用LME49810打造胆石功放（续）

用LME49810打造胆石功放（续） 用LME49810打造胆石功放(续) i!-il臻糍獭蠹褥豢蔫戮虢.豢r麓 20口B.口2总第545期 文/吴红奎 四电源供给电路 1.电子管灯丝电源 6N3的灯丝电源电压为6.3V(交流有效值),采用直流 供电时,电源电压范围是7V,9V,稳压供电采用低值,非 稳压供电采用高值,灯丝电流交流供电时,典型值为 350mA. 胆管(电子管)前级是采用交流供电还是直流供电,历 来有不同说法,直至目前尚无定论.在实际应用中,无论是 rAC6 T1l I《去灯丝 — 一AC6:(1)交流直接供电(2)交流绕组一端接地 (3)固定平衡接法(4)可调平衡接法 丝 (5)绕组中间抽头接法 图7典型的灯丝交流供电方法 DIY的土炮,名家 里手焊制的”概念 机”,还是着名厂 商的正式商品机, 直流供电与交流供电都有成功应用的实例.晶体管开始大 规模应用以后,电子管制造技术和电路技术的发展几乎停 顿,直至今Ft,以调试和调声方法进行电路性能定型仍然是 电子管音频放大器的主流,并没有像晶体管那样迅速标准 化,这也许也是电子管线路的一种独特魅力吧.从经典电路 来看,电子管设计之初,灯丝是采用交流供电的,通俗地 说,它和白炽灯的灯丝概念上并没有太大的区别,功能上更 接近于电炉上的电炉丝,是加热用的,目的是延长阴极的寿 命;直热式电子管(功率管居多)的阴极兼有灯丝的功能, 因此就没有灯丝. 灯丝采用交流供电,其优点是供电电路简单,灯丝发热 较为均匀,声音表现温暖.而灯丝采用直流供电,其特点是 交流供电容易感应交流声, 不利于提高电路的信噪比, 而直流供电则无此弊端, 采用稳压供电更好.灯丝 供电方法有各种各样,包 括直流和交流形式的,比 较典型的交流供电方法如 图7所示,直流供电的方法 如图8所示. 笔者认为,对于直热 式电子管来说,感应交流 声的说法似乎能找到站住 脚的理由,电子管最初用 于通信,对音频噪声并没 有过多关注.在电子管一 1/2OPA2604 . 图5 也不统一.部分音响制作者常把有源滤波器的滤波特性与 电路结构混淆,比如认为Sallen—Key型有源滤波器是一 种,巴特沃兹型滤波器则是另一种;又如看了一些使用”贝 塞尔滤波器”字眼来描述多重反馈型电路的文章后,错误地 把多重反馈型电路认定为贝塞尔滤波器.实际上,上述 Sallen—Key等4种有源滤波器线路,通过改变外接元件参 数,都可以制作出巴特沃兹型,贝塞尔型,契比雪夫型或其 他滤波特性的滤波器.圆 毛f? ~~vvvvv.n9aIo.Com.Cn 统天下时,民用放大器也着重于输出功率,对本底噪声并不 苛求,到后来晶体管大行其道,人们的欣赏也水涨船高, Hi—Fi的概念深入人心,失真及噪声,尤其是本底噪声等静 态指标成了放大器追求的主要指标.当然和商业炒作有一 定关系,消费者很乐意追捧”卖点”,”创新点”,商家也乐 此不疲.DIY领域的很多”焊机派”往往对自己的”补品”, “猛料”津津乐道,天价名机也往往是一张”猛料”菜单,对 电路和器件本身往往避而不谈. 根据实践经验,电路的静态指标往往和电路布局及电 路设计有关,不合理的布线,电路某一级的增益设计不合理 (照搬电路者常见),各级之间的输入和输出阻抗不匹配,外 围元件的质量不合格(注意,这里不是指”补品”,普通元 件也需要合格才行)是比较常见的原因.常会见到一个DIY 者抱怨自己的放大器”哼”声而对电路实施手术,却没有注 意电源变压器的”哼”声;某某厂商称自己的产品静态指标 如何如何高,而对所用变压器的”哼”声却视而不见.即使 是厅堂音响,听音面积比较大,仅仅是扬声器里没有噪声也 是不够的,况且,电源变压器有”哼”声,电路上是很难处 理的,即使处理掉了,音响的动态指标也很难上去.也就是 说,放大器本身很安静,却不一定好听.只要电路设计合 理,电子管采用交流供电是完全可以的,这样的电路简单可 靠,至于”直流”,”交流”孰优孰劣,可以慢慢讨论. 因此最终采用的灯丝电源电路如图7(3)所示,这种方法 可以节省一个绕组抽头,对提高铁芯窗口的利用率有利,采 用固定电阻比采用可调电阻可靠,只要两个电阻的阻值误 差不大,可以满足一般应用要求. 2.电子管校声和推动级的供电电源 为了减少供电电路的复杂性,6N3和LME49810共用 一 组电源,6N3仅使用其中的+100V电源,根据LME49810 的数据资料,其电源纹波抑制能力已经很高了,不需要有源 稳压电源.而电子管电路,从实践上看,有源稳压电路也很 少取得明显的效果,经典的供电电路仍然是LC滤波电路. 由于电子管的应用日渐稀少,用于电子管电源滤波的专用 电感(扼流圈)也很少见了,物以稀为贵,价格也贵得离谱. 年代久远或者质量不好的,还会有”哼”声.于是决定采用 ?J它 代用电路,用RC 和LC混合串连多 级滤波代替传统 的LC滤波方式, 电路如图9所示. 图9中的电感 线圈并非传统电 子管电源专用的, 而是廉价易得的高频滤波线圈,在PC电源中很常见,一个 二手PC电源不超过20元,具体要看当地电脑市场的行情. 除此之外,功率型的电阻,高压电容,大型的铝质的散热器 也可以用,一般电源中的这些部件很少坏掉(主滤波电容除 外),末级功率管多个共用可能偏小,但是一个管子还是够 用的.图10是PC电源中常见的几种高频滤波电感,最后 一 个一元的硬币是作为外形尺寸参考用的. 图10中的电感都适合图9中用,一般环形的效果要好 于工形的,见图10(3),线圈匝数多的效果要好于少的.图 10(4)一般用于PC电源输出,比较适合于末级电源用,一般 有多组线圈.如果都要用应该注意线圈极性,即线圈的头, 尾,串连使用时两个线圈的异名端相连,即一个线圈的头和 另一个线圈的尾相连,并联使用时则同名端相连.因为价廉 易得,一组效果不好,可以多组串连,比使用专用的扼流圈 的成本要低得多,虽然电路整体体积大一些,并不复杂,和 RC电路配合使用,效果不错. 在图7中,连接于电源和地之问的电阻是做假负载用 的,使次级有一定的静态电流,因为工频变压器空载条件下 的电压往往”虚高”,脆弱的半导体器件很容易被击穿损坏. 多个滤波电容并联滤波往往比单个大容量的电容的效果要 好一些,一般认为是小容量的等效串连电感比较小,多个并 联起来就更小了,单就电容而言,成本仅仅是稍微增加而 已.由电阻R和电容C组成的多级RC滤波电路不但效果 好,还有一定的软启动能力. 在图7中,电阻,电容的大小参数的要求都不严格,视 手头的器件而定,电容的耐压参数至少要160V以上,每路 用做”假负载”的电阻的阻值总和最好相等.同时接地方式 也应该注意,变压器绕组的中心抽头最好和每个滤波电容 接地点的距离相等,然后将这个接地点作为前级的总接地 善要鬻鞭…篓曩蠹鳓 巳口口吕.02总第545期 点和末级总接地点相连. 3.末级供电电源 末级供电电路如图l1所示,设计思路和图9相同,只 是末级电源电流比较大,没有采用RC滤波方式而仅仅采用 了LC滤波方式,推荐使用图10中第(4)款,它属于大电流 类型的电感,输出功率100W以下时,图10中第(1),(2)款 也可以使用,图10中第(3)款如果线圈的线径够大也可以用. 除了整流电路以外,推荐每个声道用一套LC滤波电路,级 数2,3级即可,超过4级的话,体积大了不说,效果的改 善也变得很有限.另外,如果电感的线圈匝数少,可以用线 径合适的漆包线重绕,也可以将多个电感的线圈拆下来绕 到一个磁芯上,每个磁芯20匝以上即可. 这里着重要说的是接地问题,注意扬声器的接地点并 不是某一个滤波电容的接地点,对于只采用一对滤波电容 的情况(不考虑并联的小容量CBB电容),这个接地点是两 个电容接地点的中间位置,同时变压器绕组的中心抽头也 必须在这个点接地,这样才可以最大限度的避免地线干扰. 对于多对电容并联情况,如本例,如果是采用试验板或者 “搭棚焊”等手工DIY方式,可以用同样规格的,等长的连 线将每个电容的接地脚分别连接,然后和变压器绕组的中 心抽头,扬声器接地线连接到一起.这一部分的接地问题处 理不好,很容易引起不明原因的干扰,难以取得理想的效 果. 4.关于桥式整流电路 很多观点都倾向于使用”双桥式整流电路”来提高电路 的性能,理由是桥式整流电路可以将变压器绕组与后面的 用电回路隔离,不过这种电路的明显缺点是需要多用一倍 的整流器件,而且压降也是加倍的.图9和图l1中的整流 表41N5400系列整流二极管的主要技术参数 电路形式很像桥式整流电路,很多资料也是这么 说的,但是它们其实是不折不扣的全波整流电 路,只不过正,负电源绕组接地点重合了,电路 画法精简了,看起来更像”桥式整流”罢了.只 要正确连线,在大电流电路中,全波整流电路更 有优势,电路所用整流器件少,整流电路的压降 低,动态大,对滤波电容的要求也可以适当降低. 对于整流电路,成品的整流桥往往是我们的 首选,但是大电流的整流桥不但价格贵,品质优良的也不太 容易买到.一个品质合格的整流桥,每个桥臂的正向压降和 反向击穿电压都应该尽可能的分别相等,也就是说,内部的 4个二极管管芯的参数应该尽可能接近一致,但是不幸的 是,市场上很多大电流的整流桥并没有做到这一点,也包括 一 些名牌产品.另外,因为4个二极管管芯集成到一个小体 积封装中,散热条件不好,所以功率裕量小,电流裕量往往 需要额定最大平均电流的5,10倍.相比较而言,单个的 二极管价格便宜,一致性问题可以通过手工筛选解决,这 正好适合DIY,从数10个到100个二极管中挑出几组(4 个一组)参数足够相近的来并不难,而总成本却比成品整 流桥低得多.比较常见的大电流整流二极管有1N5400系列 和6A系列等,其主要参数如表4,表5所示.除非临时代 用,不推荐将多个二极管并联使用,因为其开关时间的差别 会导致电路性能劣化. 市场上常见的是1N5406和6A10,同系列不同电压规 格的整流二极管,市场零售价格差别很小,对工频应用而 言,正向压降也没有差别,所以不用追求电压规格刚好合适 的,容易买到即可.具体到图l1的末级供电电路,6A10是 首选,1N5402稍微偏小,也可以用. 需要注意大电流整流二极管的安装方法,安装的时候 不要剪短引脚,也不要为了整齐划,,让二极管紧挨着印制 板,而是要让二极管与印制板平行安装,下部离开印制板 5ram以上,否则即使6A10也不够用.还有就是并联在整 流管两端的小电容不可省,而且要用高频的品种,这对保护 二极管并减少开关干扰非常重要,这些小电容的容量可以 不用严格要求,容量标识在102,223的都可以用,即容量 为1000pF,22000pF的都可以,这些容量规格也是比较常 表56A系列系列整流二极管的主要技术参数 见和容易买到的,耐压最好在1000V以 上,推荐使用2000V的品种,因为它们的 价格没有明显的差别,安规电容是首选. 工频整流电路是否需要使用快恢复甚 至肖特基二极管,在实践上还有待商榷, 虽然后者有更快的开关速度,但是它对于 工频整流电路有多少实际意义还有待论 毛也l? ,^,W.radI口.C口m.Cn 证,而后者的正向压降更大却是事实,所以除非手头刚好有 参数合适的器件,刻意使用快恢复或者肖特基二极管作为 工频整流器件的意义不大.在更大电流的整流电路中,如果 大电流的二极管不好买,例如单个超过50A的整流桥和超 过10A的整流二极管并不是随处可以买到的,这时候使用 电流参数合适的单向晶闸管接成自触发方式作为大电流整 流二极管使用倒是不错的选择. 5.保护电路 LME49810已经集成了基本的保护电路,其中的软 “BakerClamp”电路从保护的角度来看,也可以看作是一 种过载保护电路,只是没有合适的故障信号可供控制使用, 在LME49810的技术资料中,这一部分的应用注解也不够 详细,因此设计了经典的末级过流保护电路和启动延时电 路,如图l2所示. 保护电路没有采用传统的在扬声器回路中串连继电器 的方法,而是将继电器放在了市电输入回路里,只有当电路 发生严重故障时这个保护电路才会动作,一般性保护由 LME49810集成的保护功能完成.图12中的K1是必须手动 开启,这种可以手动,电动关闭的磁电一体交流电源开关, 常用在可以遥控完全关机的彩电中,所以在市场上比较容 易买到.这种开关包含有一个继电器,开启时必须手动,得 电自锁,可以手动关闭,也可以通过切断继电器的电源进行 关闭,好处是保护功能比较可靠,一旦关闭即完全切断了系 统电源,必须手动复位. 在正常情况下,手动开启K1后,VT4导通,K1里的 继电器得电完成自锁,VD2起隔离作用,VD3是K1中继 电器线圈的续流二极管.当末级发生故障电流超出设计值 田I它 后,末级功率晶体管发 射极上的电阻R22,R24 的压降会相应增加并导 致电流检测三极管VT3 导通,将VT4的基极电 位拉低,VT4关闭,继 电器失电,K1释放,整 个系统被自动关闭 VT3基极的C16起延时 作用,避免大动态信号 时瞬间的大电流造成电 路误动作,VD4,R19, R25起隔离作用,R21, VD15等为吸收电路.保 证只有单极性的信号送 到VT3的基极. 图12中,C9是控制电源的滤波电容,LM317,VTl及 其外围电路组成延时供电电路,控制LME49810的静音脚 (2脚)实现延时开机并对钳位指示引脚(1脚)供电(见上 期图6).LM317的软启动电路的原理,很多公开的资料都 有说明,这里不再赘述,调整R17和C12的数值可以调整 延时时间.由于6N3进入正常工作状态需要时间,并且整 个过程是平滑的,本身已经具备软启动功能,所以这个电路 只是抑制末级对扬声器的冲击,同时这个回路的滤波电容 很小,关机的时候电压下降很快,可以从一定程度上抑射关 机冲击声.如果想改善抑制关机噪声的效果’,可以适当减小 Cll的容量,同时并联一个合适的电阻以加速放电过程|也 可以将削波指示引脚的电位导相,正常时LED点亮,削波 状态熄灭,让LED来加速控制电源的放电速度. 6:EMI电路 在电磁环境相对”纯净”的时代,EMI:电路被认为是 可有可无的,因为它似乎仅仅是对别人有利的事情,只有自 身会对电网产生严重干扰的电器设备才会加入EMI电路以 避免对工作于同一个电网上的其他电器设备造成干扰,或 者自身需要电磁层面上的保密等.到今天发展到电磁环境 比较复杂的时代,EMI电路就成了必须,不单单要避免干 扰别人,更重要的是避免被别人干扰. 典型的EMI电路一般由若干LC电路组成,早期简单 的电路则仅仅由若干电容组成,常见的EMI电路形式如图 13所示.图l3中的(1)并不是最简单的电路,有时候其中的 C1和C3也被省略,在没有地线的电源网络上,它们的作 用和C1一样.一般C1用来滤除差模干扰,也被称为”Y 电容”,C1和C3主要用来滤除共模干扰,也被称为”X电 容”.在EMI电路中,电容,电感的安全性大于其实用性, 电容尤其如此,所以EMI电路中必须使用专门的”安规电 容”,即通过安全规范认证的电容,这样的电容以天蓝色和 黑色的居多,已经通过认证的安全规范标志一般会有选择 的印在电容表面,耐压参数一般标识为交流参数,在电压参 图14EMI实物电路和安规电容 田 点稳压器(PointRegrlator)是一种低压差(LDR——LowDropoutRegulator)稳 压集成电路,它们是超小型的贴片类的稳压集成电路,不仅稳压性能优良,而且具有过热 和过流保护功能,广泛应用于手机,PDA等使用电池的便携类消费电子产品中.世界着名 的半导体器件厂家均有这样的产品. 本文介绍的只是日本东芝公司的生产通用型单输出TCR5SBl5,TCR5SB50系列点稳 压集成电路.该系列点稳压电路具有低电压降,小静态电流,输出电压中的噪声电压极小, 通断控制(输出电压控制端高电平时点稳压器导通,低电平时截止),输出电压范围宽(1. 5V,5.0V),最大输出电流为200mA和符合欧盟RollS标准等出色的性能.它们全部采用 数的前面一般用”,”表示.图l4所示是一个 常见的一级EMI电路板和一个放大了的安规 (符合安全规范)电容实物. 一 般常用的标准EMI电路如图l3(2)和图 13(3)所示,图l3(2)一般称为一阶或者一级EMI 电路,图l3(3)被称为二级或者二阶EMI电路, 一 些要求严格的电路,还会用到三级EMI电 路.这样的EMI电路要想充分发挥作用,市电 地线是必须的,没有地线,EMI的作用会被削 弱,有时候我们摸着关机而没有拔掉电源插头 的PC外壳会有”麻电”的感觉就是EMI电路 中的”X电容”在作怪.EMI电路中的电容和 电感都有特殊要求,包括安全方面的和电参数 方面的,不推荐自制,最好采用正规的成品,从废旧的PC 电源里获取也是一个省时省力的好方法.一般PC电源的 EMI电路是二级的,可以分开做两个一级的使用.很多PC 图16推荐的EMI电路单元的其他连接方法 田l也 电源的EMI是单 独的一块小板, 应用起来更加方 便. 五,总结 图l5是电源 电路的总图,电 源变压器T1和 T2的输入端各 有一个EMI电 图176N3+LME49810单声道放大器电路板 路,具体使用几级的EMI电路视手头的材料而定,多级的 效果一般会比一级的好些.如果只有一个EMI电路,T1和 T2就共用,如果有3个,就在输入端配置一个共用的,推 荐的连接方法如图16所示. 图17所示的是放大器部分的实物图,即使是大功率的 放大器也是可以使用实验板来做的,虽然没有正式的印制 板美观,只要布线合理,元件合格,性能一点也不会打折扣. 关于它的技术参数,可以相信NSC公开的技术文档所 描述的,我们自己则可以用耳朵”收货”.总体而言, LME49810与它的同宗兄弟——双声道版本的LME4702相 比,它的表现并没有明显的优势,其差别需要有丰富经验的 耳朵来辨别,但加上6N3,一般的爱好者就可以听出其差别 来了.?