无需输入变压器的低电压互感扼流圈功放

yngz

70后大叔 发表于 2017-7-24 10:29
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??

是的，是带高阻喇叭的性能更好。因为输出电压提高了，输出电流就容易形成瓶颈。

而提高输出电流并不容易，多加一级电流驱动会带来静态电流的不易控制和更容易自激的问题。

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。

dongmin

yngz 发表于 2017-7-25 10:44
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 ...

这个解释非常好，把扼流圈功放的精华讲清楚了。

yngz

觉得用高磁导率磁环来做互感扼流圈较好。淘宝上查到一款产品，1.3的线绕了18圈就有4毫亨。




根据电感量是匝数比的平比的关系，如果用细一些的线绕50圈，电感就可以达到30毫亨，大大超过传统设计的电感量。

图中是双线分绕，有利于绕组间的绝缘。双线并绕有利于实现更密紧的耦合，而且绕起来也更省事。

yngz

下面这个电路希望能解决1.5V低电压下的输出电流问题。


虽然复杂，但由于三极管很便宜，成本并不高。利用现代高导磁环做扼流圈，性能肯定不俗。

在电源电压2V以下的量级，并联供电OTL比BTL更有优势。受晶体管饱和压降的影响，BTL的输出电压会消耗两个三极管的压降，并联供电OTL只消耗一个。

当然这个电路的意义绝不仅仅只用于1.5V供电，加上恒流源，就可以扩展到更高的电源电压。在较高的电源电压下，输出管换成互补场效应管，可以极大的提升输出功率。

yngz

上一楼(25楼)的电路经试验不太成功，失败的主要原因是差分输出两边的驱动能力并不相等，只能用输出强的那一边。经过不断修改和尝试，下面的电路终于获得了成功。

输出能力大幅度提高，能够在1.5V电压下在4欧负载上输出2Vpp的不失真信号，相当于120毫瓦。静态电流也变得更小，只有3mA左右，且不需要调试。另外电路一直困扰人的超低频自激现象也得到解决，大环负反馈应该使用直接耦合，不应该通过耦合电容器。如果输出管用大电流特性更好的管子，共模扼流圈用高导非晶磁环来制作，性能应该还会进一步提高。
不过这个电路也不是完美无缺，由于大环负反馈属于电压并联负反馈，输入阻抗较低。

yngz

进一步改进设计：

输出管的基极并联电阻是可以省略的，但发现在电源电压变化时，在某个较低的电压点上，静态电流会异常大幅度增大，看来还是不省略的好。

下面这个是同相输入：



同相输入的优点是反馈回路不受信号源内阻的影响。在上面反相输入的电路中，信号源的内阻会影响反馈量，影响电路的增益。

上面几个电路的电压放大倍数约10倍。

yngz

下面这个是构思中的使用输入变压器的并联OTL，其优点是输出管可以使用同一极性。



设计这个电路的初衷是想利用市场上一种“奇葩”的中功率管2SC3807作为输出管。这种NPN三极管电流放大倍数奇大无比，达到上千的量级，在1A的集电极电流下也能达到600的数值，而且还不是达林顿管。同时饱和压降也低，1A电流下最大只有0.5V，做集电极输出的应用是再合适不过了，只可惜没有互补的PNP型号。

输入变压器准备采用1：1的圈数比在常见的EE磁芯上绕制，使用三线并绕法，每个绕组的圈数相等，这样可以简化设计和绕制过程，同时获得最佳的耦合性能，并且有利于施加深度负反馈。

输入变压器用OTL电路驱动而不用传统简单得多的单管电路，一方面是为了提高推动效率，避免推动级所需要的静态电流过大。另一方面有利于输入变压器性能的发挥。用低阻抗的OTL来推动变压器，可以减弱变压器分布参数的影响，获得更好的频率特性。同时也避免变压器工作在直流偏磁状态，可利于磁芯性能的发挥。

输出管没有直流偏置，工作在纯乙类状态，希望用深度大环负反馈来摆平交越失真，因为输出管加直流偏置的代价很大。引入偏置电路，会产生一个矛盾。下偏置电阻不能太小，也不能太大。太小会导致偏置电流的浪费，太大会导致输出能力的下降。硅管的起始电压较大，如果下偏置电阻取100欧，达到0.6V的偏置电压，要白白浪费6毫安的电流。即使是这样，100欧的下偏置电阻由于串联在基极交流回路中，会带来驱动功率的损失，会严重制约输出功率。

yngz

冰岛 发表于 2017-7-30 10:56
既然使用输入变压器，推动就没必要弄这么复杂了吧，顶多一个自倒相的甲类OTL推动就足够了，输入变压器可 ...

推动电路虽然复杂，但优势不可取代：超低的工作电压，轨到轨输出能力，低静态电流，免调试。
上面不用输入变压器的电路，输出管其实也是处于纯乙类状态。静态时，输出管是没有静态电流的。只要开环增益足够大，负反馈足够强，用示波器是测不出交越失真的。

爱你矿坛

yngz 发表于 2017-7-22 22:10
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 ...

楼主你提供的资料很好！如有时间值得一试。
不过有一个小问题：如果我没有记错(人老了或者是我记错了)。三角波包含全部各频率的正弦波形，而方波只包含奇次方波形。如我记错了，万望指正。

yngz

28楼的电路经初步试验不太成功。为了取巧，把电路进一步简化成改成如下形式：

这样输入变压器可以用另一个共模电感来替代。试验出现的问题是：变压器产生的移相太厉害，负反馈变正反馈，没有达到预计的效果。

共模电感经实测电感量50毫亨以上，短路一边测得的漏感达到0.5毫亨以上。

为了减小变压器的相移，必须尽量减少漏感和分布电容，下一次用三线并绕法自己制作一个变压器再试试。

yngz

爱你矿坛 发表于 2017-7-31 09:48
楼主你提供的资料很好！如有时间值得一试。
不过有一个小问题：如果我没有记错(人老了或者是我记错了)。 ...

根据网上查到的频谱公式，方波和三角波都只含有奇次谐波。方波的谐波幅度是按照1/n的关系减小的，三角波的谐波幅度是按照1/n的平方减小的。三角波的谐波比方波衰减得快得多。频谱最丰富的是宽度极窄的脉冲。脉冲宽度越窄，谐波分量越大，频谱越丰富。

嘉善人

我发一个当年畅销的低电压1.5V收音机电路图，里边有变压器制作方法和参数供大家参考。
此机实际使用很好，是1.5V机中的佼佼者，我修过好几部也用过。

yngz

嘉善人 发表于 2017-7-31 10:49
我发一个当年畅销的低电压1.5V收音机电路图，里边有变压器制作方法和参数供大家参考。
此机实际使用很好， ...

这类功放现代已经很难复制成功了。首先变压器的参数是为锗管设计的，其次这种功放的性能强烈的依赖于变压器的铁芯性能和制作方式。整个电子行业早就不做这种音频变压器了，合适的铁芯现在已经找不到了。

现在的市场上有的是各种开关电源的磁芯、磁环，还有各种高性能的三极管、场效应管，把它们充分利用起来，也是一件很有意义的事。

爱你矿坛

yngz 发表于 2017-7-31 10:21
根据网上查到的频谱公式，方波和三角波都只含有奇次谐波。方波的谐波幅度是按照1/n的关系减小的，三角波 ...

我也上网查了一下，你说得对它们都只有奇次谐波。谢谢！