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    11/28/2007

    如何自行设计小型便宜胆机

    自行设计小型便宜胆机,笔者认为应认真思考以下问题。

    一、目前市面销售的胆机还存在哪些问题。我们自行设计小型胆机能否解决这些问题。

    二、花钱少,能不能取得好音质?

    首先,我们看看市场卖的胆机。目前市场卖的胆机有如下设计:

    1.以直热管为输出管的胆机。

    输出管为直热三极管胆机,多被卖家宣传得为“胆王”,声称其音质犹如“天籁之音”。笔者曾到过一些胆机店,聆听2A3300B等输出管制作的胆机,但始终认为,其造价与其效果来看,造价还是高了一些。

    首先,直热式三极电子管,是上个世纪早期设计的,一般内阻低、放大系数低;在与其他输出管同等输出功率下,必然对前级信号推动的幅度有更高的要求。因此其电压放大通常为2级。从信号放大的角度来看,要求推动的电压幅度越高,电压推动级所产生的失真也应该越大。

    其次,采用直热式输出管,在交流供电的情况下,无论如何阴极采用何等平衡电路,都无法完全抑制交流声。如再采用高灵敏度扬声器,接近3毫伏的背景交流声输出将使音箱在音乐静态时,能够听到讨厌的交流声。有的厂家,为了抑制交流声,采用直流给输出管阴极供电,但由于阴极两端存在直流压差,导致阴极发射电子流的密度有差异,从而影响输出管的寿命。

    因此,笔者不认为选用直热式输出管是最佳方案。

    2.以旁热阴极速射四极管或五极管为输出管的胆机。

    较为低廉输出管为6P3(6L6),屏压通常为360V,作推挽输出有效功率约25W,作甲类单臂输出约6.5W,如若提高屏压,输出达10W。中档价位的KT66,屏压390V,作推挽输出有效功率约30W,作甲类单臂输出约10W

    五极输出管EL346AC7),屏压通常为370V,作推挽输出有效功率约48W,作甲类单臂输出约10W

    其他则是低价位的以速射四极管6P6或五极管6P14为输出管的小型胆机。推挽电路输出约10W,单臂甲类约4W

    这类胆机,以速射四极管为输出的,声音欠一点华美;以五极管为输出管的,则低音暴棚总似有些欠缺。

    3.以胆石结合的功率放大机。

    胆石结合,市面卖的通常是前胆后石电路。即用小型双三管作输入放大,末级采用集成电路,或场效应管作输出。

    从听机音色来看,低音澎湃有力,但中音和高音则失去了胆机特有韵味。且售价的利润比高于胆机。

    综上所述,我们自行设计的胆机,应当达到以下非仪器听音标准。

    1.无论如何,都不应有背景交流声;也不应有前级噪音。将放大器接高灵敏度音箱,开至最大音量,将耳朵贴在音箱上,听不见交流声和背景噪音。

    2.低音部分,应澎湃有力、阻尼适当,微有余音,但不影响清晰度;中音部分应当音色华美,尤其是听女生歌唱,应有甜美感;高音部分应纤细透明,一定要杜绝高音部分发出“嘶嘶”噪音。

      3.开到最大音量,不能有失真感。

    欲达到上述要求,在自行设计时,应注意哪些问题呢?

      一、杜绝交流声

      1.机箱底版――业余制作,同常采用铁制底版。笔者认为,这是最不可取的。原因是铁容易导磁,电源变压器的漏磁能够很容易的传输给输出变压器,造成大于2毫伏的交流声。而且这种交流声是无法克服的。拔掉输出管,音箱照样有细小的交流哼声。有的人认为给变压器加铁制的屏蔽罩,就能够解决这种交流声,实际上因变压器安装在铁底上,屏蔽罩下端开口,仍然会有交变磁场通过铁底传输。因此最佳方案就是不采用普通黑白铁作铁底。外购机箱底版,多是不锈钢制作。不锈钢导磁性能比铁底低得多,是较好的选择;但购置或定做的价格偏高。铝板没有导磁性,且具备电场屏蔽作用,是防止感应交流声的好材料。缺点是,无法焊接,地线桩只能够靠铜螺丝与接线片旋紧来连线。双面覆铜的厚度达1mm以上的印刷电路板,制作小型底版,也是很好的材料,且加工容易。如果所制作的胆机,有自制的外壳包装,笔者认为旧铝饭盒拼接起来,也是很好的。总之,必须采用导磁低的且具有电屏蔽作用的材料作底版,可以有效防止电源变压器对输出变压器的干扰。

    2.前级和激励级的设计――从笔者实验结果看,6N26N9,阴极从灯丝感应交流声最强,且阴极与灯丝之间的绝缘比较薄,也容易漏电。因此有些胆机设计,对前级通常采用5V供电,或直流供电,以彻底解决前级交流声。笔者认为这给供电带来麻烦。有的电路采用灯丝悬空,用输出管阴极的正电相接,以防止灯丝发射电子被阴极吸收带来交流声,这对激励级和输出级比较有效,对前级放大效果有限,原因是前级输入阻抗很高,音量电位器的阻值也很高(通常100K500K),尽管采用了屏蔽线或其他屏蔽措施,但微弱的交变电场(来自于灯丝或电源变压器),还是会使输入管栅极感应微弱的交流信号,如将音量放大,则交流声越明显。我们希望输入端在无信号和无连接任何音源设备(DVD\VCD\收音头\声卡)时,也无交流声。这就需要我们在工艺上、选材上和电路上加以解决。

    从选管来说,经实验,笔者认为6N36N11作前级放大最好。这是因为6N36N11原本设计在高频电路中应用,且采用的是直流串联的栅极输入、屏极输出到阴极的栅极接地输出电路,其灯丝与阴极间的绝缘厚,降低了灯丝与阴极之间的感应;二是6N36N11高音频特性好,有利于通频带展宽。使用6N36N11,作前级放大,能够较好降低感应交流声。如果采用灯丝直流供电,则能够完全避免感应交流声。

    以上是对严格要求全胆的爱好者所说的。如果我们换一个思路,即前级(第一电压放大级)采用晶体管是否可行呢?经实验证明,这是一个比较好的方案。采用晶体高频管,有利于拓展通频带宽度,二由于没有灯丝,体积小,因此能够完全杜绝感应交流声。

    二、功率输出与音箱

    功率输出是头疼的事。这是因为宣传,将哪些名胆管说的神乎其神。其实仔细看一下胆管的特性,我们大致可看出在推挽输出时,直热式管(三极管)在不加负回授时,其失真一般为3%左右;单臂甲类一般为>5%。速射四极管或五极管,在不加负回授时,推挽失真通常为3%5%,单臂失真近乎10%。从这些数据来看,名胆管与一般胆管没有那么大的差异。

    从主观听音的角度看,直热式三极管需要推动的电压高,因此在小音量时,效果并不十分理想;且有背景交流声。有人撰文说,没有这种交流声,就没有胆味。笔者对此不感苟同。使用速射四极管和五极管在放音方面,确有差异。因此笔者认为,采用电子分频方式来设计,应当更好些。即采用速射管的推挽方式作低音炮;采用五极管甲类单臂作左右声道输出。

    如果低音炮有效功率达20W,左右声道有效功率在10W左右,那么使用现代音箱将没有任何问题。

    如果换一个思路,使用高灵敏度老式扬声器(低中音采用纯纸盆-如飞乐纸盆 10寸,低音;飞乐椭圆4×6英寸-中音,号角式4寸高音),其效果放在胆机上比目前的低阻尼PC盆扬声器要动听得多,放声也更自然。那么功率放大器就不需要那么大的功率,低音10W即足以,中高音>3W就能够满足使用。在音箱设计方面,如体积足够,也可以采用后背开口式,这样放音更自然。

    三、降低成本

    1.电源变压器

    电源变压器是胆机中较为昂贵的器件。笔者建议采用高低压变压器分别的方式。目前电子市场出售一种隔离变压器,通常为环型,漏磁较小;初级220V,次级有110V的和220V。功率从40W300W的均有。200左右的通常100元左右。用来作高压变压器比较合适。根据功率管的屏压,自行设计晶体管整流电路。屏压在250V300V的,采用桥式整流,输出峰压为220×1.4=300V。若高于300V的,可采用全波倍压整流,运用滤波电阻和分流电阻以满足需要(此类设计适合甲类放大)。

    低压变压器可定制,根据所使用的电子管灯丝电流设计。由于无高压,损耗小,因此在设计中可以减小余量。需要注意的是必须充分考虑变压器初级电阻和次级电阻,变压器空载灯丝,最好达6.8V,但最高不得超过7V,在满载时,为标准电压6.3V

    这样设计电源变压器,比购置厂家的胆机电源变压器要便宜得多。

    2.输出变压器

    输出变压器可在电子市场销售变压器的摊点定做。但一定要对硅钢和绕法提出明确要求。从实践来看,如果找的师傅好,是能够绕出合格的输出变压器的,而价格比邮购专用胆机输出变压器便宜。

    四、电路的选择

    胆机电路形式多样。到底什么算好呢?笔者从主观听音的感觉谈一谈。

    1.推挽和单臂

    近年来,很多文章都在宣传单臂甲类放大器,认为单臂甲类放大对保证声音细节,有绝对的优势。笔者认为甲类单臂要达到足够的输出,那么必然要使用大功率管,现在生产的某些胆机,所用高压有的已达近1000V。高压过高,对机内走线和器件的要求就越高。这明显不利于业余爱好者制作。从实际放音来看,单臂甲类主要是偶次谐波成分高,音染效果突出。实际上失真更大了些。很多人认为这就是胆味。推挽电路,如果平衡做得好,在不加负回授的情况下,输出失真小于3%,其偶次谐波也有一定保留,即胆味并没有完全消失。笔者认为,业余制作,推挽来得实惠,且效果也不错。

    2.负回授

    大多数设计都有大环路负回授。通常设计认为,负回授有效降低失真。笔者根据实验,认为大环路负回授的效果,并不十分理想。从输出变压器次级引回负回授的同时,也可能引回交流声。有的人认为,负回授应当压制交流声和噪声,为什么还会引回交流声呢?这还是前面所说的,由于电源变压器感应给输出变压器的交变电场是胆机的客观存在,即使屏蔽得再好,或采用非导磁材料做底版,那也只能说,最大限度地降低了交变磁场的影响,但不等于是零。当音频为负回授时,而交变感应磁场的相位并非为负回授时,这样就将微弱的交变信号传输给前级,经放大,加剧了背景交流声。有时是因为从输出变压器到前级负回授的引线过长,若没有采用屏蔽线,也会带来感应交流声。大环路负回授反馈信号,经过了通常3级放大,第一电压放大级、激励级、功放级,对复杂的音频信号来说,其相位肯定要有失真,因此负回授中的信号有相位失真信号。因此大环路负回授会影响高音部分频率特性。

    因此笔者认为,并经听音实验(大环路负回授影响放音自然,负回授越强,整体听感,尤其音乐的强弱感就越差,高音容易干涩),主张电路不搞大环路负回授。如果需要,也仅加上本级电路的小回输量的负回授。

    3.推挽的倒相和激励

    推挽的倒相常见的为分压式,即倒相管采用屏阴分割电阻为负载,进行倒相。从实践中看,一是增益低,二是输出电压并非完全平衡,实际上屏阴两个电阻需要调整,才能趋近平衡。且阴极与灯丝存在电容,要达到高音段平衡则更为困难。另一种常见倒相电路为长拖尾式,增益较高,不存在高音衰减,电路稳定。笔者认为电路比较经济,且有不错的效果。对于某些大功率管,为保证激励电压和电流,采用阴极输出的方式进行激励。其好处是,起到阻抗变换的作用,输出阻抗低,输出电流大,适合大功率管激励的需要。缺点是,信号从阴极引出,要防止灯丝泄漏带来的交流声。再有倒相采用输入变压器式,因质量要求高,成本高,对频响影响大,不适合业余制作。

    综上所述,笔者认为,业余制作,采用如下结构比较好。

    方案一

    晶体三极管做电压放大(双路左右声道混合合并)――音频滤波电路――6N36N11长拖尾倒相激励――6P3甲乙类推挽-低音音箱(BASS

    晶体三极管做电压放大(单路左声道)――音频滤波电路――1/2-6N3激励――EL34甲类单臂――中高音音箱

    晶体三极管做电压放大(单路右声道)――音频滤波电路――1/2-6N3激励――EL34甲类单臂――中高音音箱

    高压变压器――桥式整流――高压延时继电器――供高压

    低压变压器――3组――灯丝中心抽头――抽头接6P3阴极。

    注:晶体管前级放大,采用EL34阴极电压+15V供电。集电极负载7.5K10K,音量电位器10k-15k,偏置电阻兼负回授,从集电极接基极,约100K150K。发射极电阻200Ω,不接旁路电容。集电极电流控制在1mA0.08 mA

    推挽管,每只管帘栅极接300Ω电阻作本级负回授;EL34作超线性输出,或采用本级屏栅负回授,以0.01μ耐压600V无感电容串联500K电阻,接在屏栅之间。

    以上输出功率,推挽低音为25w,左右声道各为10W

    方案二

    其他不变,推挽和单臂甲类功放,均采用6F6(俄式6Ф6C)。6Ф6C灯丝0.7A,甲乙类推挽屏压360V,帘栅极250V,屏至屏负载10K,第一栅负压19V,失真小于3%,输出功率19W;当屏压250V时,输出10W。单臂使用时,屏压250V,负载7K,失真8%,加本级负回授后失真小于4%,输出功率>W。适合高灵敏度音箱。俄式6Ф6C8脚葫芦管,管壁无6P6那种黑色涂层,很美观,为50年代进口的积压品,现电子市场售价为30—40元,是很好的选择。6Ф6C为五极管,与6P6相比声音更为华美。

    方案三

    其他不变,推挽采用6P6。甲乙类推挽屏压300V,帘栅极250V,屏至屏负载10K,第一栅负压15V,失真小于3%,输出功率12W;当屏压250V时,输出10W。左右声道单臂放大,采用6P9,使用时屏压300V,帘栅极100150V,负载10K,失真10%,加本级负回授后失真小于4,输出功率3W。采用6P9,因该管为电视电路的视频放大管,其放音高音部分纤细透亮。因其栅极负压为3V,故有较高增益,通常采用1级前级低频放大,就能够保证足够增益,故本方案,左右声道前级所用晶体管电路取消,因仅有两级放大,电路安排的好,可以杜绝交流声。

    方案四

    采用电子管作左右声道的中高音输出,采用场效应管“傻瓜王”电路块作低音BASS输出。这种方案,笔者认为有如下好处:一是由于省去低音输出变压器,造价下降,低音效果突出。胆机最佳听音效果是中音段,即人声。所以用电子管作左右声道。这样低音的暴棚度,和中高音的华美、纤细、透亮均可得以兼顾。且造价也低。左右声道采用EL346Ф6C,甲类单臂放大,采用高灵敏度扬声器,即可得到很好的放音效果。傻瓜王,输出功率从10W3040W的均有,作BASS非常适合,电路简单,适合初学者使用。价格也比较便宜(30――100元)。

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