一成熟的Hi-Fi功放

Hi-Fi功放的设计已经很成熟了，从20世纪70年代的OTL、OCL、BTL发展到现在的DC、CL的主流电路形式，各种电路模式应有尽有，其间出现过风靡一时的ALA、误差前馈、电流倾注式电路，也有至今依然生机勃勃的常青树，如：CASCODE电路、电流反馈等，这些技术已运用到炉火纯青的地步。如今高档Hi-Fi功放不仅电路设计优秀，在电源用料、元件精选、制作工艺等各项细节上也是很讲究的。在设计制作功放时，如果仍在这些"传统项目"上重复挖掘，很难得到新收获，为何不把视野放开一些呢？为此，笔者作了新的尝试，研制了一种"可变声道"的高保真功放。
现在的功放属于"固定"声道放大器，如Hi-Fi功放是两声道，家庭影院功放是5.1或7.1声道，SACD、DVD-Audio需要六声道Hi-Fi功放。由于成本和结构的限制，现有功放把某项性能发挥到极致，不可避免的放弃了其他性能，很多商品机是综合多方面因素妥协的结果。我的想法是在元器件用料变动不大的情况下，制作出结构新颖的功放，这不仅要求有高超的Hi-Fi性能、优美动听的声音和精准音场的定位，同时要求集多种音色风格于一体。这款功放可享受甲类、甲乙类、双功放分音（BI-AMP）、六声道高保真等多种玩法，能完美表现CD或SACD音乐，还能轻松播放家庭影院效果，性能这样全面的功放如何制作呢？

二、我的新设计

1.    一种高精度的放大电路先看看一种电流放大电路（图1），这是一种0dB增益电路，它采用共基极放大器直接耦合，后接达林顿电路，其中VT1、VT2是共基极放大管，同时也是偏置管，偏置管VT1、VT2分别与输出管VT5、VT6紧贴在一起，直接控制输出管的温度变化，实现准确的温度补偿。R1、R2、R3、RP1是偏置电阻，调节RP1可以改变输出管的工作点，R4、R5是反馈电阻。初看，这个电路与日本洼田登司0dB增益电路（图2）有几分相似，不过差别也很明显：洼田登司电路是采用电容耦合音频信号，电容有隔直作用，使输出端中点电压不受前级电压放大器影响，放大器的音色及低频下限主要依靠电容的品质和容量。偏置管VT1对输出管做温度补偿，输出中点电压由R4、R5分压决定，改变R4、R5比值可将中点电压调整为零，但中点电压的漂移仍然明显。
新型的电流放大器是用三极管直接耦合，低频延伸很好，而共基极级联方式的高频特性很好，放大器的工作频带很宽。电流放大器输出端的中点电压主要由前级电压放大器决定，调节R1、R3比值可微幅修正中点电压，在实际电路中（图3为参考图）靠调节RP2改变中点电压，共基极放大管VT1、VT2的工作电流一般取6~11mA，由起恒流作用的三极管VT7、VT8提供。反馈电阻R4、R5的作用在于抑制电源电压波动及VT3、VT4的参数变化造成的偏压改变，降低驱动级的输出阻抗，使输出管的静态电流更稳定。
这个电路做成功放很简单，在前面加个电压放大级就行了。比如加个NE5532、OPA2604之类的运放，就可以做成简洁的小耳放了。要做大功率的功放，可采用分立元件的放大电路，这类电路的种类非常多（图4）。如果做甲类功放，多并几对输出管，将静态电流调大点就行了，但这么做并没用到这个电路的长处，我的方法是将多个电流放大器并联输出。

2.精确控制输出电流，大幅削减并联误差

很多高档功放中，多管并联的达林顿电路是最常见的，多管并联电路对元件要求很高，输出管都需要精选配对，并且在输出管基极串联均流电阻，才能使输出管电流更均衡。在达林顿电路中一般只有一只偏置管，不能对每只输出管做单独的温度补偿，各输出管的实际工作温度是有差异的，即使功率管已经精确配对了，静态电流仍然有差异。采用多个电流放大器并联输出情况就不同了。首先，VT1、VT2既是放大管也是偏置管，与输出管紧贴在一起，使输出管VT5、VT6都有专门的温度补偿管，再加上反馈电阻R4、R5的作用，可以准确的控制静态电流。其次，每个电流放大器可独立调节（RP1）输出管的静态电流，不受其他输出管的影响，即使输出管配对参数稍有误差，也可以将静态电流调成相同值。通过调节RP2可将中点电压的差异调节为零，再加上功率元件的配对措施，可将输出管的静态电流差异控制在极小的范围内，使多管并联变得更精确。由于每对输出管都有专用的驱动管，一对驱动管只推一对输出管，驱动管的负载比达林顿电路轻多了，驱动管可工作在线性更好的区域，有利于减小失真。至此，一台新颖的Hi-Fi功放电路清晰地展现出来（图5），这种功放可用多个电流放大器并联输出，输出电流大、线性好，具有精确的误差校正功能。电压放大部分与现有功放无差异，可任意使用现在流行的全对称、电流反馈等各种电路，只要将达林顿输出级换成高精度电流放大器就可以演变出众多的花样。
3.关于高保真"可变声道"功放的设想

新式的电流放大器只有一个信号输入端和一个输出端，可方便接成并联输出，当然也能单独工作。上述的高保真功放由2个电压放大器+6个电流放大器（每3个并联）构成的。如果再加4个电压放大器，并且"1拖1"的独立工作，不就成了六声道功放吗？这个想法有点夸张，但的确可行，只要增加几个信号切换继电器就可以做成二/六声道的高保真功放了（图6）。当继电器全部置于"2ch"时，每3个电流放大器并联成1个声道，总静态电流、最大输出电流和总耗散功率都是单个电流放大器的3倍，很容易做成高性能的双声道甲类功放。当继电器置于"6ch"时，功放成为拥有6个独立声道的纯功放，每个声道有1个电流放大器，静态电流只有并联时总静态电流的1/3，输出管工作在甲乙类状态，每个声道都采用相同的Hi-Fi电路和元件制作。如果这样的功放能造出来，甲类、甲乙类、两声道、六声道都可用这一台机器统统拿下了？听CD、HDCD、SACD、DVD-Audio都不用换机器了？这想法一下子成为我DIY的动力。虽然这种结构是前所未有的，有很大的制作难度，但我想试试，看能不能造出声道数可以变化的高保真功放。

三高保真"可变声道"功放的制作

从原理上分析很清楚，用软件仿真也没发现问题，实际制作却不那么轻松。制作成熟电路很容易，有大量的资料和名机做参考；而制作新电路一切都要从零开始，遇到的问题往往是未知的，时常令人一筹莫展，因此研制过程采取了循序渐进的策略，先做出简洁可靠的"样机"，待完全掌握了这种结构的声音特点后，再用最 

流行的放大电路追求完美。经过漫长探索，最近终于DIY出比较满意的样机。
1.外观、结构、布局

机箱是邮购的PRA-800合并式机箱，外形规格：435mm×400mm×150mm，外露铝散热片尺寸：380mm×140mm×32mm。内部布局：采用模块式设计，中间6个模块是6个电压放大器，两边是电流放大板（每板含3个电流放大器），正中间的是垂直安装的控制电路。左上边是环形变压器，右上边是电源板。由于音量电位器只能安装在右前方，根据弱信号尽量远离强干扰区的原则，采用从前向后的布局，音频信号由弱到强。在放大模块前部和音量电位器附近信号最弱，放大模块后部和输出继电器部位是强信号区，而左后方环形变压器的周围是干扰信号最强的地方，离右后方RCA信号输入及右前方音量电位器距离最远，这样布局可大大减少噪声和干扰。
2.各PCB板的功能和设计

全机的电路板分为主板、电流放大板、电源板3大部分。主板上又装有电压放大模块和控制板，电流放大板是由驱动板和功率输出板组成的，大大小小共有20块PCB板。主板的功能有点像电脑主板（图7、图8），主板上主要是音频信号、控制信号和电源的布线，并安装继电器、电解电容、散热器等体积较大的零件，这样设计后，电压放大模块内全是小零件，模块板简单多了。采用模块式设计后，模块下方的主板面积可以100%的用于布线，信号线可以用最短、最直接的方式布线，电源线可以做得很宽，大大减少了干扰和噪声，实际收效好过用多层板。电压放大模块（图9）：模块分上下两个部分，上面是盖板，主要起装饰和屏蔽作用，既美观又可提高信噪比，下面板才是电压放大电路，设有输入、输出、反馈、电源线、地线连接到主板上。
电压放大模块设计了好几种电路，先安装的是其中一种简洁的OCL电路（图10），由"两级差分"+"恒流源"构成，第一级差分管和恒流管采用2SA970低噪声对管，每个差分管工作电流1.5mA，第二级差分管采用2SC2075，第二级恒流管采用的2SA1145，工作电流约8mA，电阻采用5环金属膜电阻，小容量电容以威马和汤姆逊薄膜电容为主，音频相关电路上采用日本化工音频专用电解电容，其他部位采用红宝石电解电容6个声道的电压放大模块完全相同，一种放大电路只需要设计一张PCB图。想玩不同的电路很容易，直接更换主板上的电压放大模块，像电脑换CPU一样方便，不用换功放就可以玩不同电路的音色了。样机先用最简单的OCL放大模块，主要是想听听这种电流放大器真实的声音特点，而复杂的电压放大电路容易掩盖这些特点。简单电路元件少、信号流程短，元件素质对声音影响很明显，对元器件和调试要求很高；但元件少也带来了易于配对的好处，可将所有模块的元件精确配对，保证每个声道性能一致，都达到Hi-Fi水平。而部分高级AV功放也能兼顾Hi-Fi效果的，实际上只是加强了主声道的用料，这样易造成主声道和其他声道的音质差异，对声音的平衡感带来不利的影响。
电流放大板（图11）分驱动板和功率输出板，每一套电流放大板上都有3个电流放大器，安装偏置管、恒流管、推动管和输出管各有3对。偏置管和恒流管均采用D649和B669，推动管采用2SC1571和2SA1930，输出管用的是比较常见的东芝管2SA1943、2SC5200，配对要求不算太高。每只偏置管都与相应的输出管紧贴在一起（图12），然后用同一颗螺钉安装在散热器上，实现准确的温度补偿，使输出管的静态电流非常稳定。

在本机中共有6个电流放大器，当作为双声道高保真输出时，左右两边每3个电流放大器并联输出，最大输出电流可达到30A以上，成倍提高了输出电流和带负载能力，可轻松推动低阻抗扬声器。若将每对输出管电流调到800mA以上，3对管总静态电流达2.5A，可保证8Ω负载60W的甲类状态。由于机箱两侧散热片不大，实际电流调节为360mA×3时，散热片温度已达到42℃，甲类状态只能做到15W以内。电源板（图13）电压分为2组，功率输出级电源（±40V）和电压放大级电源（±48V）。功率输出级电源，由650VA环形变压器供电，50A桥式整流，共使用6个10000µF/50V滤波电容。 (责任编辑：admin)