專利名稱：頂級(jí)高保真(Hi-End)電子管放大器之各種串聯(lián)、橋聯(lián)電路以及電源濾波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是制作頂級(jí)高保真(Hi-End)電子管放大器之各種前置、倒相、推動(dòng)及功率放大電路，其特征是全對(duì)稱平衡式串聯(lián)及橋聯(lián)電路。輸出訊號(hào)為無靜態(tài)直流分量的純交流訊號(hào)，并對(duì)強(qiáng)訊號(hào)具有局部電流正反饋，末級(jí)功率輸出無輸出變壓器，要求音箱為高阻抗音箱(＞＞8歐姆)。放大器的電源由高抗干擾、低噪聲電源濾波電路提供，其特征是多次整流、梯級(jí)蓄能。
現(xiàn)有技術(shù)中電子管有三種基本電路陰極接地、屏極接地及柵極接地。它們都采用純電阻作負(fù)載，這些放大電路在輸出被放大訊號(hào)的同時(shí)，還伴隨著直流分量，鑒于這一直流分量的存在，淹沒了最微弱的訊號(hào)并誘發(fā)噪聲，因而限制了放大器的質(zhì)量，這類放大器不具有對(duì)稱與平衡的特性，極易受到外界干擾，穩(wěn)定性差，很容易自振，常常需要采用大環(huán)負(fù)反饋。
本發(fā)明的目的是采取另一種完全不同于現(xiàn)有技術(shù)的方式，提供頂級(jí)高保真(Hi-End)的電子管放大器之各種前置、倒相、推動(dòng)與功率放大電路以及相配合的電源濾波電路，即提供一種完全不同于現(xiàn)有技術(shù)之電子管放大器的各種全對(duì)稱平衡式串聯(lián)、橋聯(lián)電路，并在強(qiáng)訊號(hào)時(shí)具有局部電流正反饋，末級(jí)功率電路為橋聯(lián)無輸出變壓器直接輸出，相匹配的音箱必須是高阻抗音箱。
本發(fā)明中采用了穩(wěn)壓二極管，不僅為電子管在小訊號(hào)時(shí)提供了固定柵負(fù)壓，更重要的是，在大訊號(hào)時(shí)，穩(wěn)壓管被擊穿，電壓下降，反饋給柵極一個(gè)正訊號(hào)，亦即是在大訊號(hào)時(shí)具有局部電流正反饋?zhàn)饔茫@極大的加強(qiáng)了電子管放大器的瞬態(tài)反應(yīng)速度與“爆棚”力度，不同于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中的各種電路均是完全對(duì)稱平衡的，即使有局部正反饋也不會(huì)引發(fā)自激。
(一)串聯(lián)前置放大電路1、電子管負(fù)載型附圖
一，(A)，(B)兩支相同的電子管串聯(lián)連結(jié)，共有二種型式，其一為電子管作負(fù)載的陰極接地型；其二為電子管作負(fù)載的屏極接地型；在上述兩種型式中使用穩(wěn)壓二極管Du與Dd分別為上、下端電子管提供固定柵負(fù)壓，并且在大訊號(hào)時(shí)有電流正反饋。
由于電子管本身的直流電阻與交流電阻不等，當(dāng)用固定柵負(fù)壓相同的電子管作負(fù)載時(shí)，則可保證負(fù)載的直流電阻與交流電阻與工作電子管完全相同。這不僅保證了輸出訊號(hào)、對(duì)電源中心點(diǎn)而言，無靜態(tài)直流，而且干擾噪聲將自動(dòng)抵消，這是最為理想的低噪聲前置放大器。
2、恒流型附圖一，(C)，(D)兩支相同的電子管串聯(lián)連結(jié)，共有二種型式，其一為上端電子管作恒流負(fù)載，下端電子管作陰極接地放大，中心點(diǎn)為輸出端；其二為上端電子管屏極接地放大，下端電子管作恒流負(fù)載，中心點(diǎn)為輸出端。
現(xiàn)有技術(shù)中之SRPP電路與第一種恒流型串聯(lián)放大電路很相似，但在SRPP電路中輸出端不在中心點(diǎn)上，不具有本電路的對(duì)稱平衡特性。
3、混合型附圖一，(E)，(F)兩支相同的電子管串聯(lián)連結(jié)，共有二種型式，其一為上端電子管作恒流負(fù)載，下端電子管用穩(wěn)壓二極管提供柵負(fù)壓作陰極接地放大，其二為上端電子管用穩(wěn)壓二極管提供柵負(fù)壓作屏極接地放大，下端電子管作恒流負(fù)載，中心點(diǎn)為輸出端，在上述電路中局部電流正反饋比較弱。
(二)橋聯(lián)倒相電路倒相電路在高質(zhì)量放大器中具有非常重要的作用，現(xiàn)有技術(shù)中有三種常見電路1)分割式；2)長(zhǎng)尾式；3)變形陰極耦合式。這些電路有諸多缺點(diǎn)，例如不能全頻段實(shí)現(xiàn)振幅相等相位相反；有靜態(tài)直流分量；不具有對(duì)稱平衡特性等。
本發(fā)明中的橋聯(lián)倒相電路完全不同于現(xiàn)有技術(shù)，其特征是，完全對(duì)稱平衡，在寬頻帶范圍輸出振幅相等，相位相反的平衡訊號(hào)，并且沒有靜態(tài)直流分量、其功能相當(dāng)于一支理想的倒相變壓器，還具有對(duì)大訊號(hào)的局部電流正反饋。
四支相同的電子管橋聯(lián)連結(jié)，兩對(duì)電子管各構(gòu)成橋之左右臂，共有六種基本型式附圖二，(G)，(H)(I)；附圖三，(J)，(K)，(L)，可分四種類型。
1、電子管負(fù)載型附圖附圖二，(G)四支相同的電子管橋聯(lián)連接，兩對(duì)電子管各構(gòu)成橋之左右臂，用4只穩(wěn)壓二極管分別為四支電子管提供柵負(fù)壓，大訊號(hào)時(shí)有局部電流正反饋。兩支電子管分別在倒相橋之左右臂之上、下端作負(fù)載用，另外兩支電子管為屏極接地與陰極接地。
鑒于屏極接地之一臂放大系數(shù)近似為1，頻寬遠(yuǎn)大于100KHZ，中心點(diǎn)輸出，其訊號(hào)極性與輸入訊號(hào)極性相同；倒相橋之另一臂為陰極接地，放大系數(shù)大于1，頻寬遠(yuǎn)大于100KHZ范圍內(nèi)放大系數(shù)為常數(shù)，中心點(diǎn)輸出，其訊號(hào)極性與輸入訊號(hào)極性相反，為了確保倒相橋之左、右臂中心點(diǎn)輸出訊號(hào)振幅相同，本發(fā)明中用電阻分壓電路對(duì)輸入至陰極接地之臂的訊號(hào)進(jìn)行衰減，調(diào)節(jié)分壓電阻RT，通過儀器確保倒相橋之左、右臂之輸出訊號(hào)為振幅相同，相位相反的平衡訊號(hào)2、電子管恒流型附圖二，(H)四支相同的電子管橋聯(lián)連結(jié)，兩支電子管分別在左、右臂之上、下端作恒流型負(fù)載，另外兩支電子管分別為屏極接地與陰極接地，并用電阻分壓電路對(duì)陰極接地之輸入訊號(hào)衰減，調(diào)節(jié)是電阻RT，通過儀器確保倒相橋之左、右臂之輸出訊號(hào)為振幅相同，相位相反的平衡訊號(hào)。
3、混合型附圖二，(I)，附圖三，(J)，(K)共有三種電路，電路(I)由串聯(lián)放大器(E)與串聯(lián)放大器(F)并聯(lián)；電路(J)由串聯(lián)放大器(A)與串聯(lián)放大器(D)并聯(lián)；電路(K)由串聯(lián)放大器(C)與(B)并聯(lián)，同樣用電阻分壓電路對(duì)陰極接地臂之輸入訊號(hào)進(jìn)行衰減，并調(diào)節(jié)RT的阻值，以確保橋左、右中端輸出訊號(hào)為平衡訊號(hào)。
4、電阻負(fù)載型附圖三，(L)兩支電子管與兩只電阻Ru，Rd橋聯(lián)連結(jié)，選擇電阻值保證另訊號(hào)時(shí)，橋之左、右臂中心點(diǎn)的電壓為電源電壓之一半，同樣用電阻分壓電路對(duì)陰極接地臂之輸入訊號(hào)進(jìn)行衰減，并進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(三)橋聯(lián)推動(dòng)電路推動(dòng)電路對(duì)平衡訊號(hào)(即相位相反，振幅相同的一對(duì)訊號(hào))進(jìn)行電壓放大及小功率放大，然后推動(dòng)末級(jí)大功率電路。
本發(fā)明中推動(dòng)級(jí)同樣是對(duì)稱平衡式橋聯(lián)放大電路，輸入平衡訊號(hào)之正訊號(hào)分別輸入至左臂的上端與右臂的下端；負(fù)訊號(hào)則恰恰相反，輸入至左臂的下端及右臂的上端，經(jīng)放大的平衡訊號(hào)由橋的左右臂之中端輸出。
1、電流正反饋型附圖四，(M)四支相同電子管橋聯(lián)，用穩(wěn)壓二極管提供柵負(fù)壓，電阻Rw為橋聯(lián)放大之負(fù)載，經(jīng)放大后的平衡訊號(hào)由負(fù)載電阻Rw兩端輸出，Rw之阻值可根據(jù)情況調(diào)節(jié)。
2、外接固定柵負(fù)壓型附圖四，(N)四支相同電子管橋聯(lián)，不用穩(wěn)壓二極管，固定柵負(fù)壓由外電源提供，其余與上相同，(四)無輸出變壓器之末級(jí)橋聯(lián)功率輸出電路附圖五(O)半導(dǎo)體三極管有NPN與PNP兩種類型，以及作為電流放大元件具有內(nèi)阻低特點(diǎn)，因而廣泛使用橋聯(lián)功率輸出電路并匹配8歐姆阻抗的音箱，但是電子管只有一種類型，內(nèi)阻非常高，因而現(xiàn)有技術(shù)中與電子管功率輸出級(jí)相匹配的是輸出變壓器，有人照抄半導(dǎo)體的OTL及OCL電路，想在電子管功放中也不用輸出變壓器，但因?yàn)榻鉀Q不了電子管輸出阻抗與音箱阻抗的匹配問題即使用低內(nèi)阻的三極管作功放，輸出阻抗也在180歐姆以上，然而音箱的阻抗僅為8歐姆，雖然有人不顧這一問題，設(shè)計(jì)與制作了OTL及OCL電子管輸出級(jí)，但實(shí)際效果很差輸出功率小、效率極低，不穩(wěn)定，大直流通過音圈，懸空輸出，音質(zhì)差等，這些諸多缺點(diǎn)把不用變壓器優(yōu)點(diǎn)全部抵消，因而不受重視。
橋聯(lián)功率電路的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過OTL及OCL，由于上述原因，尚無人敢于設(shè)計(jì)與制作電子管橋聯(lián)功放。
本發(fā)明中之所以采用橋聯(lián)功率輸出電路，其根本原因是本人發(fā)明的“一種不需分頻器的高保真音響系統(tǒng)音箱(93118988.4)”解決了現(xiàn)有技術(shù)中Hi—Fi音箱的阻抗不超過8歐姆的限制，該音箱系統(tǒng)的阻抗可以根據(jù)功率輸出電路的要求制作，所以匹配的問題完全解決。
橋聯(lián)功率輸出級(jí)電路具有完全對(duì)稱平衡，電路簡(jiǎn)單，不使用輸出變壓器，效率高，即使工作在A類效率也不低的優(yōu)點(diǎn)，與本人發(fā)明的音箱匹配，全部?jī)?yōu)點(diǎn)都得到發(fā)揮。
橋聯(lián)功放電路附圖五，(O)由四只低內(nèi)阻功率管橋聯(lián)，外電源提供固定棚負(fù)壓，輸入平衡訊號(hào)由橋聯(lián)推動(dòng)級(jí)提供(小功率輸出時(shí)，也可由橋聯(lián)倒相電路提供)，輸出功率訊號(hào)推動(dòng)與之相匹配的高阻抗音箱(靜態(tài)阻抗180歐姆以上)。
(五)高抗干擾、低噪聲電源濾波電路現(xiàn)有技術(shù)中電源濾波器通常為∏型RC或LC電路，交流電經(jīng)全波或橋式整流后通過上述濾波電路后為放大器提供直流電源，這類電源濾波電路有下述缺點(diǎn)1)交流電經(jīng)全波或橋式整流后，除產(chǎn)生了直流分量外還有高次諧波，這些諧波經(jīng)電解電容構(gòu)成回路，由于電解電容的質(zhì)量問題，常常形成噪聲源。
2)單只電解電容直接與二極管相連，當(dāng)電容充電至高壓時(shí)，常常將整流二極管截止，只有電容放電后，二極管又才開通；這種斷斷續(xù)續(xù)地開關(guān)，產(chǎn)生高頻噪聲。
3)現(xiàn)代家電在電源中產(chǎn)生的數(shù)字噪聲，也極易竄入放大器前級(jí)產(chǎn)生高頻噪聲。
對(duì)高質(zhì)量的放大器而言，高質(zhì)量的直流電源是至關(guān)重要的，本發(fā)明提出了一種高抗干擾，低噪聲濾波電路，其特征是，多次整流梯級(jí)蓄能。
1、二極管多次整流、梯級(jí)電容濾波電路附圖五(P)即在多級(jí)∏型濾波器中用二極管代替電阻，交流電經(jīng)橋式整流后的直流分量對(duì)電解電容充電，部分高次諧波被二極管再次整流，又產(chǎn)生部分直流分量，并對(duì)下一級(jí)電容充電，同時(shí)通過的部分諧波又被下一極整流二極管再次整流，如此類推，經(jīng)多次整流后全部高次諧波及電源中的高頻噪聲將被轉(zhuǎn)化為直流，另一方面，階梯聯(lián)結(jié)的電解電容間始終存在電壓差，高一階的電容始終對(duì)下一階電容充電，所有的二極管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，因而沒有二極管斷斷續(xù)續(xù)開通與電容充電，放電的高頻噪聲。
2、橋式多次整流、梯級(jí)電容濾波電路附圖五(Q)結(jié)構(gòu)與二極管多次整流、梯級(jí)電容濾波電路相同，只須將整流二極管用整流橋堆代替。
綜上所述，本發(fā)明是實(shí)用化的不使用輸出變壓器的頂級(jí)高保真電子管放大器。
本發(fā)明中提出的制作頂級(jí)高保真電子管放大器之各種電路均為具有完全對(duì)稱與平衡特點(diǎn)之串聯(lián)與橋聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出訊號(hào)為無靜態(tài)直流分量的純交流訊號(hào)，無輸出變壓器，直接與高阻抗音箱匹配，是電子管放大器技術(shù)中突破性進(jìn)展。
按此發(fā)明制作的電子管放大器，具有頻帶寬，噪聲低，功率大，效率高。動(dòng)態(tài)大及失真小的特點(diǎn)，配合高阻抗音箱，其音響效果足以挑戰(zhàn)當(dāng)今世界任何頂級(jí)晶體管(電子管)放大器與任何類型頂級(jí)音箱。
附圖六為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例A、前級(jí)放大器附圖六，(R)前置放大由兩支6N3雙三極管擔(dān)任，第一只6N3擔(dān)任電子管負(fù)載型陰級(jí)接地串聯(lián)放大，第二只6N3擔(dān)任電子管負(fù)載型屏極接地串聯(lián)放大，橋聯(lián)倒相電路由另外兩只6N3擔(dān)任，作電子管負(fù)載型橋聯(lián)倒相，八只2.3V穩(wěn)壓二極管提供八支三極管的柵負(fù)壓。
由上述四支6N3制作的前級(jí)放大器，具有低噪聲，低失真，頻帶寬，以及對(duì)大信號(hào)的局部電流正反饋功能，極大地加強(qiáng)了瞬態(tài)反應(yīng)速度與“爆棚”力度，橋聯(lián)倒相電路中的分壓電阻RT經(jīng)測(cè)試后固定。
B、無輸出變壓器后級(jí)功放附圖六，(U)由兩只低內(nèi)阻雙三極管6N13P橋聯(lián)而成，外電源提供—30V柵壓，電子管工作于A類，音箱為本人發(fā)明的高阻抗音箱(一種不需分頻器的高保真音響系統(tǒng)音箱裝置，專利號(hào)93110988.4)，該音箱的靜態(tài)標(biāo)稱阻抗為180歐姆。
C、電源附圖七，(V)，(W)本實(shí)施例中使用雙電源分別對(duì)前級(jí)放大器與后級(jí)功放供電。濾波電路采取二極管多次整流、梯級(jí)電容濾波電路，對(duì)前級(jí)放大器供電所用的階梯電容濾波電路的級(jí)數(shù)為8，對(duì)后級(jí)功放供電所用的階梯電容濾波電路的級(jí)數(shù)為6。
(六)實(shí)際效果本發(fā)明的上述具體實(shí)施例配合我自制的高阻抗音箱，根據(jù)我近一年的聆聽，該音響系統(tǒng)具有高效率、高聲壓、大動(dòng)態(tài)，縱深的空間感、音域?qū)掗?、澎湃?dòng)感、強(qiáng)烈的震撼力、全音域平衡，逼真的現(xiàn)場(chǎng)感，對(duì)人聲、管風(fēng)琴、鋼琴及交響樂的重播非常完美。
該音響系統(tǒng)配合普通CD機(jī)(Pioneer PD-T305)、普通信號(hào)線、普通電源線、普通喇叭線，其音響效果明顯優(yōu)于全嗓子(ACCUPHASE)405合并式功放，日本第一音響(TEAC)VRDS-10NCD機(jī)，全嗓子訊號(hào)線，英國(guó)天郎(TANNOY)同軸音箱D700，8N高度風(fēng)(ORTOFON)喇叭線、日產(chǎn)電源線”的音響效果。
權(quán)利要求
1.頂級(jí)高保真(Hi-End)電子管放大器，它包括各種類型的前置放大電路，倒相電路、推動(dòng)電路及功率輸出電路。其特征是全對(duì)稱平衡式串聯(lián)及橋聯(lián)電路，靜態(tài)時(shí)無直流分量，并利用穩(wěn)壓二極管之齊納擊穿特性。對(duì)大訊號(hào)產(chǎn)生局部電流正反饋，功率輸出不用輸出變壓器，相匹配的音箱是高阻抗音箱(＞＞8歐姆)，與之相配合的高抗干擾低噪聲電源濾波器之特征為多次整流、梯級(jí)蓄能。
2.根據(jù)要求1所述之高保真電子管放大器，其基本要求六種類型前置串聯(lián)放大電路，六種類型橋聯(lián)倒相電路，兩種橋聯(lián)推動(dòng)電路及無輸出變壓器之橋聯(lián)功率放大電路與穩(wěn)壓二極管置負(fù)柵壓電路以及兩種類型多次整流梯級(jí)濾波電路。
3.束射四極管及五極管同樣適用于上述各種電路
全文摘要
本發(fā)明涉及的頂級(jí)高保真電子管放大器，它采用一系列完全不同于現(xiàn)有技術(shù)的新技術(shù)各種類型串聯(lián)前置放大電路、橋聯(lián)倒相電路、橋聯(lián)推動(dòng)電路、并利用穩(wěn)壓二極管之齊納擊穿特性、對(duì)大訊號(hào)產(chǎn)生局部電流正反饋、功率輸出與高阻抗音箱匹配、無輸出變壓器以及與之配合的多次整流、梯級(jí)電容電源濾波器具有高抗干擾及低噪聲之功能。按此發(fā)明制作的電子管放大器，具有頻帶寬，噪聲低,功率大，效率高，動(dòng)態(tài)大及失真小的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F3/02GK1114798SQ95104928
公開日1996年1月10日 申請(qǐng)日期1995年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月12日
發(fā)明者陳國(guó)富 申請(qǐng)人:陳國(guó)富