无需输入变压器的低电压互感扼流圈功放

yngz

互感扼流圈功放在70年代的低电压收音机中曾得到过较广泛的应用。其优势是电源电压的利用率很高，能够做到低电压大输出，并且可以施加深度负反馈，失真较小。传统的互感扼流圈功放是基于锗管的，并且需要配合输入变压器使用。这些器件早已停产，现在的时代想用这种电路就比较困难了。

经过琢磨互感扼流圈功放的原理，我成功的把它嫁接到了现代OTL电路的程式上。不需要输入变压器，也不需要锗管，甚至互感扼流圈也可以使用电感量较大的电源滤波共模电感代替。

我试验所使用的一款共模电感是38mH的，其每个绕组的直流电阻是2.5欧姆。有条件的最好还是用铁芯绕制，并且使用较粗的线双线并绕。共模电感出于绝缘的考虑，两个绕组是分开的，理论上来说相互耦合不够紧，市电高电压运用，绕的线也不够粗。

最先试验的是这款电路，令人惊奇的是可以在1.2V的电压下，空载输出2Vpp的电压。但由于输出电流不足，接上4欧负载，电压降落厉害。实际负载输出的表现，还不如不用扼流圈的。在很低的工作电压下，驱动较高阻抗的负载，这款电路可以用用。



然后把电路小改成如下形式，驱动能力立刻上来了，这个电路至少可以在2.5V电压下向4欧负载输出2Vpp电压（更极限的状态没有试），达到了常规的OTL功放4V供电的水平。



当然了这款电路也不是完美无缺，其主要存在的问题是静态电流容易“发散”。当电源电压超过一定的阀值时，静态电流迅速变大。这是因为电源电压升高，推动级静态电流上升，输出管的偏置电压也上升，超过一定的值，输出管的静态电流就迅速变大，没法控制。在实际使用中可以将输出管偏置在没有静态电流的纯乙类状态，让深度负反馈解决交越失真的问题。将两个差分放大级用恒流源供电，可以增强对电源电压的适应，不过三极管的数量又要增加好几个。

yngz

我来再讲一下共扼圈中所发生的过程：

在信号的上半周，电源通过上输出管向扬声器输出电流，这时共扼圈对边感应出方向相反的电压，阻止储能电容上电压的变化，同时初级对变化的信号呈现很大的电感，减弱了对流过扬声器动态电流的分流作用。

在信号的下半周，储能电容通过下输出管向扬声器反向放电。这时共扼圈对边感应出反向电压，动态抵消了一部分电源电压，阻止了下输出管通过共扼圈把电源短路。同时共扼圈的初级对变化的信号呈现大电感，减弱了对流过扬声器动态电流的分流作用。

同时迭加存在的一个过程是：在任何时刻，电源能够以差模的形式流过共扼圈，对储能电容充电。对于这个差模过程，共扼圈的电感消失，只有线圈的直流电阻发生作用。

根据以上的分析可见，互感扼流圈起着抵消变化的“断路”的作用，它并不通过磁场传递交流功率，只以磁场对消的方式在导线上传递直流功率。因此，互感扼流圈对磁性材料的饱和磁感应强度没有什么要求，可以选择磁导率高而饱和强度低的磁芯来绕制。这样绕线的圈数可以少一些，线径可以粗一些。直流电阻越小越好，电感量越大越好。

如果共扼圈的直流电阻过大，会造成储能电容的充电不足，负半周的输出能力会不足。

yngz

这个是《无线电与电视》晶体管收音机特辑《并联供电OTL功率放大电路》一文，互感扼流圈的设计原则：

当负载阻抗Ry是8欧，最低放音频率fd是200Hz，那么L>=0.32*8/200(H)=12.8(mH)，用0.29漆包线在5*5mm骨架上双线并绕150圈即可，硅钢片用D42型。
作为比较，山花C153三波段半导体收音中用的互感扼流圈的参数是：

0.38漆包线双线并绕80圈，电感大于6.3mH。

http://www.crystalradio.cn/thread-1363353-1-4.html

由此可见，互感扼流圈参数与输出功率、电源电压基本无关，其元件比常规输出变压器更具通用性。

如果不想自制，用10mH以上的电源滤波电感即可。

yngz

这个是加了恒流源的电路，可以适应更高的电源电压。


随便纠正之前电路的一个“BUG”：推动级的中点应该设置一个负载电阻，否则容易工作不稳定，引起一种超低频自激现象。

yngz

经过仔细优化设计、调整元件参数，在1.5V的电压水平下终于达到了较好指标。

在4欧扬声器上获得了1.5Vpp的不失真输出，在6.7欧负载电阻上获得了2Vpp的不失真输出，约70毫瓦的输出功率。

这个电路建议用8欧扬声器，可以获得更高的效率。

70后大叔

yngz 发表于 2017-7-22 18:09
经过仔细优化设计、调整元件参数，在1.5V的电压水平下终于达到了较好指标。

在4欧扬声器上获得了1.5Vpp ...

音质会很差吗? 1.5v升到2v，波形—定有很大失真，频响不会很好，但考虑1.5v，这也沒法子。

yngz

70后大叔 发表于 2017-7-22 21:02
音质会很差吗? 1.5v升到2v，波形—定有很大失真，频响不会很好，但考虑1.5v，这也沒法子。

提供的都是不失真的数据。由于存在深度负反馈，只要不越过动态范围的极限，都没有明显的失真。

由于多存在一个并联的电感元件，频响肯定比常规的OTL差一些。方波响应比常规差，而三角波响应则很好。

longshort

很多人都认为输出电感是扼流圈，其实它根本不是扼流圈，它仍然是一个推挽变压器，每半周一个绕组送入电流，与另一个绕组感应的电流相串联，从而在两端得到一倍的输出电压。

lck88lck

yngz 发表于 2017-7-20 15:29
这个是《无线电与电视》晶体管收音机特辑《并联供电OTL功率放大电路》一文，互感扼流圈的设计原则：

当 ...

“互感扼流圈”这不就是1：1的变压器吗？

yngz

lck88lck 发表于 2017-7-23 10:59
“互感扼流圈”这不就是1：1的变压器吗？

如果把元件脱离具体的电路单独来看，它确实是1:1的变压器。
从元件在实际电路中发挥作用的方式来看，它是起扼流圈的作用，只允许直流通过，阻止交流分量通过。
在常规的变压器输出功放中，变压器吸收全部的交流功率，并把它传递到次级的负载。
在这种电路中，互感线圈阻止交流信号通过自身，交流功率是直接传递到负载的。

lck88lck

yngz 发表于 2017-7-23 11:19
如果把元件脱离具体的电路单独来看，它确实是1:1的变压器。
从元件在实际电路中发挥作用的方式来看，它 ...

只是理想吧，它还是按变压器的工作状态工作的吧？逃脱不了互感。

yngz

这个是另一种结构的并联OTL功放，使用三极管的数量较少，适合电压较高时使用。

longshort

yngz 发表于 2017-7-23 11:19
如果把元件脱离具体的电路单独来看，它确实是1:1的变压器。
从元件在实际电路中发挥作用的方式来看，它 ...

即使不脱离具体的电路，它也仍然是一个常规的变压器。在一个半周的时候一侧的晶体管将功率输入一边绕组，同时感应并产生功率的另一边绕组与这一边的晶体管功率叠加并送给并联在变压器两端的负载，在另一半周的时候，这个过程同样给出另外一半的功率。这都是因为有了变压器才达到升压的目的，否则要这“扼流圈”有何用？扼流圈是用于单向阻止的。

对于共模电感，阻止的就是随电源两根线同向进入的干扰，所以它对干扰信号是单向的。但对于电源线上通过的相反方向电流，大小相等方向相反，意味着两个绕组中都同时被供应了功率，且这两个功率的和为零，所以在这种场合下它确实只是扼流圈，绕组本身并未提供额外的感生功率。

yngz

冰岛 发表于 2017-7-23 14:07
相比较而言，简化的桥式功放零部件反而更少。

全桥输出不容易弄，有两大困难不易解决。一是如何将扬声器两端的电压作为一个整体来施加负反馈，二是扬声器两端的直流电压如何保持精密的平衡。

对于大信号工作的音频功放来说，如果不施加大环深度负反馈，失真将会惨不忍睹。常规的BTL都是用两个一模一样的OTL来实现，负反馈只是针对每一边的。由于OTL性能不可能完全一致，造成机械拼合的波形不够完美，失真变大且不易改善，高保真功放一般不用BTL。

由于扬声器的直流电阻很小，两端微小的直流电压不平衡就会导致产生很大的不平衡电流。BTL一般都用功放集成电路来实现，集成电路产品具有高度的一致性，且电路设计完善，适应能力强，容易解决不平衡的问题。用分立元件来做，就非常危险了，很容易烧扬声器。

引入一个互感扼流圈，使用并联OTL则一举两得地解决了上面两个问题。具有BTL的输出能力，失真可以做得更小，电路又不繁复，扬声器也是安全的。

yngz

冰岛 发表于 2017-7-23 15:15
其实在要求不太高的情况下，BTL功放可以用局部电流负反馈来降低失真，谐波失真同样可以控制在5%以下， ...

这个是我设计中的BTL，试图引入变压器来完成整体大环交流负反馈，同时变压器也用来平衡空载时两端的直流电压。



或者



与互感扼流圈功放相比，这个变压器不需要承载功率电流，可以用细线绕制。

70后大叔

yngz 发表于 2017-7-23 13:35
这个是另一种结构的并联OTL功放，使用三极管的数量较少，适合电压较高时使用。

想问一下, 无需输入变压器的低电压互感扼流电路, 是不带16欧的喇叭性能更好??