FU50单端甲类电子管放大器

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FU50单端甲类电子管放大器

    作为一个电子管的生产大国,我国生产出了许多优秀的电子管,其中就有很多适合做音频放大的电子管。有一款电子管无论从价格还是效果上来说,都是值得推荐的,该管就是我国生产的FU50,它也曾广泛地运用于广播和通信中,当FU50接成三极管时,其特性曲线比较接近名管300B,接成三极管时的工作状态,其播放效果也是非常不错的,再加上价格并不贵,因此还是值得推荐给各位音响爱好者的。

一.原理简介
    电子管甲类功放的放大工作点一般来说都是工作在电子管特性曲线的中心点,并对输入信号进行放大是双向对称的.工作点基本上是选择在特性曲线的直线段内,所以甲类的失真相对来说比其他的类型的电路要低些,再加上电子管单端甲类的偶次谐波含量较高,因此使得甲类单端功放播放出来的音乐特别润泽、特别甜美动听。
    本文介绍的功放主要遵循以上的路线,并且考虑到使用成本不高的元器件来做出好效果的基本原则来制作本机。本机的电路图如图1所示。
 
    相对高驱动电压的电子管来说FU50的驱动电压要求并不是太高,但为了保证有足够的驱动力和较低的失真,本机电压驱动部分还是使用了两级放大来驱动FU50,前级输入放大管Ql(6N8P)为双三极管,Q1的一半作为信号放大,另一半管充当末级管的电压激励放大,即使用了两级共阴电压放大电路,该组合仍具有较强的电压放大能力I有着较好的频向和较好的相位特性。由于6N8P属于低“管,因此我们采用了两级共阴作为电压放大,使它能够产生足够的增益来达到驱动后级的目的。FU50是一个五极管,将它接成三极管的工作形式,它所需要的驱动电压虽然不算低,但该共阴组合完全能够满足该管驱动所需要的电压。由于6N8P的“值较低,用该管做电压放大时也较容易获取低失真的电压放大信号,并能有效地降低整机的失真度。由于共阴组合较适合用于音频放大电路中,因此也被国内外许多音响厂家广泛地运用。
    6N8P的电气参数和性能均较适合为本机电压放大级的放大管,6N8P电气参数见表1,其特性曲线如图2所示。6N8P的国外型号为6H8C(前苏联OTK产)、6SN7GT、6F8G、CVl81、QB65 (欧美型号)。
 

    图1中R1为电压放大管的栅极电阻,它不仅决定着输入阻抗的大小,同时又是输入信号的负载电阻,R2的主要作用是起隔离保护和消振,R3为该级的阳极电阻,该电阻的作用就是在该电阻上产生一个放大的信号电压,即当该级电子管栅极回路加入一个交流信号电源时,就会在阳极负载电阻R3上产生交流电压降,该压降能使屏极与阴极间得到一个放大了的信号电压。R4、R5为该级电子管的阴极电阻,R4、R5不但为栅极提供了栅负压,同时又是本级中的电流负反馈电阻。R5的另一个作用是和电阻R11组成大环路反馈网络,来控制调整整机的增益。两级电压放大级之间采用了直接耦合的方式。直耦能够让音频信号更直截了当地进入下一级,有效地减低了音频信号的损耗,降低了相移,减少了对低频区副频特性的影响。不过取消了该电容后也会使这两级之间的静态工作点受到相互的影响和牵制,同时也增加了调试的难度。电阻R6为本级的阳极电阻,其作用类似于前一级的阳极电阻。R7是本级的阴极电阻,电容C1为本级的阴极退耦电容,C2是电压放大级与功率放大级之间的耦合电容,通过该电容,交流音频信号可以进入功率管的输入级,同时又隔离了电压放大级的直流分量。由于该电容是音频信号的直接流程途径,因此它对音乐的音色走向起着较为重要的作用,同时它的好坏也直接影响到本机的放音效果。C3、C4和R12组成的级间电源退耦电路,主要是用来消除两级间的电源调制的影响和减少屏极电源中的交流分量。
    功率管Q2为Fu50,其电气参数见表2,特性曲线如图3所示。其欧美型号为GY50、SRS552,韵苏联型号为ry50。
 
   
    图1中R8、R10分别是Q2的栅极和阴极电阻,R8r~:gT本级 的输入阻抗,C5、C6为阴极旁路电容,主要是为了提高本级的增益、效率和给本级提供稳定的栅负偏压。FU50jlg.~.R9将Q2接成三极管的工作方式,该电阻可以使g2的电压稍低于阳极电压,同时还能起到一定的消振作用。
    输出变压器是Q2的负载,其品质的好坏很大程度上决定整机的性能,变压器的具体制作图如图4所示。本功率管的工作屏流较高,约有40W的功耗,如果按照其他方式的接法,有可能已经到达最极限的屏耗了,但由于本机采用的是三极管的接法,G2上约有4mA的电流流过,实际阳极上的电压为86mA,阳极与阴极的压降约为425V,实际阳极的屏耗约为36W,低于最大屏耗40W.因此从以上的数据和实践来看是完全成立的,并且实际试听的效果也是非常不错的,再加上功率管的价格比较便宜,因此制作中读者完全没有必要担心由于功率管功耗过大而减短寿命。
 
    电源电路在图1的下部。变压器403V交流经整流桥全波整流,再经过由C7、c8和Ll组成的n型滤波。由于单端功率放大电路对电源的噪声没有像推挽电路那样有抑制的作用,所以单端功放对电源的要求比较高,在选择滤波电容时首选性能优良的无极性油浸电容,其次是电解电容。如果找不到耐高压的电容,需要串联使用时,一定要在电容上加均压电阻,这个电阻的设立主要是使串联的电容电压均等,来达到保护电容的目的。R13、R14是电源的泄放电阻,在关机时电子管停止工作后,这个电阻就会把电容中残存的电能放掉。高质量的电源也是做好甲类功率放大器的最基本保证,因此在制作中应该重点对待。

二.选材制作
   
俗话说“巧妇难为无米之炊”,有了好的线路之后,当然要选用好的元器件了。电阻首选国产大红炮,其次也可以选用国产老式碳膜电阻,从理论上说,用碳膜电阻噪声是大干金属膜电阻.但在我们实际制作中并未出现噪声明显偏大的现象,相反通过使用老式碳膜电阻,还能找到一种久违了的古典式音乐韵味。国产老式电阻的标称见表3(与下面的表4均出自1976年版《电子工业产品汇编》),在选择电阻时尽量用数字表测量,这是因为老式电阻误差比较大。
 
    滤波电容首选无极性电容(如油浸电容、薄膜电容等),其次可以使用国内外的电解电容作为滤波电容(如美国的斯碧、西电,日本的ELNA,国产的天和等)。耦合电容C2由于其特殊性、关键性,应该着重考虑。正好笔者手头上有朋友送的一些丹麦Jensen(战神)铜膜、银膜油浸电容,再加上手头上已有的斯碧VQ油浸、西电油浸、Black Mat(美国黑猫)和国内CZY油浸电容,进行了一个对比,作为较昂贵的电容丹麦Jensen,本来我们是对它抱有比较大的期望,但听的结果却是其表现并没有超越过斯碧VQ、西电和美国黑猫,但它的价格却远高过以上的一些电容。相反,早期国内的油浸电容CZY系列的表现却给了我们一个惊喜。虽然它有着较为古朴的外表,做工也不如国外的电容精美,但其良好的表现却给我们中国人争了一口气。其播放的声音就如其外表,古朴醇和、自然,音乐的韵味值得让人回味。在此我们使用的是CZY油浸电容,而不是CZM或CZJ等系列的电容。关于国产油浸电容的标称请见表4所示,由于我们见到很多人将CJ或CZM误称为国产的油浸电容,其实国内生产的油浸电容就是表上的一些,并不是CJ、CZJ、CZM等系列的电容。同时笔者也进行了论证,推敲许多电容,其结果只有表上注明是油浸的电容才是真正的油浸电容。
 
    通过表3和表4,我们可以选择更适合自己口味的电阻和电容。在听音过程中我们也试听了一些国内外的纸介电容,其声音表现也是非常有自己的特色的,经过这次的试听比较,斯碧VQ、西电油浸,Black Mat.、国产czY等电容的性价比是比较高的,虽然Jensen电容的表现也是不错的,但其高昂的价格使其在笔者的心目中大打折扣。客观地说,昂贵的东西未必是适合自己的好东西,只有适合自己的东西才是好东西,因此我们在此奉劝读者在选择材料时不应该也没有必要去过分追求昂贵的元器件,而应该寻找一些性价比高的元器件。
    Q2的阴极电容也是一个比较关键的电容,应该选择漏电小、性能优良的电容,在此使用的电容也是无极性电容。笔者曾试过该电容对电路的音色表现有一定的影响,使用好电容时感觉声音明显要清晰,低频的鼓点更明朗,而一般的电容却没有这样的表现,可以较为明显地感觉到声音的变化。
    制作过程中布线是非常有学问的一门工艺,在制作的过程中,每一分的心血都能通过机器表现出来,你制作的好坏完全能通过声音体现出来。电子管功放从某些角度来说就像一门艺术,在布线的过程中既要考虑布线的美观,又要考虑布线的合理。布线主要还是要遵循一点星型接地法。一点接地法能够有效地防止放大器的噪声及通过共地线而引入的寄生反馈,布线应按照信号的流程,由末级到前级依次连接。在这里,最好每个声道、每一级都有单独的接地点,然后将这些接地点汇集到整机的总接地点。在布线中,地线应尽量采用粗的裸铜线,另外输入回路也应该远离电源线和输出回路,并且布线时不能走平行线。
    由于输出回路和电源线的工作电流比较大,如果离得过近极容易通过电磁感应在输入回路中’产生干扰。当灯丝采用交流供电时也极其容易产生电磁场使栅极回路产生感应电压而引起干扰,因此在布线中栅极必须远离灯丝的引线,并将灯丝引线绞合起来减少电磁场的干扰。同时栅极的引线越短越好,如果需要接长线的话,最好使用屏蔽线。在输入端的附近接机壳,这是消除交流噪声比较好的一种手段;信号流程要避免大小信号间的串扰,以提高声音的透明度。在制作过程中,既可以按照以上的原则进行搭棚焊接,也可以按照图5所示的电路板来制作,该印板为双面板的设计方式。本电路板在设计中既考虑到了FU50、KT88、KTl00等管的单端使用,同时也考虑到了2A3、300B等管的使用。因此该板也是一块多用途的功放板。
 
    由于本机工作电压较高,在制作过程中一定要注意安全。其次对高压的布线一定要使用高耐压的电线,外层要加绝缘套管。元件安装完毕后,检查无误后即可通电测试了。
    加电前电子管先不要插入,加电后首先观察有无冒烟、打火的现象,有无焦臭的气味。如无以上的现象就可测量灯丝电压,然后再测量高压。当这两个电压正常后,即可加上电压放大管Ql测量信号放大部分的屏极电压,此时应该是108V左右。测量阴极电阻上的压降,应该约为1.8V,此时该级的屏流应该是5.8mA左右。再测激励部分的屏极电压,应该为350V左右。测阴极电阻的压降,应该是118V左右。这时该激励部分的工作电流应该是4.3mA。
    如果以上的测试点基本正常的话,就可以加上功率管了。加功率管时一定要先接上假负载。测功率管的阳极电压,应该约为483V,阴极电阻的压降应该是58V。如果以上的电压基本正常的话,就可以接上音箱来试听了。

三.听音评价
    制作完毕后在试听前,首先测试的是信噪比。如果按照前面的原则来制作,即使整机的灯丝供电均采用交流供电方式,其噪声也是低不可闻的。煲机半个月后本机已基本进入状态,进行试听。
    首先听的是钢琴曲,我们进行试听的碟片为George winston(乔治·温斯顿)的钢琴曲《四季》。先听的曲目为《春》,在试听的过程中,慢慢闭上眼睛倾听着从音箱播放出来的轻音乐,你完全能够感受到万物苏醒、春意盎然的。

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