用场效应管做有胆味的功率放大器

隋传国

（广东白云学院 广东 广州 510450）

对于音频功率放大器而言，最好听的莫过于甲类放大器。根据频率分析的结果，由集成运算放大器构成的前级声音单薄、缺乏活力[1]。所以，可不可以前级采用单管甲类放大器，后级采用甲乙类功率放大器？这样既兼顾听音需要，又兼顾效率的需要。目前，电子管音频功率放大器仍然占据着音响器材高端市场。能不能用场效应晶体管（FET），实现电子管放大器那样的醇厚悠长的声音呢？笔者在晶体管功率放大器打摩的基础之上，做出以FET为基础的放大器，取得了有胆味的音乐效果。

1 以场效应晶体管为基本元件的放大器优势明显

就目前在放大器中使用的3种元件而言， 晶体管的输入阻抗太低(大约1 k左右)， 电子管的输入阻抗很高， 但输出阻抗也高，为此，还要增加一个输出变压器。使体积较大，耗电也大。所以说两者都不是理想的输出管。总体来看，场效应管具有很高的输入阻抗，也能输出大电流，很适合应用在单端A类放大器中。中频饱满,细腻流畅， 弹性十足。用场效应管制作的放大器能产生震撼人心的低频轰炸声[2]。

1.1 失真低

场效应管的失真度低于晶体管，比胆管略大一些。且多为偶次谐波失真，反使听感更好，高中低频能量分配适当，声音有密度感，低频潜得较深，音场较稳，透明感适中，层次感、解析力和定位感均有较好表现，具有良好的声场空间描绘能力，对音乐细节有很好的表现。

场效应管的跨导的线性较好。线性区域宽广，与电子管的传输特性十分相似。较好的线性就意味着有较低的失真[7]。

1.2 噪音低

场效应管的噪声是非常低的，噪声系数可以做到1 dB以下。以2SK30为例，在VDS=15 V，VGS=0 V，RG= 100 kΩ, f =120 Hz测试条件下，噪声系数的典型值是0.5 dB[6]。噪声系数的定义是系统输入信号的信噪比除以系统输出信号的信噪比，用分贝表示：

NF= 20*log ([Si/Ni]/[So/No])

Si= 输入信号的功率

So= 输出信号的功率

Ni= 输入噪声功率

No= 输出噪声功率

1.3 稳定性高

我们知道,甲类功放热效率低，产生的热量占整个消耗的功率百分之七十以上。电路的热稳定性受温度影响较为明显。如果电路的热稳定性差, 会导致听音效果不正常。这使得大多数音响发烧友望甲却步。影响电路稳定性的主要环节是放大电路的电流放大部分,也叫输出级[3]。双极型晶体管集电极电流具有正的温度系数，即他的集电极电流会随着温度的升高而升高。场效应管恰恰相反，具有负的温度系数, 即他的漏极电流随其结温的升高而下降[4]。推动级及输出级用双极型晶体管就要用到温度补偿电路,才能保证输出晶体管的静态工作点不随环境温度的变化而变化。而用场效应晶体管就可以省去温度补偿电路,从而大大地提高放大器的稳定性。

2 以场效应晶体管为基本元件的放大器的电路结构

2.1 前级的构成

场效应管单管甲类前级放大器见图1。Tf1源极电位实测为0.5 V，漏极电位为5.0 V，漏极电流IDSS等于1.25 mA。根据2SK30AMT出厂说明书载明的相关内容，该工作点的线性最好[6]。该级放大器放大倍数依据公式计算，式中

gm——场效应管的跨导。

2SK30AMT在VDS=10 V，VGS=0 V时的最小跨导 gm=1.2 ms。那么该级放大器放大倍数为6.72。

音量调节通过进阶开关加11个固定电阻进行，每个电阻10k。这样做的好处是既经济，质量又好。音量调节实为10级，听音效果十分理想。

第二级放大电路作源极输出器，旨在匹配电路，提高前级的负载能力，放大倍数近似为1。静态工作点仍然十分重要，Tf2源极电位实测为5.5 V，位于电源电压的中值附近，很好。在该级上，同样可算出漏极电流2.75 mA，也要满足甲类放大器对静态的要求。

隔直电容Cf7，Cf8对音质的好坏影响较大，选用进口名牌WIMA电容。

图1 JFET型场效应管甲类放大器前级Fig. 1 Pre-amplifier chart of the JFET in a style

2.2 后级放大电路仍采用推挽式、甲乙类放大器

对称放大电路所用元件要检测其静态特性。功率放大电路如图2所示。

以Tm1和Tm3为例，其检测参数主要是IDDS，即当VGS=0时的漏极电流。在VGS=0时，测出IDDS，其值相近为宜。同样地，Tm2和Tm4也要与Tm1或Tm3静态值相差无几，或相近。只有这4个场效应管静态值大致相同，才有可能做出优质的放大器来。成批生产的放大器价格很高，正是这些电路中使用的元件匹配困难，造成制造成本高，制约了该技术的推广应用。

这4个场效应晶体管匹配至关重要，只有它们的静态特性一致，才能保证后面大功率放大元件工作的准确和安全。推动级和输出级对应对管的互补性要求与差动放大器完全相同，这里不再赘述，请读者参考前文所述内容。

2.3 整机的调试

末级(Tm9和Tm10)电流的静态值的设置对听音效果影响较大，大一些，声音温暖，柔和一些，但效率降低。过大，闹不好会损坏功率器件。调节Rm22能改变Tm7和Tm8的栅极电位，进而影响到Tm9和Tm10的栅极电位及末级电流。最初通电调试时，最好先从电路上取下Tm9和Tm10两只大功率场效应晶体管。调节Rm22时，眼睛紧紧盯住中点电位（VB），如果VB大于0 V，则增加Rm22，反之，则减小Rm22。调好中点电位后，再安装上Tm9和Tm10两只大功率场效应晶体管，以确保大功率元件的安全。

图2 功率放大电路图Fig. 2 Circuit of the power amplifier

Rm3和Rm4两端的电压降以2 V为好。太高会造成后级（Tm9和Tm10）静态电流过大；太低会使声音失真明显。调节Rr4能调节这个电压。

为了提高放音的灵性，反馈量不宜过大，由Rm7和Rm8决定[5]。这里选择反馈系数为0.1，从听音效果看十分理想。

3 放大器的关键技术

3.1 前后级的关键技术

本着简洁至上的理念，尽量减少多余环节和减小负反馈量。由集成运算放大器构成的电路，声音缺少活力，音场处于一个平面。因此本电路未采用任何集成电路。

对于对称放大器而言，对管的选配决定放大电路质量的高低。从某种程度上讲，做放大器就是选对管。

对于前级放大电路，两个结型场效应管（Tf1和Tf2）的VGS设计为-0.5 V是比较理想的选择，这是根据他们的输出特性所作的选择。

V7、V8（见图2）电位的高低，影响放音效果的好坏，电位差大些，声音会厚些，韵味足些。反之，声音差些。通过调节电位器Rr3来调节V7、V8的电位，Rr3阻值减小时，V7、V8电位差亦减小。图2中V7、V8电压值是比较理想的，此时末级电流200 mA左右。如太小，声音太冷，苍白无力；太大，费电，且对音质的提高帮助不大。

3.2 电源质量对放大器至关重要

±24 V稳压电路如图3所示。该电源具有软启动功能，具有正负电源分别短路或同时短路的保护功能。当正、负电源的任何一端对地短路时，将会使负、正电源电压为零，从而保护了功放电路的输出管。扬声器中就不会有大的直流电流通过，从而有效地保护了扬声器。

图3 直流电源Fig. 3 DC power supply

该电源的软启动电路能消除开机时冲击扬声器的大电流，避免接通电源瞬间“噗噗”声。软启动电路由Rs9,Cs9,R10,Ds9,Rs11Rs12和晶闸管SCR组成。开机延迟时间由Rs9、Cs9时间常数决定，本例中此常数为0.47 s，开机时音箱中一点儿“噗”声也没有。

3.3 其 他

大电流线路布线宽度100 mil，加锡。地线也是100 mil，加锡。

电容除电源滤波用电容外，全部采用德国高品质WIMA电容。

4 放大器降噪措施

在摆放元件布线时，严禁前后级交叉。

电位器质量低会引起较明显的噪音。

前、后级电源一定要分开，否则来自后级的大动态信号会通过电源送到前级，造成明显的干扰现象。

5 结 论

放大器做得好才能实现细小的声音重现，高频延伸透明，低音浑重，中音舒展洪亮。通过实验比对，用场效应管制作的放大器噪声系数低，声音圆润，且体积小，具有独特的魅力。

[1] 吴刚.G&W TW-200LM 2×68W带动态反馈合并式功率放大器[J].音响技术,1997(2):2-27.WU Gang.G&W TW-200LM 2×68W amplifier with dynamic feed back merge[J].AV Technology,1997(2):2-27.

[2] 从余.MOS-FET末级无负反馈蓄电池供电甲类6瓦功率放大器[J].实用电子文摘,1997(1):21-23.CONG Yu. Class A 6-watt battery-powered amplifier with Mos-FET final stage no negative feedback[J].Shiyong Dianzi Wenzhai,1997(1):21-23.

[3] 王清瑞. 50W×2纯甲类FET功放的实际制作[J].实用影音技术,1999(8):46-48.WANG Qing-rui.Actual production of 50W×2 pure class A FET amplifier[J].Shiyong Yingyin-Jishu,1999(8):46-48.

[4] 钟文祥.单端A类放大器及场效应管(3) [J].音响技术，2010(6):56-57.ZHONG Wen-xiang.Single-ended class A amplifiers and FET(3)[J].AV Technology,2010(6):56-57.

[5] 徐松森.MOS-FET无反馈50W功放的制作[J].实用影音技术,2006(8):57-59.XU Song-sen.Production of MOS-FET 50W amplifier without feedback[J].Shiyong Yingyin-Jishu,2006(8):57-59.

[6] Toshiba Semiconductor.2SK30ATM- Silicon N Channel Junction Type Low Noise Pre-Amplifier, Tone Control Amplifier and DC-AC High Input Impedance Amplifier Circuit Applications[EB/OL][2007-11-01].http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/213175/TOSHIBA/2SK30ATM.html.

[7] 佚名.场效应管特性及单端甲类功放的设计[EB/OL].(2009-12) http://www.elecfans.com/.