光耦合V-MOS场效应管甲类音频功率放大电路 (光耦合电路)

电子管放大器的音色之所以优美，是因电子管的高输入阻抗和恒流输出特性而决定的。但电子管有它固有的缺点：随着使用时间的增长，阴极物质不断挥发，其跨导逐渐降低，且降低的程度各管不一。用电子管测试仪严格配对的两只功率管，使用一段时间后再测试，会发现跨导明显下降且两管还会有明显差别。此外电子管输出阻抗高，用它作的音频功率放大器，需绕制工艺复杂的输出变压器。　　场效应管具有电子管的高输入阻抗和恒流输出特性，且输出阻抗低可直接与喇叭匹配，之前已有不少文章介绍相关的音频功率放大器。但此类放大器末级场效应管大多采用源极输出，为恒压输出放大器，其音质不太理想。V-MOS场效应管为大功率场效应器件，具有非常好的大电流特性。由于P型V-MOS场效应管极难寻找，相关音频功率放大器的资料甚少。下面介绍一款由普通同极性N型V-MOS场效应管组成的音频功率放大器。

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　　右图为典型的变压器耦合OCL输出音频功率放大器。如果将图中的2只晶体三极管换为V-MOS场效应管，再用2只光耦代替输入变压器，即成本文的光耦合V-MOS场效应管甲类音频功率放大器。一、电路原理　　整机电路如下图所示。UIaL和UIbL分别为两只输入光耦，MosaL和Mo*L分别为两只V-MOS场效应功率放大管。由于V-MOS场效应功率放大管的输入电容较大，电路中加入了由QIaL、QZaL和IQIbL、QZbL组成的射随器来驱动它。　　U2aL、R8aL、DIaL、C2aL和U2bL、R8bl、OIbl、C2bl构成光耦和射随器的+V供电电路，由于该电源受输出电压影响，因此滤波电容的容量用得较大。

　　输入光耦由U2lA驱动，当U2LA的输入电压上升时，U2lA的输出电压也上升，光耦UIaL的输入电压增加，导致光耦UIaL的输出电压上升，经两级射随器耦合，使MosaL的栅极电压升高，从而使Mos8l的内阻下降。另外，当U2LA输出电压上升时，光耦UIbL的输入电压减小，导致光耦UlbL的输出电压下降，经两级射随器耦合，使Mo*L的栅极电压下降，从而使Mo*L的内阻上升。Masal和MoshL的共同结果、使音频功率放大器输出电压上升。同理，当U2LA输入电压下降时，音频功率放大器输出电压也下降。　　ROaL、U3al、Q4aL～Q6aL和RObL、U3bL、Q4bIL～Q6bL等元件构成放大器静态工作点稳定电路。电路工作原理如下：以MosaL为例，当MosaL的静态电流增加时，ROaL上的电压升高，使Q4aL的Ie上升，光耦U3aL的输出电压上升，Q5saL的内阻下降，Q6al的内阻增加，从而使Q6aL的发射极输出电压减小，使加在光耦UIal上的输入电压减小。根据前面分析，此时加在MoseL栅极上的电压下降．从而导致流过M0saL的静态电流下降，达到了工作点的稳定。Mo*L的静态工作点稳定原理类似，不再赘述。　　U2LB为常见的直流伺服电路，可确保放大器静态输出电压为零伏。　　CIaL和CIbL是防止自激而加的校正电容。COL、ROL是防止超音频自激而加的频率校正网络。　　C3aL和C3bL为开机防冲击电容，可确保开机瞬间，流过功放管的电流小于0.4A。　　Q3aL和Q3bL构成大信号*电路，当输出快削峰时，Q3al和Q3bL导通，使MosaL和Mo*L的栅极电压下降，使音频功率放大器输出电压下降，从而避免了输出出现硬削峰状态，使功率放大器具有较强的过载能力。　　Rlal和R1bL，是为降低光耦灵敏度，使其能较好地工作在线性区而加的电阻。

二、元件选择及电路装配　　　　MosaL和Mo*L宜选A耐压V以上的V-MOS场效应管，如IRF、IRF、2SKIO*、2SKIO2O等。其中IRFO、IRF为金封管，2SKI0*X为塑封管，塑封管装配方便。本文用的是IRF，用IRF、2SKI0I9、2SK可直接代换。　　通常光耦都是作为开关器件．而席文要求它工作在线性区，因此U1al和UlbL应选择灵敏度较低、线性区较好、频响宽的作为输入耦合光耦，经对比测试发现TILI较为理想。如用4N，则RlaL、Rlbl应改为II0kΩ；如用4N，则RIal、RIbl应改为kΩ。U3aL、U3bL要求较低，可用4N、4N等类型光耦。　　CIL、C2l、CIR、C2R宜选用4.7μF/6V的钽电解电容。CIaL、CIbL宜选用CCI型高频瓷介电容。COL、C3al、C3bL宜选用0.μF/V的小型金属化涤纶电容。其余电解电容可选用普通小型铝电解电容。　　本电路所用的运放全部采用NE。电路中的其余元件无特殊要求。　　为获得高质量音质，本放大器工作在甲类状态，静态电流一般调试为mA-mA。因此要求散热器要足够大，散热器的表面积应不小于l平方厘米，否则应进行风冷。　　整个电路装配在一块mm×mm的单面敷铜板上，主要元件布局如下图所示。　　用于稳定静态工作点的4只三极管：Q4aL、Q4bL、Q4aR、Q4bR应用3芯排线将引脚延长后，压于各自的场效应管附近的散热器上(Q4aL对应MosaL、Q4bL对应Mo*L…)．如图3所示。这样可保持V-MOS场效应管，在冷态和热态情况下静态电流不变。

三、电路调试（以L声道为例）　　　　　　1、各场效应管的源极引线从印电板上焊开，用一只Ω/5W的电阻代替扬声器YL。用k0电位器代替R9bL。　　2．接通电源，用数字万用表测量各稳压集成块I2、、7BLI5的输出电压应符合要求。　　3、将U2LA的③脚对地短路，并将R9aL、R9bL的阻值调至最大。测R4aL和R4bL上的电压应为3.2V～3.8V左右。否则应更换相应的光耦TILII3或改变相应跨接于TIlII3的④-⑥脚之间的kΩ电阻值。此电阻值增加，相应的电压也增加，相反减小此电阻值，相应的电压也减小。调节R9aL，RgbL的阻值，相对应的电压值应有变化。　　4、关闭电源，焊上Mo*L的源极引线。并将数字万用表置直流l0A挡，串接于Mo*L的源极。接通电源，调节R9bl的阻值，使万用表的指示为0.A。关闭电源，焊好Mo*L的源极引线，焊下代替R9bL的电位器，用万用表测量其阻值，选一相近阻值的固定电阻代替它，并焊于R9bL的相应位置上。　　5、焊上Mosal的源极引线，并将数字万用表置直流V挡，跨接于代替扬声器YL的Ω/5W电阻两端。接通电源，调节R9aL的阻值，使万用表的指示为0V，关闭电源。　　6、将LLA的③脚对地短路点焊开，接通电源，将数字万用表跨接于代替扬声器YL的Ω/5W电阻两端，万用表的指示应为0V。　　7、用同样方法调试好R声道。　　8、上述步骤调完后，即可焊下Ω/5W电阻，接上音箱试听了。四、几点说明　　　　1．本音频功率放大器的灵敏度较低，增益仅为dB，为此在其前面加了一级dB的前置放大器，由UIA和UIB担任。　　2．V-MOS场效应管的输入信号是加在源极和栅极之间，输出信号取自源极和漏极之间，因此本电路中的V—MOS场效应管是作为一个典型的电压一电流*件在使用。本功放与电子管音频功率放大器一样，为典型的恒流源放大器，宜选用高阻抗的8Ω音箱，而不适合低阻抗的4Ω音箱。　　3．本音频功率放大器的不削峰输出功率为2×W，频响为Hz～Hz±0.8dB。　　4．本机闭环负反馈量为dH。阻尼系数为7.3，与电子管放大器近似，高音纯真细腻，中音亮丽、清澈透明，低音深沉柔和的音色，具有电子管功放韵味。　　5．为了增加本机的阻尼系数，可减小R9L的阻值，然后再增加R4l的阻值，使整个电路的增益满足要求即可。　　6．本音频功率放大器由于工作在甲类状态，散热器夏天较为烫手，但本机工作稳定，笔者用了近十年未出现任何故障。