加拿大Bryston的分立元件大功率功放电路
加拿大Bryston公司的功放主要用在专业和录音室等场合,产品在全世界享有祟高声誉,功率涵盖60~1000W的范围,但几乎所有功放电路的蓝本都相同,大多采用这种输出级。下面以最适合家用的3B(150W、8Ω)为例,介绍该功放的完整主电路,如下图所示。
一、电路原理
电路看起来似乎比较复杂,这是因为加拿大Bryston作为世界顶级产品,承诺20年的质保期。其保护电路设置得非常完善,每个功率管都有单独的过流保护电路。其实放大电路原理非常简单明了,都是最基本的共射放大或共集放大(见下图)。
Q1~Q4组成互补差分输入级,Q5、Ql0为第二级共射推挽放大级,Q15、Q16(组成UBE倍增器给末级提供适当的偏置电压和温度补偿。这里可以看到,由于输出级不同寻常,UBE倍增器的设置也有不同。后面的电路就是着名的“四元互补对管式”输出级的结构,相对前述电路架构多了一级驱动管Q7和Q13,该输出级除了前述的不对称性失真极小外,还有一定的增益。
加拿大Bryston的设计理念就是这样可使电压放大级不至于满摆幅状态,更有利于减少失真。输入级和主电压放大级电路也是全互补放大,这样如前所述必然存在的晶体管不对称性失真,用单端放大可能更为有利。但是这世界上没有完美的放大电路,单端放大也有它的不足,正负半周信号的上升速率不容易做到一致,特别是在高摆幅大功率的应用场合不容忽视。从整体角度来看,晶体管放大器输出管的不对称性失真占主要地位。而本电路中这个问题已经解决,前级电路的小功率管对称性相对好很多。
介绍电路原理后,我们来看看这个不起眼的电路带来的卓越性能指标:在满功率8Ω、150W或4Ω、250W这样超大功率输出时,20Hz~20kHz全频带内总谐波失真和互调失真均不大于0.007%,10kHz以下失真率仅为0.001%左右,转换速率大于60V/μs,功率带宽1Hz~l00kHz,8Ω/20Hz时的阻尼系列数大于500。能有这样的失真度指标,除了电路元件取值恰到好处之外,四元互补对管输出级的电路组态自然功不可没,而且这种电路天生丽质,从根本上消除晶体管的固有失真。与深度负反馈电路及以前盛名一时的“ALA电路”(靠运放提供失真校正电压)有本质的区别。
二、试制调整
整个电路都是常用的元器件,非常有利于自制且成本不高。输入级差分对管2N5210/2N5087可以用2SC2362/2SA1016代用,2N5550/2N5400可以用2N5551/2N5401代用。要注意的是:我国市面上2N5551/2N5401对管非常泛滥,质量参差不齐,最好选用安森美的原装管,也可以用2SC2705/2SA1145代替。放大器的频率补偿设置得非常完善,有足够的相位裕度不会出现自激。MJE180可以用2SC3423或2SC3419代替。被动管和输出管必须使原装型号,并且要求严格配对,最好在10%以内,这个配对误差将直接影响失真度指标。电阻未标注功率的为1/4W、精度1%的金属膜电阻,小容量电容最好选择高频特性好的聚苯乙烯电容器。
线路板设计和整机布局对高质量的放大器的重要性不亚于电路设计。实际制作时将高电流脉冲的整流、滤波电源部分、双声道小信号前级电压放大部分、四元互补对管输出级及喇叭保护部分,分开单独设计,如右图所示,共4块电路板(小信号前级电压放大部分左/右声道各一块)。喇叭保护使用高可靠性的uPC1237集成电路,单独的26V电源以免影响正、负主电源的对称性。
整机装焊完成检查无误即可上电,静态电流每管调至50mA左右即可,处于高效率AB类放大状态。
实际试听时发现该机音质与普通的功放根本不可同日而语,最明显的是乐器尾部细节完整了很多。低频宽松而又不乏力度,高频柔顺细腻,整体音色极为纯正。而且,该机保护电路非常可靠,长时间使用从未出现过故障。