按照使用元器件的不同，功放又有“膽機(jī)”電子管功放，“石機(jī)”晶體管功放，“IC功放”集成電路功放。以半導(dǎo)體器件為放大元件的音頻功率放大器稱為石機(jī)。這是音響發(fā)燒友對(duì)晶體管功放的稱呼。（晶體是從石頭里提煉出的，所以人們稱它石機(jī)。）
歷史發(fā)展
甲類功放
石機(jī)最初的功放為甲類功放，這類功放的功放管的工作點(diǎn)選在管子的線性放大區(qū)，所以就算在沒(méi)有信號(hào)輸入的情況下，管子也有較大的電流流過(guò)，且其負(fù)載是一個(gè)輸出變壓器，在信號(hào)較強(qiáng)時(shí)由于電流大，輸出變壓器容易出現(xiàn)磁飽和而產(chǎn)生失真，另外為了防止管子進(jìn)入非線性區(qū)，此類放大器往往都加有較深度的負(fù)反饋，所以這種功放電路效率低，動(dòng)態(tài)范圍小，且頻響特性較差。
乙類功效
對(duì)此人們推出了一種乙類推挽式功率放大器，這類功放電路其功放管工作在乙類狀態(tài)，即管子的工作點(diǎn)選在微道通狀態(tài)，兩個(gè)放大管分別放大信號(hào)的正半周和負(fù)半周，然后由輸出變壓器合成輸出。所以流過(guò)輸出變壓器的兩組線圈電流方向相反，這就大大地減少了輸出變壓器的磁飽和現(xiàn)象。另外由于管子工作在乙類狀態(tài)，這樣不僅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的動(dòng)態(tài)范圍，使輸出功率大大提高。所以這種功放電路曾流行一時(shí)。但人們很快發(fā)現(xiàn)，此種功電路由于其功放管工作在乙類工作狀態(tài)，所以存在小信號(hào)交越失真的問(wèn)題，而且電路需使用兩個(gè)變壓器(一個(gè)輸出變壓器，一個(gè)輸入變壓器)，由于變壓器是感性負(fù)載，所以在整個(gè)音頻段內(nèi)，負(fù)載特性不均衡，相移失真較嚴(yán)重。
放大電路
為此人們又推出了一種稱為OTL的功率放大電路。這種電路的形式其實(shí)也是一種推挽電路形式，只不過(guò)是去掉了兩個(gè)變壓器，用一個(gè)電容器和輸出負(fù)載進(jìn)行藕合，這樣一來(lái)大大的改善了功放的頻響特性。晶體管構(gòu)成的功放電路有了質(zhì)的飛躍，后來(lái)人們又改良了此種電路，推出了OCL和BTL電路，這種電路將輸出電容也去掉了，放大器與揚(yáng)聲器采取直接耦合方式，直到現(xiàn)在由晶體管組成的功放電路，其結(jié)構(gòu)基本上是OCL電路或BTL電路。OCL電路與OTL電路不同之處是采取了正負(fù)電源供電法，從而能將輸出電容取消掉。BTL電路是由兩個(gè)完全獨(dú)立的功放模塊搭建組成，如圖C所示。IC1放大輸出的信號(hào)一部分通過(guò)IC2反相輸入端，經(jīng)IC2反相放大輸出，負(fù)載(揚(yáng)聲器)則接在兩放大器輸出之間，這樣揚(yáng)聲器就獲得由IC1和IC2放大相位相差180度的合成信號(hào)了。
改良方法
綜上所述，晶體管功放要得到好的放聲效果，就必須要有較低的輸出阻抗，較大的電流增益，電源方面要能提供足夠大的工作電流和較高的電源電壓且瞬態(tài)效應(yīng)好。
為了使放大器具有較低的輸出阻抗和較大的電流增益，功放的后級(jí)可用多對(duì)功率管并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且選取耐壓值盡可能高的功放管，使其能適應(yīng)不同阻抗的負(fù)載。不過(guò)此舉就要增加推動(dòng)功率了，一臺(tái)好的功放對(duì)電源的要求的苛刻的，為了能提高瞬態(tài)響應(yīng)和提供足夠的電流整流管要采用大電流開(kāi)關(guān)型整流二極管(有人稱為高速整流二極管)，另外濾波電容要采用萬(wàn)μF以上的。由于功放在工作時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電流達(dá)10安(視功放機(jī)的功率而定)以上，后級(jí)的接觸電阻和連線電阻均不能忽略，例如：電路存在0。1歐的交流阻抗，那么在10安電流的作用下就在其上產(chǎn)生1伏的交流電壓，這個(gè)交流電壓會(huì)藕合到前級(jí)，輕則產(chǎn)生交流干擾，重則會(huì)使放大器產(chǎn)生自激而損壞功放管。曾維修過(guò)多臺(tái)大功率功放機(jī)，因整流二極管接觸不良或?yàn)V波電容虛焊而造成燒壞功率管的。
另外，由于大功率的功放機(jī)均具較高的增益，所以電源的去藕電路就非常重要，否則很容易產(chǎn)生交流聲干擾。一般的功放機(jī)均要兩級(jí)以上的LC濾波電路，且濾波電容的接地點(diǎn)的選取均有講究。最后就是電源變壓器了，現(xiàn)在的功放機(jī)其總體效率大概在50%--60%左右，所以所選擇的電源變壓器的功率的選取應(yīng)為：擴(kuò)音機(jī)的最大不失真功率/0。5 例如：一臺(tái)最大不失真功率為100瓦的功放機(jī)其電源變壓器的功率應(yīng)是100/0。5=200瓦。另外為了減少電源內(nèi)阻和漏感對(duì)放大器的干擾，在電源變壓器的設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少每伏匝數(shù)和選用高磁通率的鐵芯。環(huán)牛(環(huán)形鐵芯變壓器)就是一種性能較好的變壓器。
功放機(jī)另一個(gè)參數(shù)---動(dòng)態(tài)范圍也關(guān)系重大。現(xiàn)在高檔的數(shù)字化音源如CD機(jī)，DVD機(jī)由于采取了高比特率的數(shù)字量化，其輸出的音源的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)90db以上較傳統(tǒng)錄音機(jī)（40--70db)大。所以，功放機(jī)如果沒(méi)有足夠的動(dòng)態(tài)范圍與之相配就很容易產(chǎn)生切峰失真（削波效應(yīng)），在切峰失真的信號(hào)波形中包含了極豐富的功率能量很大的高次諧波成份，它們加入到音箱中，其能量就極可能超過(guò)揚(yáng)聲器的承受功率而令其燒壞。所以在功率放大電路中，為了防止放大器進(jìn)入削波狀態(tài)，在電路上都加入了負(fù)反饋電路。負(fù)反饋電路雖然有效地防止了削波的產(chǎn)生，但它也使信號(hào)產(chǎn)生線性失真（幅度失真）和非線性失真（相移引起）。半導(dǎo)體器件制造在今天已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，大動(dòng)態(tài)范圍的半導(dǎo)體器件已經(jīng)問(wèn)世，在此前提下，人們提出了無(wú)負(fù)反饋功率放大器的概念，由于不存在負(fù)反饋，放大器的保真度將進(jìn)一步得到了較大的提高。
改良分析
不論是OCL或BTL功放電路，由于其去除了輸出變壓器和輸出電容器，使放大器的頻響得到展寬。與揚(yáng)聲器配接方面，當(dāng)功率放大器連接一個(gè)標(biāo)稱阻抗低于其額定負(fù)載阻抗的音箱時(shí)，理論上將使輸出功率增加，但這是有條件的，功放必須有足夠小的輸出內(nèi)阻且必須有足夠大的電流增益，電源能提供足夠大的工作電流，否則不但不失真功率不能增加反而引致放大器性能下降。另一種情形是功率放大器連接一個(gè)標(biāo)稱阻抗高于其額定負(fù)載阻抗的音箱，這時(shí)似乎功率放大器會(huì)輕松些，其實(shí)也不盡然，如果放大器的電源電壓容量不夠大，重放時(shí)可能未到其額定輸出功率就發(fā)生電壓過(guò)載失真。另外揚(yáng)聲器音圈會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)對(duì)揚(yáng)聲器的運(yùn)動(dòng)有阻尼作用，放大器的輸出阻抗對(duì)揚(yáng)聲器所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)有旁路作用，從而能有效地抑制揚(yáng)聲器的感生電動(dòng)勢(shì)。
功放制作
膽石混合
原理圖如圖1所示，筆者選用和田茂士線路作電壓放大，場(chǎng)效應(yīng)管作電流放大。其實(shí)，一些優(yōu)秀的膽前級(jí)電路很適合作電壓放大，特別是和田茂士SRPP輸出線路，具有極低的輸出阻抗和較強(qiáng)的負(fù)載能力。末級(jí)僅作0dB線路放大，電壓放大級(jí)與電流放大級(jí)用電容進(jìn)行信號(hào)耦合。
筆者仍采用《電子報(bào)》今年第1期膽機(jī)制作文章介紹的電源板，而重點(diǎn)改進(jìn)在用料上，即把原高壓濾波所用全部電解用若干個(gè)1μF～10μF/400V的EC薄膜電容及金龍MKT電容并聯(lián)代替。主板仍然可用國(guó)產(chǎn)電子管組裝(A型板)，發(fā)燒友也可用全新俄羅斯12AX7、12AT7(B型板)或歐洲管升級(jí)。信號(hào)耦合電容還可用維他命Q電容或其他頂級(jí)電容摩機(jī)。
制作時(shí)為便于裝配及摩機(jī)，共使用兩臺(tái)機(jī)箱，膽前級(jí)與0dB后級(jí)各裝配一臺(tái)，兩臺(tái)獨(dú)立調(diào)試。其中后級(jí)每聲道使用了4對(duì)K1529/J200，每聲道各用1只500W環(huán)形變壓器供電，采用外置散熱器機(jī)箱，尺寸達(dá)480mm×430mm× 150mm，為制作大功率甲類功放創(chuàng)造了條件。兩臺(tái)機(jī)箱用信號(hào)線連接。當(dāng)分開(kāi)時(shí)，和田茂士電壓放大部分即可單獨(dú)作為一臺(tái)膽前級(jí)使用。
該功放具有聲場(chǎng)宏大，定位準(zhǔn)確，音色甜美，印證了“簡(jiǎn)潔至上”這一名言。
該功放不足之處是成本較高，體積較大，一般通用機(jī)箱不易裝配，發(fā)燒友需量力而行。
石機(jī)混合
原理圖如圖2所示，該方案組合主要是從降低成本及減小體積方面考慮的。
由于大功率場(chǎng)效應(yīng)管售價(jià)較高，業(yè)余條件較難配對(duì)。為此，筆者采用了大功率場(chǎng)效應(yīng)管推動(dòng)大功率三極管。由于大功率三極管售價(jià)低，易配對(duì)，從而降低了制作難度。并且場(chǎng)效應(yīng)管參與功率輸出，推動(dòng)級(jí)靜態(tài)電流高達(dá)300～600mA，從推動(dòng)級(jí)開(kāi)始，功放便工作在甲類狀態(tài)。
同樣，電壓放大部分可選用圖1的和田茂士前級(jí)電路。從減小體積出發(fā)，筆者使用了專門針對(duì)SACD與DVD－Audio而制作的電壓放大模塊，左右聲道各一塊，尺寸僅11cm×8cm，便于與末級(jí)電流板裝配在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。該模塊制作的功放帶寬達(dá)5Hz～150kHz，總諧波失真在0．01%以下。若發(fā)燒友不想投資過(guò)大，象發(fā)燒友手頭都有的TDA7294、LM4766、LM1875等功率運(yùn)放，只要將其配圖1或圖2所示的0dB放大極，降低末級(jí)0dB部分供電電壓，即可制作出10～60W的純甲類功放，其音色定會(huì)給你耳目一新。
推薦摩機(jī)：若圖1中的和田茂士電路搭配圖20dB后級(jí)，0dB后級(jí)所用對(duì)管2SC3858/2SA1943(250W)增加至4對(duì)，提高0dB后級(jí)工作電壓為70～100V，那么，只要電源能量供應(yīng)充足，散熱通暢，業(yè)余條件下完全可以輕易制作出乙類300～500W(8Ω)、甲類：30～100W(8Ω)這類巨無(wú)霸功放。雖然大多數(shù)發(fā)燒友并不需要數(shù)百瓦的功率，但是只有儲(chǔ)備功率越大，靜態(tài)電流越大，功放的內(nèi)阻才會(huì)越低。在額定輸出功率內(nèi)具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力和優(yōu)秀的頻率響應(yīng)，才更易推動(dòng)音箱和控制音箱。特別是一些進(jìn)口名牌頂級(jí)音箱，用巨無(wú)霸功放推動(dòng)顯得更為重要。筆者認(rèn)為只要功放輸出功率能達(dá)到150W×2(8Ω、乙類)、30W×2(8Ω、甲類)，就能推動(dòng)好大多數(shù)名牌音箱。
另外，發(fā)燒友還可用其他靚聲功率管如K851、SAP15N/SAP15P、MJE15024/MJE15025作0dB放大。
電流反饋
原理簡(jiǎn)圖如圖3所示，該線路采用了真正的電流負(fù)反饋電路，有別于報(bào)刊介紹的在負(fù)反饋環(huán)路中增加取樣電阻一類電路。眾所周知，電流反饋具有寬頻、高速、低失真的特性，所以日本金嗓子名機(jī)中大量使用此技術(shù)。這里僅給出簡(jiǎn)化示意圖，其末級(jí)采用三級(jí)電流放大，使用摩托羅拉專用驅(qū)動(dòng)管MJE15030/MJE15031，驅(qū)動(dòng)負(fù)載輕松自如。
電壓反饋
在這里仍采用《電子報(bào)》今年第8期《輕松制作靚聲甲類功放》一文中的電壓放大線路，主要改動(dòng)在后級(jí)電路，原理簡(jiǎn)圖如圖4所示，在此用示意圖代替電壓放大部分。電流推動(dòng)級(jí)采用了日立制作所最新120W大功率場(chǎng)效應(yīng)管K2221/J352，并且推動(dòng)級(jí)電流高達(dá)300mA，反饋點(diǎn)改在輸出端，為大環(huán)路負(fù)反饋，選取合適的R阻值即是一部前饋式功放電路。該線路板包括的預(yù)推動(dòng)級(jí)、推動(dòng)級(jí)、末級(jí)電流放大級(jí)及溫度補(bǔ)償三極管，應(yīng)全部固定在散熱器上。K2221/J352若不易購(gòu)到可用K1058/J162或K1529/J200代換。該功放音色保持了MOS管的聲音特色，低頻力度強(qiáng)勁，解析力高。
以上四種后級(jí)電路均可在30～60V內(nèi)供電，0dB后級(jí)可提升工作電壓。電流放大印板均為雙單聲道設(shè)計(jì)，每聲道預(yù)留有4對(duì)大功率管的位置，發(fā)燒友應(yīng)根據(jù)散熱器面積、變壓器功率及所需功率(P乙=U2/2R，P甲=2I2靜·R)選取功率管對(duì)數(shù)及其靜態(tài)電流。對(duì)于63V以下的濾波電容，ELAN、松下電器、諾華集團(tuán)當(dāng)然是首選。對(duì)于容量10000μF耐壓100V的發(fā)燒電解，市面上選擇余地不多，即使能購(gòu)到某些音響專用品牌，其售價(jià)也相對(duì)較高，從性價(jià)比方面考慮，筆者選用若干ELAN470μF/100V、BENNIC 1000μF/100V、BENNIC2200μF/100V電容并聯(lián)使用，降低輸出容抗，其性能比某些音響專用大容量電解還好。
前膽后石
采用前膽后石設(shè)計(jì)的HIFI功放效果比單純的“膽機(jī)”或“石機(jī)”的效果要好。
闡述“前膽后石”的概念，要從功放的放大原理來(lái)入手，在功率放大器的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者將其內(nèi)部分為前級(jí)放大和后級(jí)放大，所謂前級(jí)放大，其主要作用是對(duì)信號(hào)源傳輸過(guò)來(lái)的節(jié)目信號(hào)進(jìn)行必要的處理和電壓放大后，再輸出到后級(jí)功放。它就像鐵路岔道一樣，控制切換哪一路音源信號(hào)接入功放，哪一路音源信號(hào)與功放斷開(kāi)；而后級(jí)放大則是單純的功率放大部分，它的作用就是盡可能原原本本地放大來(lái)自于前級(jí)的信號(hào)，對(duì)后級(jí)的要求是，放大倍數(shù)盡可能高，而放大后信號(hào)的失真程度應(yīng)盡可能低。除放大電路外，后級(jí)放大器中還設(shè)計(jì)有各種保護(hù)電路，如短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等。
理解了前、后級(jí)放大的概念之后，再來(lái)看看“前膽后石”中所指的“膽”和“石”，其實(shí)這兩者所指的都是功率放大器中所使用的功率放大部件。所謂“膽”，其所指的就是電子管，采用電子管放大的“膽機(jī)”所發(fā)出的聲音高音亮麗、中頻飽滿、低音醇厚且富有彈性，這種較為“溫暖”的聲音特點(diǎn)是在回放純音樂(lè)或人聲、等音樂(lè)時(shí)最為人耳所喜愛(ài)的，但是電子管功放最大的弊端就在于其聲音“速度感”不強(qiáng)，在播放節(jié)奏較快的音樂(lè)時(shí)并不能讓人十分滿意；而所謂“石”，其所指的就是晶體管，采用晶體管的放大器被稱為“石機(jī)”，石機(jī)最大的特點(diǎn)就是“速度感”較強(qiáng)，輸出功率強(qiáng)勁，但在聲音的溫暖度上不及“膽機(jī)”，音樂(lè)回放效果相比起“膽機(jī)”顯得生硬，并不是十分耐聽(tīng)。
在功放的前級(jí)放大部分采用電子管放大聲音信號(hào)，能夠使輸入的聲音信號(hào)具有良好的聲音表現(xiàn)和高動(dòng)態(tài)范圍，具有音色自然、逼真的特點(diǎn)，而在后級(jí)功率放大部分采用晶體管放大則能夠保證輸出的聲音信號(hào)的速度和功率，這種設(shè)計(jì)能夠集兩種放大技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)于一身，HIFI發(fā)燒友自然會(huì)對(duì)采用這種設(shè)計(jì)理念的功放產(chǎn)品情有獨(dú)鐘。
電源影響
若要挖掘以上功放的潛力，發(fā)燒友可試著從電源方面著手考慮，比如電壓放大部分和電流放大部分均用穩(wěn)壓電源供電。音響器材中還可加入電源濾波器與高精度電源穩(wěn)壓器，這些器材國(guó)產(chǎn)品牌眾多，選擇余地較大，其帶來(lái)的好處是音響系統(tǒng)異常寧?kù)o，還可增添許多音響細(xì)節(jié)，十分超值。
變壓器
對(duì)于電源變壓器，發(fā)燒友應(yīng)選漏磁小、效率高、發(fā)熱量低、A級(jí)材料制作的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。無(wú)論是環(huán)形還是方形變壓器，其售價(jià)都相對(duì)較高，市面上一些低價(jià)位通用產(chǎn)品應(yīng)慎用，發(fā)燒友應(yīng)購(gòu)買優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品或到生產(chǎn)廠家訂做。
后記
當(dāng)然，如有條件，末級(jí)電容濾波可完全用數(shù)十只乃至數(shù)百只薄膜電容并聯(lián)濾波，但其體積是巨大的，成本也是驚人的，好在市面上有許多二手薄膜電容可供選擇，價(jià)格也在發(fā)燒友的經(jīng)濟(jì)承受能力之中。薄膜電容所營(yíng)造的聲場(chǎng)是許多號(hào)稱“音響專用”的電解所無(wú)法比擬的。
參考資料 >