胆耳放实验制作之---<实战案例_6C33C-B>前级改进...

sword_yang

按原来打算,本实验制作还有两个续篇<渐入佳境>和<浪迹江湖>,由于邮购的EL91等实验器材苦等不到,反而是6C33C-B的全套DD都已经到齐,在下就用这个<实战案例>来取而代之,作为这个实验制作的结束篇了.
   关于6C33C-B这个米格25战机上用过的胆管,以前作过介绍,说过的这里就不再赘述.作为一个功耗很大的胆管,为什么选用它来作耳放呢?在下主要是看中其低内阻特性:这个管子的内阻为80欧姆,这在电子管里是极为少见的.记得在下选用电流可达+/-10A的功率运放LM12来作耳放时,自己也颇觉BT......后来看到铁三角的AT-HA2002选用了电流高达45A的末极管(2SK2955,2SJ554),才知道有更BT的......大家都知道:我们平时
听音乐就平均功率而言,并不需要很大,但是音乐中包含了大量的瞬时值极大的脉冲成分,作为一个要毫不妥协地处理排山倒海般的大动态交响音乐的功率放大器,就不能仅仅考虑平均功率了,只有选用功率容量充沛的器件才能保证输出级在大动态高潮来临的时候毫不脚软!
   6C33C-B的屏极耗散功率为60W,我们的耳放输出功率设计目标是3W(实际使用的平均功率不到100毫瓦),可见富裕量很大.
本机的原理图见图1. 让我们从6C33C-B的特性曲线开始, 从末极到前级来完成一个胆耳放的设计.
一.功率输出级
   6C33C-B的Ep-Ip特性曲线如上图3,它表示了在屏极电压/电流在不同的栅偏压下的变化曲线族.利用它我们可以确定一个电子管放大器的三大要素:
    (1).工作点
    (2).负载线
    (3).输出功率
   这三者其实是互相关联的,在甲类放大中(本文只讨论甲类放大,下面就不再特别指出),所谓"工作点"就是负载线的中点,而负载线确定了,输出功率也就确定了.

1.工作点的选取:
   一个合理的工作点要考虑:
      *管子的电流,电压,功耗均不能超出其最大允许值;
      *综合输出功率,线性范围来考虑屏极电流,使得功耗合理.
   在我们的示例中,考虑到耳放的输出功率不大,我们将屏极电流选在200MA,屏极电压为100V,这就是图中绿色线的交点,此时的静态功耗为20W,远小于管子的最大屏耗(60W).从图中还可以看到,此工作点所对应的栅负压为-30V;
2.负载线的确定:
   综合多方资料,6C33C-B的最佳负载阻抗为600-800欧姆,这里选取600欧姆.
   这样我们可以确定负载线了:
   首先,先图中任意选取一个电压值(例如140V),找到600欧姆下的电流坐标(140/600=230mA) ,做出这条斜线(图中的黄线),我们称它为参考线;
   然后作负载线:在图中画出和参考线平行,与工作点相交的一条直线(上面一条粉红色线),这就是我们要的负载线啦.
3.输出功率检查:
   有了负载线我们就可以通过查找最大,最小电流(电压),来计算输出功率了.
   从工作点往原点方向看,我们可以找到与栅偏压=0(栅偏压当然不能为正!)这条曲线相交的一个点, 这就是胆管的最大电流点了(蓝色水平线表示,约为320mA). 从这一点垂直下来的蓝色线表示,此时的对应的屏极电压为30V;
   再从工作点往右边看,我们可以找到与栅偏压为工作点(-30V)两倍的另一个点(-60V),这就是胆管的最大屏压点了(150V),这一点同样可以得到电流的最小值(130mA).

根据算术平均值公式:
                  Pout=(Imax-Imin)*(Vmax-Vmin)/8

我们可以得到:         
            Pout=(0.32-0.13)*(150-30)/8=2.85W

   比较接近我们的目标(3W),对于毫瓦级的耳放来说,这点负偏差无关紧要!                    
   到此为止,一个胆耳放输出级的三大要素就确定了,当然我们还可以从以上曲线利用下面公式算出二次谐波失真：

                  D2=((Imax+Imin)/2-Ip)/(Imax-Imin) *100%

   不过,在下在实测中发现,这个公式算出来的偏差很大(主要是正偏差),没有太大的参考价值.
   我们的电路,采用固定栅偏压,也就不必去计算阴极电阻了.当然在电路调试中我们可能会加入由不旁路的阴极电阻来作局部负反馈,这只需要调整偏压值来予以抵消就OK啦.

二.电压推动级

   电压推动级我们用了两个前苏联的三极管,6H8C和6H9C(相当于美国的6SN7,6SL7),前级放大用放大倍数较高(u=70)的6H9C,以获得足够的电压增益;  缓冲级用动态范围比较大的6H8C,来满足对于输入摆幅比较"大胃口"的6C33C-B的驱动.
   缓冲放大级的电压增益略小于1,主要是管子驱动参数和阴极电阻选取,这里就不多分析了.
   电压放大级:
   从前面功率输出级的分析我们得知:6C33C-B需要的驱动电压为+/-30V,这比一般的五极管要大,相当于2A3,300B一类直热管的水平.这个电压,也就是对前级电压放大的输出摆幅的要求.
   来自前端的信号有多大是决定放大倍数的又一要素。以现今CD输出平均有2.83Vp-p，保守一点,我们取1.5V,也就是要求前级电压放大倍数为

                       60/1.5=40(倍)

   除了放大倍数,我们也还要考虑前级的输入动态范围,作为推动级,我们当然不希望它在功率级还没过荷时它就提早过荷。因此,前级的工作点必须选在-1.5V或以上才能确保不产生过荷。
   前级放大器当然也可以用类似前面作负载线的方法来设计,但是由于前放的宽容度较大,我们从厂家推荐的设计图表就可以得到符合需求的
相关参数了. 图4是6SL7(6H9C)的电压放大参数表:
   我们选取第三栏:
                  Rp=Rs=240K,    Rg1=100K   Ebb=300V   Rk=2.1K   

   这时候的放大倍数Gain=42    输出电压Eo=44V(RMS)   Eo的峰-峰值大于100V,完全可以满足我们的要求.
   看到这里,诸位是不是有点发晕?    理论就是这么枯燥!---------谁叫我们当年去学这个劳什子理科呢!

鸣谢: 感谢子木提供他的"画笔CAD库",在下才得以画出这种色彩鲜艳的原理图.......呵呵!

(有关制作的图片整理中,随后贴上)

*改进型的SRPP电路图见图2