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华代中国声06重头戏——“误差矫正功放”[原创] [复制链接]

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一、胆石之争

与受电压控制电子管比较,晶体管是电流控制器件。晶体管基极电压Vb变化会导致集电极电流Ic发生变化,因为Vb与Ic的关系是指数函数关系,所以晶体管的输入电压范围都很小。而电子管的栅极电压Vg和阳极电流Ip就是3/2次方关系,与Y=kX一次方关系(线性)相比较,两者曲线陡峭程度很接近。场效应管的则是,栅极电压Vg与漏极电流Id是2(4/2)次方关系,与电子管的3/2次方曲线陡峭程度非常接近。自然听感上非常接近电子管了。

至于有人说,工业场合上用的管子用在音响场合上,依然很刺耳。我想,那是没看清管子曲线。一是偏置电压不对,造成过大的交越失真;二是很可能选用了专门用在逻辑开关信号驱动的场效应管,比如IR就有尾缀带L的标识。场效应管的工作频率可以达到很高,可以用在开关电路上,不等于它不适合用在线性放大上,它还是有线性区。有人还把CD4066等门电路设置在线性放大工作区,一样可以做放大器用。还有英国的Arcam雅骏Alpha系列就是用IRF的场效应管来做,比国内的一味用日本音响发烧场效应管功放好听多了。本人的误差矫正功放后级射随器也使用过IRFP150N+IRF5210,音质也非常不错。

晶体管的放大倍数hFE的线性度很差,如果器件用于放大器,则hFE的非线性明显是一种失真的来源。此外hFE还随着频率变化而降低。

晶体管作为电流放大器(通常之工作在高阻抗状态)与作为电压放大器比较,线性度比较好。
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三、听觉疲劳问题

甲类输出的谐波以偶次为主,听感舒服。乙类输出的谐波以奇次为主,听感刺耳。

石机与胆机的放音效果确实有所不同,所以晶体管电路想要替代电子管电路还是有一个过程。由于电子管输出牛存在比较大的相移,所以一般不敢施加过多的负反馈,加上开环状态下,输入输出是3/2次方关系,电路处于被过激励至过载状态,失真指数只会慢慢变坏。听众如果可以接受适当的削峰水平,电子管放大器的声音与相对更大功率的晶体管放大器比较,可以更大些。传统的电子管电路在被激励至过载时相对柔和的削峰特性,现在看来还是有价值的。因为过度的负反馈在设计不量的固态电路中,还经常出现电路闭锁现象。

即使是试图通过采用深度的负反馈来降低明显的THD水平,尤其是在乙类,也会产生另外2个问题。

首先,交越失真还是存在,还是存在截止区,输入信号电压 < 管子的导通电压,输出管截止,系统增益为0,通过负反馈环路施加的负反馈量也为0。当输入信号 > 管子的导通电压,系统环路的增益又进入另外一个稳态。虽然通过采用高速运放、开关管和深度负反馈,会减小THD,但是依然会产生大量的奇次谐波失真,这个失真就叫瞬态失真。这个现象是在70年代有个丹麦工程师发现的--THD很好,但是听感依然很差,促使他去做更深层次的分析。后来研究结果成了在AES年会上发表的论文。

其次,反馈环路的稳定性余量不合适。输出级性能不对称会使情况变得很糟糕。晶体管的动态特性本身与频率、温度、电流有关,还与两个射极输出对管的某一个导通有关。在这些复杂因素上还要加上大家忽略掉的扬声器系统因素。因为扬声器系统(尤其是带有复杂的分频器网络)的电抗随着输入信号的频率和幅度不断变化--存在反电动势。与实验室的纯电阻性负载完全不同。
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二、甲乙类之争

其实就是偏置电路的不同。虽然在电路上,很简单。其实真正运作起来,纯甲类的效率太低了。一般实际效率是10%。乙类效率高,理论上可以达到78.5%,实际上由于存在很大的交越失真,只能采取小信号甲类放大,大信号的乙类放大,来兼顾效率和线性。不过由于晶体管参数离散性比较大,还有参数对温度特别敏感,在大电流工作状态下,很容易导致热失控。所以晶体管甲类都是加以很大的负反馈量。即使是这样,一般的设计都是过补偿,毕竟保证正常工作至上。这样就存在冷机声音和热机声音差别很大。参数值都是按照稳定时来定的。所以发烧友需要反复几次调整偏流的。

但是在大规模生产的时候,这样的方法是不可取的。不过一些设计人员也注意到,如果放大电路采用大的负反馈量,实际静态电流的设定对满功率时实测THD失真水平影响不大,所以选用固定的静态电流(虽然不是理想值)或者很小的静态电流。当然会导致如下的想象,即在额定的输出功率时THD失真水平相当好,但是输出功率降低时THD就会变差。典型的LM1875、LM3886等IC都是这样的。
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先顶再看
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四、推挽输出电路的静态电流稳定性问题

在绝大多数固态音响电路中,在放音音质和器件发热之间进行折中的设计方案,解决的方法主要有3种:

1、选择对静态电流的设计没有严格要求的电路结构。如选用场效应管,Vg/Id特性曲线受温度变化比较小。

2、采用某种电路技术。如果温度补偿,以及温度补偿跟输出对管在一起的SAP15P/N对管。上述电路部分解决静态电流变化以及设定问题(至少一次,可以是在生产线上或使用过程中),但仍然不能提供一个理想的偏压可以免除静态电流的设定。

3、其他免除静态电流设定的电路。首先真正解决这个问题的电路是由英国的QUAD国都(也叫夸德)在1975年推出的电流倾注电路,最经典的是QUAD-405。以及对电流倾注表示怀疑的Sandman桑德曼提出的误差矫正电路和S类放大电路。其实都是由一个乙类电路作主放大和一个甲类电路作辅助放大。

    电流倾注采取电桥做误差抵消。虽然电路简单易懂,采用无偏压输出对管对电路失真没产生多大的影响。不过由于存在电感(减小主输出管的输出信号的功率损耗而改电阻用电感)和以及因此而电桥对应用的电容,因此电路在某些频率会存在不稳定现象。仿制QUAD-405者众多,但是也仅仅是完全COPY而已。

    误差矫正则是通过线性辅助放大器把输入信号和主功放的失真输出相减,再放大通过合适比例跟主功放相加,达到最终尽可能减小输出失真。目前3G的发射功放就是采取这个技术,他们叫预失真放大,predistortion,这个在www.tubecad.com也有相关的讨论和研究。

Sandman发现把常见的低阻抗输出负载更换为高阻抗负载,THD水平就会明显降低。从典型的1%~2%降低到0.02%。他采用一个小功率线性非常好的甲类功放和一个大功率乙类功放共同通过一个桥式电阻网络去激励负载。通过电桥网络监测电流,那么大功率放大器就会呈现小功率放大器激励无穷大负载阻抗的特性。

同时采用此设计概念,派生的是松下Technics公司的AA级电路。Sandman先生也专门撰文对比了S类和AA类的比较。实际结果是S类优越于AA类。也就是说AA类的改动并不算成功。

至于日本几个大公司,如JVC的WCP、天龙的双超线性、YAMAHA的零失真ZDR和ALA、SANSUI的超级倾注功放、SONY的电流转换等,都存在调试复杂,或听感一般,而没继续生产。
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多谢支持!!!!精采陆续来......
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误差矫正/补偿电路框图

Vout ~Z3V1+Z4V2

Vout/Vin~Z3G1+Z4(G2-G1G2b)

~1/b

if G1b=1 and/or G2b=Z3/Z4

更多的详细介绍请看 http://digilander.libero.it/paeng/feedforward_concepts.htm

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误差矫正/补偿电路框图

Vout ~Z3V1+Z4V2

Vout/Vin~Z3G1+Z4(G2-G1G2b)

~1/b

if G1b=1 and/or G2b=Z3/Z4

更多的详细介绍请看 http://digilander.libero.it/paeng/feedforward_concepts.htm
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不懂,只能......顶
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1,NE5532AP+TIP122 TIP127静态电路[upload=gif]Upload/20062221741858041.gif[/upload]
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