动手的乐趣_1969功率放大器
2021年6月,在手機上反復看到有關自制1969型甲類功放的文章。文章一再吹噓該功放的聲音是如何的出色,既有電子管的音色又有晶體管的簡潔,是一款自誕生到現在一直充滿生命力的不朽經典云云。加之其結構異常簡單,所用元件又都是易尋的普通材料,于是心動技癢很想一試。
經典的1969甲類功放是一款純粹的后級功放,電路異常簡單,全部電路僅由4只晶體管構成。為了豐富其控制,本想添加一個帶有音調調節的前級緩沖電路。不過,音調控制雖然可以方便地對音色進行修飾,但是也帶來改變音樂原始面貌的問題,考慮到本人在聽音樂時基本都是把各種修飾功能去除,享受原汁原味的音色,現在又何必多此一舉畫蛇添足呢?于是放棄了帶音調控制的想法,重新尋找一款與之相配的純粹的前置緩沖。后來發現一款名為“音樂傳真”的前置緩沖,比較符合條件。“音樂傳真 X-10D“是一款英國名品,自問世后同樣好評不斷,后經國內外燒友的不斷改進與仿制,相當成熟。它由2只電子管構成,使用單路12伏1A交流供電。于是決定就把這兩款簡單但經典的前后級放大器有機結合,作為本功放的主體。
制作前先對這兩個名品的出處進行詳細研究。首先參考了一篇國外仿制1969功放的長文,得知國外的愛好者對1969功放的改進手段主要集中在三個方面:
一、把原來的整流濾波電路改為穩壓供電,此舉主要是改善功放的信噪比。由于甲類功放不同于乙類,其在靜態時即有最大功耗、最大電流。無論輸出多大,電流均不會改變,因此用穩壓供電來改善信噪比是切實可行的。
二、提高增益。由于原設計電路級數較少,因此要求每級的增益都比較高,將部分負載電阻用恒流源替代,可以改善電路性能。其缺點是將原來的簡潔設計搞得過于復雜。從體驗經典的角度出發,此舉并不可取。
三、改原設計的晶體管為新型大電流、低內阻、高增益的新型管子。這個措施經過仿真驗證確實有效,但會使得成本有較大上升。本次制作也不打算采用,將保持原設計的用料。
圖一:1969原設計電路圖
我想1969功放之所以長盛不衰,是和其簡潔的結構設計分不開的。既然要領略名機的風采,最好還是體會其原汁原味比較好,于是決定按原機設計制作。
在用仿真軟件對電路進行觀察,發現在功耗和失真之間很難平衡。大電流下失真度有較大改善,但是巨大的發熱量實在是吃不消,于是廣泛參考網上的改進介紹,結合仿真數據對電路進行部分修改,最終取得了較為滿意的結果,最終電路見圖二所示。
圖二:最終電路
圖三:PCB板
圖四:3D模擬圖
Q1:2N5401 Q2:2N5551 Q3\Q4:金封2N3055 這2只管子直接安裝在散熱器上,用引線連接(盡量粗短)。
在電源的選擇上考慮到,本機消耗功率并不是太大,故直接購買了一只進口的開關電源,36V 9A,調整輸出為32V,實際使用效果非常好。
這里再補充一下關于功放電源的選擇和要求:我們知道,功放按照末級工作狀態的差異,一般可以分為甲類、乙類和D類。甲類的特點是,功放末級始終工作在線性放大區,故而它的靜態功耗非常大(無聲時,功耗達到極值,聲音越大功耗越小),但是失真很小,并且其產生的失真也多為基頻的偶次諧波,故聽感非常柔和,耐聽不刺耳,尤其是人聲的表現異常出彩。由于其開機即達最大電流,且在整個工作狀態下幾乎不發生變化,因此電源對于波紋系數要求極高。要取得較好效果,濾波電容容量需求巨大。而穩壓電源就可以提供非常穩定和波紋系數極小的電壓,對功放的信噪比有較大提高。而乙類功放與之不同,乙類功放在無聲時功耗極小,消耗電流與輸出成正比,當出現大動態時,瞬間電流峰值極高。因此乙類功放一般不能采用穩壓電源供電,它需要的是巨大的電流儲備,對于電源的內阻要求很高,往往采用低內阻的大功率變壓器和海量的儲能電容。
“音樂傳真 X-10D“在網上某寶有大把的出售,結果仔細對比都差不多,基本上是按照原機復刻的,只是對部分元件做了些改進。由于懶得再做板子了,干脆買了塊空板自己找元件焊接。
圖五:音樂傳真 X10-D原機電路圖
前置由于采用成品線路板,沒有什么過多的介紹。
功放完成后試聽,效果達到預期。聽感柔和細膩,高頻細節絲絲入扣,大動態時低音排山倒海,氣勢恢宏。雖然輸出受供電電壓和耗散功率限制,只有10W左右,但是作為日常家庭欣賞是綽綽有余了。尤其是有極高的信噪比,在最大音量下,耳朵貼在喇叭上也聽不到絲毫噪音。
稍微有些頭疼的是散熱片,雖然之前已經有充分的思想準備,最終的發熱量還是出乎意料,因此要制作甲類功放的朋友,一定要高度重視散熱問題。對于甲類功放而言,再大的散熱片都不為過。切記!
總結
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