kt系列胆功率强放级的基本分析 [复制链接]

举世闻名的威廉逊（D、T、Williamson）电子管功率放大器于上世纪五十年代问世，发表在英国“无线电世界”杂志上，该功放首次将束射四极功率电子管改为三极管接法，使功放的保真度得到很大提高，是高保真三极管接法的创始者。当时的威廉逊功放为单声道电影，功放电子管采用KT66／6L6，其输出功率为12W，失真系数为2％，频率响应20Hz~20kHz±1dB。
现代版威廉逊立体声功放由日本氏家高明先生设计，发表在日本“无线电技术”杂志上，并对原功放电路作了适当地改进。首先将原单声道功放改为双声道，功放电子管改用束射四极管KT88与五极功率管EL34，使功放的输出功率及电性能均得到明显的提高。
当采用KT88束射四极管时，功放的输出功率为40W＋40W，失真系数为0?郾5％，频率响应5Hz~50kHz±1dB；当采用EL34五极功率管时，功放的输出功率为25W＋25W，失真系数为0?郾6％，频率响应5Hz~50kHz±1dB。
现代版威廉逊功放简析
输入兼倒相级
原电路的输入兼倒相级由6SN7双三极管担任，先由1／26SN7三极管组成共阴极输入电压放大，并采用直耦方式将信号传输至倒相管的栅极；另1／2 6SN7三极管组成屏阴分割式倒相电路。为了提高高频响应，还在输入电子管屏极设置了由RC组成的高频阶梯补偿电路。
现代版输入兼倒相级电路与原电路基本相同，但电子管改用12AV7，该双三极电子管的高频特性较好，其输入电容Cin仅为1?郾8pF，级间电容Cag仅为1?郾5pF，不到6SN7双三极管的3~4pF的一半，因此输入电子管屏极的高频补偿不再需要，且频响变得宽阔而平坦。
推动级
原电路的推动电压放大级仍由6SN7双三极管担任，组成共阴极推动电压放大电路，栅负偏压电阻取值为470kΩ。为提高推动级电性能，减小失真，拓宽频响，在共阴极处设有390Ω的电流负反馈。
现代版推动电压放大级改用12AV7双三极管担任，组成共阴极推动电压放大电路，栅负偏压电阻改为1MΩ，屏极电压取值为145V，屏极电流10mA，其输出电压幅值可达40~50V，为功放级提供较强劲的推动信号电压。
功率放大级
威廉逊功放的独特之处，是将束射功率管的屏极与帘栅极连在一起，形成一个三极管，使管内阻大幅度降低，放大线性变好，保真度得到极大的提高。三极管接法本质上可以看作帘栅极反馈的特例，即电子管的屏极输出电压全部反馈到帘栅极，此反馈作用全部在电子管内进行，使电子管的等效参数发生很大变化，由于是深度的帘栅极反馈，故对改善放大器的各项电性能效果非常显著；但另一方面，由于深度的负反馈，不可避免地使功放的最大输出功率减小。
现对威廉逊原功放管KT66与现代版功放管KT88改为三极管接法以后，其电子管等效参数的变化作简要分析：
将KT66与KT88帘栅极与屏极连在一起，之间还接有100Ω电阻，主要是防止寄生振荡，对音频电流来说，与直接相连是相同的。
由于两极相连，帘栅极反馈电压与屏极输出电压之比M＝1，此外栅极与帘栅极间的放大系数与改为三极管时相等，即μs＝10，于是即可求得在三极管接法中的反馈系数βs值：
βs＝M／μs＝1／10＝0?郾1，
因此，电子管的等效特性近似地可按栅极反馈β＝0?郾1来计算。
KT66束射四极管的原互导S＝6mA／V，放大系数μ＝132，内阻RP＝22kΩ，如改为三极管接法以后其等效参数即为：
放大系数μ′＝μ／1＋μβs＝132／1＋132×0?郾1＝9
内阻R′P＝RP／1＋μβs＝22000／1＋132×0?郾1＝1570Ω
KT66束射四极管改为三极管接法以后，放大系数由原来的132变为9；内阻由原来的22kΩ降低至1570Ω。
KT88束射四极管的原互导S＝11mA／V，放大系数μ＝132，内阻R■＝12kΩ，如改为三极管接法以后其等效参数即为：
放大系数μ′＝μ／1＋μβs＝132／1＋132×0?郾1＝9，
内阻R′P＝RP／1＋μβs＝12000／1＋132×0?郾1＝860Ω。
KT88束射四极管改为三极管接法以后，放大系数由原来的132变为9；内阻由原来的12kΩ降低至860Ω，则对制作现代高保真功放带来极大的方便，电性能也将得到明显的提高。
安装与调试
在现代版威廉逊功放装配图中，采用对称型镜像布线方式，左右声道的电子管及各种元器件均采用全对称方案，电源变压器置于中央，为两声道共用，全部装配与布线排列清晰，合理，采用搭棚式手工焊接方式，使走线最短，相互之间不产生干扰，以确保放大器的优良品质。
KT66的束射四极管在标准接法的推挽功放电路中，屏至屏的负载阻抗为8000Ω，当功放管屏极电压取值为400V时，其栅极负偏压为-22V，屏极电流为110mA，输出功率为30W；而在三极管接法的推挽功放电路中，由于帘栅极的深度负反馈，使电子管的内阻降低至1500Ω，屏至屏的负载阻抗则为4500Ω，当屏极电压取值为400V时，栅极负偏压为－36V，工作范围比标准接法变窄，所以最大输出功率也显著减小，仅为15W。
KT88束射四极管在标准接法的推挽功放电路中，屏至屏的负载阻抗仍为8000Ω，当屏极电压取值为450V时，栅极负偏压为－24V，屏极电流为200mA，最大输出功率可达80W；而在三极管接法的推挽功放电路中，由于帘栅极的深度负反馈，使电子管内阻降低至900Ω，故屏至屏的负载阻抗为4000Ω，当屏极电压仍取值为450V时，栅极负偏压则为－46V，工作范围亦比标准接法显著地变窄，故最大输出功率仅为40W。
电源供给
原威廉逊功放为单声道，整机电流较小，故高压电源供给采用5V4电子管担任，并采用阻流线圈组成的CVC滤波网络，滤波电容为8μF+8μF。
现代版威廉逊功放为双声道，整机电流较大，故本机的高压整流采用硅二极管全波整流，并采用优质电解电容进行滤波，其滤波容量为47μF×4，已完全能满足要求。
现代版威廉逊功放的电性能
在现代版失真率特性图中，共给出了低频100Hz、中频1kHz与高频10kHz三根失真率特性。
当功放的输出功率为20W时，以低频100Hz至高频10kHz全频段范围内，其失真系数为0?郾1％；当功放的输出功率为40W时，功放的失真系数为0?郾7％，
在现代版频率响应特性图(图5)中，无负反馈时，以低频10Hz至高频20kHz全频段范围内，放大器的增益变化为－1dB；
当加20dB的负反馈时，从低频的1Hz至高频的100kHz全频段范围内放大器的增益变化为－1dB。