率響應(yīng)范圍也較寬”。實(shí)踐證明這些結(jié)論是正確的。從而，優(yōu)秀及巧妙的電路，極大的方便了業(yè)余條件下在制作中選用普通元件及廉價(jià)器材。從膽管到輸出變壓器，取材方便，造價(jià)低廉，同時(shí)，整機(jī)性能又能夠得到很好保證，這些均是本設(shè)計(jì)方案的可喜特點(diǎn)。在業(yè)余條件下，成功的設(shè)計(jì)使該放大器成為了一個(gè)較完美理想的組合。
功率膽管選用6P1，主要因素是因?yàn)楣P者存有相當(dāng)數(shù)量現(xiàn)貨，本著節(jié)約發(fā)燒的原則，盡可能將其利用發(fā)揮效益。同時(shí)6P1外形小巧，有利降低機(jī)身高度，以利外形美觀。對廣大燒友而言，6P1價(jià)格低廉，社會(huì)擁有量大，方便取材，是個(gè)不錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。使用6P1的缺點(diǎn)是該管功率較小，內(nèi)阻大，這是6P1在發(fā)燒膽榜中無名的致命弱點(diǎn)。其實(shí)解決6P1這些弱點(diǎn)很簡單的辦法就是將其并聯(lián)使用。我們知道電子管并聯(lián)運(yùn)用比較單管運(yùn)用時(shí)的特性是：輸出功率增大一倍；最佳負(fù)載電阻減半；非線性失真系數(shù)保持一樣；極間電容和分布電容相應(yīng)增大同樣倍數(shù)。前面三點(diǎn)對制作音頻功率放大器顯然有利，后一點(diǎn)則將使放大器高頻特性變壞，同時(shí)通過跨路電容反饋而使放大器有可能產(chǎn)生自激振蕩。因此一般并聯(lián)電子管的數(shù)目不超過二至四個(gè)。本電路取二只并聯(lián)，并聯(lián)后6P1視在內(nèi)阻相當(dāng)于6P14，為20kΩ，優(yōu)于6P3P。最大陽極耗散功率遠(yuǎn)大于6P14，甚至大于6P3P。為防止產(chǎn)生自激，每只6P1控制柵串接一只560Ω電阻。至于高頻特性變差則在選取電路上及其他元件的選取和輸出變壓器制作上想法彌補(bǔ)。
本機(jī)推動(dòng)級采用6N1。在設(shè)計(jì)時(shí)限于現(xiàn)有鐵芯尺寸，將負(fù)載扼流圈L2設(shè)計(jì)為1000Ω，交流阻抗偏小，這是導(dǎo)致本機(jī)輸出功率限于25W，而本機(jī)效率沒有得到充分發(fā)揮的重要原因。曾試用更細(xì)的漆包線重繞扼流圈，以增加繞匝，同時(shí)增加V-負(fù)壓值(另外用試驗(yàn)電源加上去的，因扼流圈直流阻抗增加后，由此產(chǎn)生的壓降相應(yīng)增大，必須增加負(fù)壓供電值，以保持柵負(fù)壓不變)，結(jié)果是輸出功率上去了，但6N1屏極發(fā)紅，使實(shí)驗(yàn)沒有再進(jìn)行下去，如要提高則需再花點(diǎn)時(shí)間。
倒相級也采用6N1。曾試用過6N2、6N3，測試出效果不及6N1好。這里應(yīng)該提請注意的是，設(shè)計(jì)該級時(shí)千萬要將屏極供電電壓取較高值，電壓一低則會(huì)立即產(chǎn)生削波，對整機(jī)性能產(chǎn)生明顯影響。
前置級使用一只6N3接成SRPP電路。該電路的特點(diǎn)是輸出阻抗低，通頻帶寬，十分適合在高保真電路中用作輸入緩沖。本人曾多次使用本電路，每次都成功，不用調(diào)試，不失真保證程度極好。6N3因最大陰極燈絲間擊穿電壓為100V，燈絲又因直流供電而接地，在SRPP電路中6N3陰極第2腳為第4腳屏極電壓的一半，由此第4腳屏極供電電壓應(yīng)≤200V，本機(jī)取180V。
音頻輸入插口設(shè)定為一只，為CD或VCD專用，目的是簡化結(jié)構(gòu)，以防增加串入噪音的途徑。輸入靈敏度定為180mV，適配一般CD與VCD。本機(jī)不設(shè)音調(diào)控制及等響度控制電路，主要目的也是為了簡化電路，保證音質(zhì)。試聽表明，小音量時(shí)低音表現(xiàn)同樣充分，原汁原味地放大，夸張些說真有些加一點(diǎn)嫌多，減一點(diǎn)嫌少的感覺。
全機(jī)除R30、R31為10W線繞電阻外，其余電阻均采用金屬膜電阻。其中R9、R10、R23至R26功率采用2W，其余金屬膜電阻功率均采用1W。級間耦合電容均為一只普通CBB電容與一只高檔“新德克”音頻專用電容并聯(lián)。陰極旁路電容均為一只鉭電解電容與一只CBB電容并聯(lián)。目的是為盡力改善高音音質(zhì)，效果是明顯的。
音量電位器采用自制步進(jìn)式電位器，有效地解決了普通產(chǎn)品壽命不長，容易引進(jìn)調(diào)節(jié)噪音的問題。因?yàn)槊柯暤雷猿蓡螜C(jī)，音量電位器也就采用單聯(lián)形式，共設(shè)計(jì)成11段步進(jìn)控制，左右聲道音量平衡精確，使用效果不錯(cuò)。切換開關(guān)選用小型磁質(zhì)1×11波段開關(guān)，電阻使用1/4W五色環(huán)精密金屬膜電阻。各段電阻阻值是依據(jù)指數(shù)關(guān)系經(jīng)粗約估算，選現(xiàn)有電阻焊接而成。具體電路見圖2所示。因分11段控制略嫌少，設(shè)計(jì)中將前10段定位在家庭使用可能承受的音量范圍內(nèi)，最后一段才跳升到最大功率量。因最后幾段極少使用，實(shí)際運(yùn)用中不會(huì)有什么不適感覺。經(jīng)試聽本方案是行之有效的。
本機(jī)前置級及倒相級燈絲使用直流供電，有利降低交流噪聲。推動(dòng)級及功放級燈絲使用交流供電，有利降低功耗，只是注意該燈絲繞組接成中點(diǎn)接地，有利改善交流干擾。
整流二極管如有條件可選用快速二極管，直觀的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，發(fā)熱少，效率高。D17為φ3mm紅色發(fā)光二極管，用作開機(jī)指示。
變壓器的設(shè)計(jì)與制作
1、扼流圈L1
找到兩只舊儀器上使用的成品扼流圈，鐵芯容量約為50VA，實(shí)測電感量為7H，可容電流2A，用在本機(jī)綽綽有余。如果自制，工藝也簡單，線徑可采用φ0.44mm的漆包線在線架上繞滿即可，鐵芯采取順插方式。
2、扼流圈L2
見圖3所示，采用截面積為19mm×28mm市售家電電源變壓器鐵芯，選線架為“王”字型一種，正負(fù)兩相繞組各自繞于一個(gè)線槽中每槽用φ0.14mm漆包線繞1837T。因兩個(gè)線圈中的直流電流方向相反，直流磁化作用能相互抵消，因此鐵芯采取對插方式。
設(shè)計(jì)計(jì)算：
鐵芯截面積 1.9×2.8=5.32cm2
去漆后截面積(查表) Sc =4.84cm2
平均磁路長度(查表) Lc =10.9cm
設(shè)定每繞組阻抗為 Z =1000Ω
最低頻率設(shè)定 f =30Hz
電感量(簡化)： L=Z/ 4.5×f =1000/ 4.5×30≈⒎4H
每組匝數(shù)： N=450 (L×Lc / Sc)1/2=450 (7.4×10.9 / 4.84) 1/2≈1837T
3、電源變壓器T1
因是單聲道設(shè)計(jì)，電源變壓器共需做二只。鐵芯采用150VA工業(yè)用控制變壓器鐵芯。
設(shè)計(jì)計(jì)算：
鐵芯截面積： ⒊4×⒌2=17.7 cm2
去漆后截面積(查表) 16.6cm2
導(dǎo)磁率(估計(jì)值) 12800高斯
伏匝數(shù)簡化計(jì)算： 45/(16.6×1.28)=2.1178
一次側(cè)： 2.1178×0.98≈2.01匝/V
二次側(cè)： 2.1178×1.05≈2.22匝/V
具體數(shù)據(jù)見圖4所示，鐵芯采取對插方式，注意在一、二次側(cè)之間加靜電屏蔽層。
4、輸出變壓器T2
因高保真膽機(jī)輸出變壓器要求高，在材料選擇及繞制工藝上都較講究。本機(jī)因獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)，使得在材料的要求上有可能降低，允許矽鋼片仍選用150VA工業(yè)控制變壓器鐵芯，只是在多只鐵芯中間進(jìn)行了仔細(xì)選擇。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)進(jìn)幾年生產(chǎn)的這種變壓器中有一部分產(chǎn)品所用矽鋼片質(zhì)量還是不錯(cuò)。這次制作的兩只輸出變壓器所用鐵芯，就是在五只報(bào)廢變壓器中選出來的，繞成后，一次側(cè)電感量達(dá)9H×2，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。矽鋼片質(zhì)量好壞判別的方法可用目測，好片片薄且輕，表面呈細(xì)顆粒狀，折彎時(shí)發(fā)出干脆的炸裂聲，折斷一片大約只需一二次，斷口不齊，有晶亮顆粒。而那種表面光滑、片厚質(zhì)重，難折斷者不可取。實(shí)驗(yàn)證明同一規(guī)格鐵芯中，因廠家不同、生產(chǎn)時(shí)間不同，制成變壓器的電感量可差40-50%。這種好片的導(dǎo)磁率可按1.35萬高斯設(shè)計(jì)計(jì)算。
考慮保證高保真輸出變壓器繞制工藝及繞制方便，先花點(diǎn)時(shí)間做一只線圈骨架實(shí)際是很合算的事。線架材料選用2mm厚環(huán)氧樹脂板，按圖5加工成片，再裝配成型，線架成“王” 字型方便分段交叉繞法，中間隔片有一頭稍短，用作出線頭連接處。因單端推挽用輸出變壓器一次則須雙線并繞，較難排線，可用亂繞法，只是注意均勻即可。一次側(cè)分三層六段，二次側(cè)分二層四段，夾在一次側(cè)中間。絕緣紙可選用電纜紙牛皮紙之類。因聚脂膜電介常數(shù)較大，繞輸出變壓器不宜選用。同繞組層間可不用絕緣紙，只須在繞組之間墊上二層。繞制時(shí)注意在每個(gè)線頭上吊上編號，以便連線辨認(rèn)。繞法見圖6、圖7所示。
設(shè)計(jì)計(jì)算：
6P1單管內(nèi)阻 40KΩ
兩管并聯(lián)內(nèi)阻 40÷2=20KΩ
并聯(lián)最佳負(fù)載阻抗 20KΩ÷10=2KΩ
屏屏負(fù)載阻抗 2KΩ×2=4KΩ
單端推挽負(fù)載阻抗 (R P-P ) 4KΩ÷4=1KΩ
鐵芯截面積 3.4×5.2=17.7cm
去漆后截面積(查表) Sc=16.6cm2
鐵芯磁路長度(查表) Lc=17cm2
設(shè)最低頻率為 f =30Hz
一次側(cè)電感量(簡化計(jì)算) LP=R P-P/(186×0.8)=6.72H
線圈匝數(shù) N1=450(LP×Lc/Sc)1/2=450(6.72×17/16.6)1/2≈1164T
N2(4Ω)=N1/(R P-P/4×0.85)1/2=1164/(1000/4×0.85)1/2≈80T
N2(8Ω) =1164/(1000/8×0.85)1/2≈113T
試制過程中曾按理論：R P-P=膽管輸出內(nèi)阻的1/8-1/10，試取6P1兩管并聯(lián)輸出內(nèi)阻的1/8，即： R P-P= 20K×1/8=1250Ω，繞成后不及上面數(shù)據(jù)繞制的不失真輸出功率大。
整機(jī)安裝與調(diào)試
每聲道按圖8制一只機(jī)架，共二只。機(jī)架用2mm厚鐵板制成后鍍鋅，機(jī)架高40mm。
每聲道共四只變壓器，各變壓器安裝方式及位置應(yīng)充分重視，相互之間成垂直安裝。電源變壓器采取臥式安裝，輸出變壓器采取立式安裝，以減少磁路短路損耗。
信號輸入蓮花插座應(yīng)使用帶絕緣板一種，以利一點(diǎn)接地。
揚(yáng)聲器接線柱采用老式儀器上拆下的地線接線柱，為銅質(zhì)鍍銀，質(zhì)量也應(yīng)是上乘。
照圖安裝，全機(jī)一般無過多調(diào)試。調(diào)VR2使6P1控制柵相對陰極為-12.5V。R13、R14在自動(dòng)平衡倒相電路中一般為同阻值，本機(jī)在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)同阻值時(shí)，V5、V6輸入端波形幅度不對稱，當(dāng)將R14換成430K后，正反波形才趨對稱。
用日本“菊水”7060A數(shù)字示波器對本機(jī)進(jìn)行簡單測試，音頻輸入接180mV(有效值)1KHz正弦波，輸出接8Ω電阻負(fù)載，將音量開至最大，輸出端測得交流有效值為14.2V(P=14.22/8=25W)，無削波現(xiàn)象，波形對稱性好。輸入接180mV1KHZ方波，輸出接8Ω電阻負(fù)載，25W滿負(fù)載輸出時(shí)，方波響應(yīng)極好。
配以“小旋風(fēng)”EL—03音箱試聽，總的感覺是膽機(jī)的甜潤在這里表現(xiàn)得很充分。低音富有彈性、有力。高音清晰、不刺耳。試開較大音量，沒有石機(jī)那種吵人聽不下去的感覺。此時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)念頭是，馬上把那臺花二千元買來的成品石機(jī)換下來。
發(fā)表于《無線電與電視》1997年第七期
電原理圖及加工制作圖參見該原文
