專利名稱：一種電子管倒相放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子管倒相放大電路，尤其是一種應(yīng)用于高保真音響功率放大和一些要求高效率、高精度的無線電發(fā)射的電子管倒相放大電路。
電子管是最古老的電子放大器件，本世紀(jì)五十年代末，由于晶體管的出現(xiàn)，電子管幾乎面臨淘汰，但是今天，要讓它徹底退出電子領(lǐng)域還不是件可能的事，首先，在音響界，人們在長期使用晶體管功放機(jī)時(shí)普遍發(fā)現(xiàn)，晶體管功放機(jī)無論在音質(zhì)和音色上，特別是表現(xiàn)音響的藝術(shù)性上，很難代替電子管功放機(jī)，而且有一些影響音質(zhì)的因素很難克服，在數(shù)字音源普及的今天，人們普遍難以接受聽感上所謂的不自然的“數(shù)碼味”，而電子管功放機(jī)能較好的改善這個(gè)問題，使聲音變得耐聽，在這種情況下，電子管功放機(jī)重新回到了人們身邊，成為音響界的貴寵，國外和國內(nèi)又紛紛開始電子管功放機(jī)的生產(chǎn)制造，與以前相比，主要體現(xiàn)在工藝的改進(jìn)上，沿用的都是傳統(tǒng)的線路，幾乎再?zèng)]有創(chuàng)新，電子管功放機(jī)和晶體管功放機(jī)相比較，在技術(shù)指標(biāo)上很難做高，這是它的一大缺陷。其次，在大功率的高頻無線電發(fā)射管中，仍然是電子管獨(dú)占鰲頭，晶體管還無法取代它，所以說，電子管技術(shù)在今天仍然有十分重要的用途。
在推挽功率放大電路中，需要把單端信號電壓轉(zhuǎn)換成一對反相的平衡信號電壓，分別對信號波形正負(fù)半周進(jìn)行放大，最后合成一個(gè)完整的信號波形，完成這個(gè)工作的電路被稱之為倒相電路，傳統(tǒng)的倒相電路主要有以下五種一、剖相式(也稱分負(fù)載式)。
二、共陰極長尾式(以下簡稱長尾式)。
三、分壓式。
四、自動(dòng)平衡式。
五、變壓器耦合式。
在音響放大電路中，分壓式在早期應(yīng)用的較多，但性能不高，剖相式和長尾式由于性能優(yōu)越在今天得到廣泛的應(yīng)用，其他的幾種基本上已經(jīng)不用了，在這里只討論前三種。
傳統(tǒng)的倒相電路結(jié)構(gòu)不夠完善，由于存在相移元件和其他有關(guān)因素，致使兩路輸出信號在相位上不平衡，雖然空載時(shí)兩路輸出信號電壓的相位是平衡的，但是，當(dāng)接入負(fù)載以后，兩路輸出信號電流的相位是不平衡的，就是說，兩路輸出信號電流的相位差并不是正好相差180度，其中一路的相位會(huì)有所超前或滯后，這個(gè)電流作用倒負(fù)載上，得到的輸出信號電壓的相位就不再是平衡的，這樣，在最后合成一個(gè)完整的信號波形時(shí)，出現(xiàn)所謂的波形交越失真，而且頻率越高，這個(gè)問題越突出。在音響器材上，帶來的問題是聽感不好，不夠圓潤自然。在其他放大場所，向更高的頻率進(jìn)行的時(shí)候，相位的不平衡會(huì)使放大效率降低，信號放大波形紊亂，甚至導(dǎo)致放大失敗。所以說，相位不平衡的問題是一個(gè)重要的有待解決問題。
下面簡要分析一下前三種倒相電路各自的優(yōu)缺點(diǎn)和存在的問題。
(一)、剖相式見

圖1。
由于將負(fù)載電阻平分為二，倒相管陰極電阻很大，具有深度負(fù)反饋?zhàn)饔?，所以增益小?，沒有放大作用，不能推動(dòng)大功率的功放管，并且屏、陰輸出阻抗不一致，燈絲與陰極間存在分布電容，使得高頻范圍內(nèi)輸出信號幅度不平衡，相位平衡度不好，另外，由于輸入端和前一級直接耦合，故陰極電位很高，一般超過了陰極與燈絲的耐壓極限，應(yīng)當(dāng)解決陰極與燈絲間的耐壓承受問題，還有，在管子的選用和電路的設(shè)計(jì)上自由度不高。優(yōu)點(diǎn)是，電路很簡單，性能穩(wěn)定。
(二)、共陰極長尾式見圖2。
兩只電子管靠共陰極電阻完成差動(dòng)放大倒相，一只管子?xùn)偶壟c前級直耦，另一只管子通過一只落地電容與地交流連接，這個(gè)電阻取值較大，同樣存在深度負(fù)反饋，增益低，但大于1，有一定的放大作用，由于共陰極電阻受到限制不能取得過大，差動(dòng)性能不是很理想，陰極電位很高，同樣要處理好燈絲和陰極的耐壓承受問題，另外，由于那只落地電容的存在，會(huì)造成輸出信號相位不平衡，選管的自由度也不高。優(yōu)點(diǎn)是，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗、等效電容一致，幅度平衡性較好。
(三)、分壓式見圖3。
電路較為復(fù)雜，適合驅(qū)動(dòng)自給偏壓的后級功放管，如果功放管用固定偏壓，電路更為復(fù)雜。由于兩路輸出信號經(jīng)過的電容，電阻的級數(shù)、個(gè)數(shù)不一樣多，所以輸出信號相位的一致性更難保證。優(yōu)點(diǎn)是，增益大，可以不用前置電壓放大級，不用再設(shè)推動(dòng)級而直接推動(dòng)功放管，線路的設(shè)計(jì)，選管有很大的自由度，而且，陰極電位很低，不需要解決燈絲與陰極的耐壓承受問題。
通過以上分析，可以看到，它們各有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，難以兼顧各個(gè)方面的技術(shù)指標(biāo)，兩路輸出信號相位不平衡，是共同存在的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種既解決了傳統(tǒng)倒相放大電路輸出信號相位不平衡缺點(diǎn)又保持其優(yōu)點(diǎn)的電子管倒相放大電路。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電子管倒相放大電路，包括兩個(gè)放大單元，兩個(gè)放大單元之間采用直耦分壓方式連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該電路采用直耦分壓結(jié)構(gòu)，兩路信號對稱性好，輸出阻抗、輸出電容、以及等效電容一致，輸出信號幅度平衡度良好，最突出的改善是輸出信號相位完全平衡，另外，電路設(shè)計(jì)、選管有很大的自由度，倒相管陰極電位很低，也不用解決燈絲和陰極的耐壓承受問題，還有一點(diǎn)，就是大環(huán)路負(fù)反饋可以很方便地設(shè)在倒相級，這也是它的一大優(yōu)點(diǎn)。
本倒相電路在音響電路上經(jīng)過實(shí)踐，性能良好，穩(wěn)定度高，音質(zhì)保真度高，對聽感的改善非常明顯，聲音表現(xiàn)全面優(yōu)于傳統(tǒng)的倒相電路。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1為剖相式電路原理圖。
圖2為長尾式電路原理圖。
圖3為分壓式電路原理圖。
圖4為本發(fā)明電路原理圖。
附表為本發(fā)明倒相電路和三種傳統(tǒng)倒相電路性能比較一覽表。
本發(fā)明采用直耦分壓式電路結(jié)構(gòu)，如圖4所示，由兩只相同型號的電子管V1、V2共同完成倒相放大任務(wù)Ra1、Ra2分別是V1、V2管的負(fù)載電阻，一端接到同一組電源的正端上，另一端分別接V1、V2管的屏極Rk1、Rk2分別是V1、V2管的負(fù)偏壓電阻，一端分別接V1管的陰極(B點(diǎn))、V2管的陰極(C點(diǎn))，另一端接地R1與R2串聯(lián)，構(gòu)成分壓電路，上端接V1管的屏極，下端接地，中端(A點(diǎn))直耦接V2管的輸入柵極；Rg是V1管的柵漏電阻，一端接V1管的柵極，另一端接地；C1、C2分別是V1、V2管的信號輸出隔直電容，一端分別接V1、V2管屏極，另一端分別接兩路信號輸出的負(fù)載；V1管的柵極是倒相電路輸入信號Vin的輸入端，V1、V2管的屏極分別是兩路輸出信號Vout1、Vout2的輸出端。大環(huán)路負(fù)反饋可以設(shè)在本級，B點(diǎn)是反饋信號的輸入點(diǎn)，Rf是反饋電阻。也可以不設(shè)在本級，這時(shí)Rf省去不用。
由于，電子管的柵級輸入信號和屏極輸出信號的相位差是180度，所以，由V1管屏極的輸出信號Vout1和輸入信號Vin相差180度，V2管的輸出信號Vout2是由V1管屏極輸出信號分壓放大得來，所以輸出信號Vout2與輸入信號Vin是同相的，因此得到的兩路輸出信號Vout1、Vout2是一對被放大了的相位相反的信號。
由于該電路兩個(gè)放大單元是直耦連接方式，且對稱性更好，兩路信號輸出阻抗、輸出電容、以及等效電容一致，所以兩路輸出信號相位精確度很高，不會(huì)存在其中一路輸出信號相位超前或者滯后的問題，因此，相位平衡度非常好。
下面分析一下直流工作點(diǎn)和交流工作點(diǎn)的確定。由于Rk2比Rk1取值稍大，V2管的局部交流負(fù)反饋稍微大一些，兩管的增益會(huì)稍有差別，在以下工作點(diǎn)計(jì)算過程中為了計(jì)算過程簡化，暫不考慮這一因素。
(一)、直流工作點(diǎn)的確定當(dāng)V1管的工作點(diǎn)確定以后，V2管應(yīng)當(dāng)具有和V1管相同的直流工作點(diǎn)，A、B、C點(diǎn)的電壓滿足等式Vb＝Vc-Va，兩管的屏流滿足等式Iv1＝Iv2，要確定V2管的工作點(diǎn)，首先要確定電阻R2的值，然后根據(jù)A點(diǎn)的電壓確定C點(diǎn)的電壓和電阻Rk2的值，計(jì)算過程很簡單，從略。但是電阻R2的選值首先要由交流工作點(diǎn)的取值確定。
(二)、交流工作點(diǎn)的確定V1管的增益A1確定以后，V2管的增益A2滿足等式A2＝A1。所以R2的取值滿足公式(R1+R2)/R2＝A2＝A1。計(jì)算過程從略。
通常R1可取1M，R2取20k～30k左右，Rk2通常為幾個(gè)k，是Rk1值的2～3倍，Ra1＝Ra2，A點(diǎn)的直流電壓約為2～3伏。R2可用電位器代替以便于調(diào)整。
值得一提的是，V2管不會(huì)由于直接耦合V1管影響穩(wěn)定度，因R1取值很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R2，直流工作點(diǎn)的漂移波動(dòng)經(jīng)過R1與R2的分壓，反應(yīng)到A是非常微弱的，同時(shí)由于Rk2比Rk1取值稍大，V2管的局部負(fù)反饋大一些，更有利于該級的穩(wěn)定。
由于采用上述電路結(jié)構(gòu)，輸出信號的相位具有很高的平衡精確度。
該倒相電路，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，由于Rk1、Rk2取值很小，不存在深度負(fù)反饋，故電壓增益很高，可不用前置放大，直接推動(dòng)功放管，效率很高。
附表
權(quán)利要求
1.一種電子管倒相放大電路，包括兩個(gè)放大單元，其特征是所述兩個(gè)放大單元采用直耦分壓方式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒相放大電路，其特征是輸入信號經(jīng)V1管柵極輸入，由V1管屏極輸出一路反相的放大信號，該放大信號同時(shí)被R1、R2分壓，直接耦合給V2管進(jìn)行放大，由V2管屏極輸出另一路同相放大信號，完成倒相放大任務(wù)，R1和R2的分壓電位既決定V2管的直流工作點(diǎn)，同時(shí)也決定了它的交流工作點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的倒相放大電路，其特征是V2管、V1管可以是兩只電子管，也可以是兩個(gè)多管組成的放大單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電子管推挽功率放大的電子管倒相放大電路,該放大電路包括兩個(gè)放大單元,兩個(gè)放大單元之間采用直耦分壓方式連接。本發(fā)明吸取傳統(tǒng)倒相電路的諸多長處,克服了傳統(tǒng)倒相放大電路輸出信號相位不平衡的缺點(diǎn),具有電路結(jié)構(gòu)簡單、放大效率高、性能穩(wěn)定的特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于高保真音響功率放大,無線電發(fā)射等一切要求高效率、高精度的電子管放大領(lǐng)域。
文檔編號H03F3/02GK1367581SQ0113519
公開日2002年9月4日 申請日期2001年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月23日
發(fā)明者劉眾軼 申請人:劉眾軼