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[图文]自制平衡功放         ★★★ 【字体:
自制平衡功放
作者:imefan    文章来源:何庆华    点击数:    更新时间:2008-9-24    

  功放电路的制作在刊物上介绍得较多,有胆有石,有单端有推挽,有复杂有简单,但对于普遍被世界各大厂家应用在数万元以上的高端功放中的平衡式放大器却介绍得极少,即使偶然见到关于平衡功率放大器的制作介绍,也只是两个普通的单端RCA输入方式的放大器放在一起分别放大冷热端的信号。这里要向大家介绍的是一台真正的平衡BTL桥接功率放大器的制作,这个放大器可以直接输入XLR的平衡信号,也可以直接输入RCA的单端信号,而不必经过额外的电路去进行转换将RCA转换到XLR信号。

一. 平衡技术简介

  平衡式音频技术已不是什么新鲜事物了。早在电话刚发明的初期它就已经诞生,其应用使得话音信息在作长距离传送时仍能保持很低的噪声电平。而这也正是平衡式信号传输现在还被应用在高档音响中的原因:它允许我们以一种能够抵制噪声与失真的方式来传送信息(音频信号)。两组镜像相对称、相位相反的信号被同时传输着。也就是说,两组信号所真正搭载的并非音频信息,而是它们之间的电压差。

  为了获得更高的信噪比、更大的动态对比度和巨细无遗的分析力,在音响器材内应用平衡放大技术是不少知名厂家的必要手段,像Mark Levinson就是使用此项技术的典范,但他们的售价也是全世界最昂贵之一。

  剑有双锋,只有在实际正确运用的情况下,平衡式技术才会对音响器材的表现带来正面影响。如果音频信号两个信号通路没有做到精确的镜像对称,那么噪声与失真便会加入到音频信号中去,这时平衡技术反而成为影响音质的致命原因。因此,要想发掘出蕴藏在平衡式设计里的诸多好处,还须具备熟练的设计操控能力和慎重细致的电路结构,而目前市场上一些所谓“平衡功放”并没有应用真正的平衡技术,只是简单地将两个单端输入的放大器组合在一起而已。

  一台平衡放大器实际是数台放大器的一个集合体。因为机箱里的信号放大电路其实就是每声道两个对称平衡放大器。这种“双平衡”式设计在给前级提供平衡负载阻抗的同时,有效地抑制了共模噪声与失真。而无论输入是普通的单端RCA信号还是真正平衡的XLR信号,都会在这两个平衡放大器输入级开始首先被转化为一对极性互相相反的双端信号,然后再送到两个放大器的输出级。

  平衡放大器的输出是属于BTL方式,可以轻易获得高达数百上千瓦的输出功率而只需要使用一般OCL功放电路的一半电源电压,这样使电容、三极管等器件选取自由度更大,在低电压的工作环境下也大幅地提高了安全性。本机的输出功率就高达300W/8Ω。

二.电路的具体考虑

  本机电路如图1所示,这是一个结构相当完善的电路。
 
  图2是本电路工作于XLR平衡输入信号时的简图。可见电路由两个放大器交叉连接而成,输出的相位取决于输入信号的相位极性,每个放大器均是差动双端输入方式,因此本身有较好的抑制共模噪声及失真的能力。两个差动放大器参数与电路结构相同,输出端的信号只是相位相反而其他特性一致,输出到喇叭时将再进行一次失真与噪声的抵消,因此传真度极高,能高度还原输入信号的信息,而噪声与失真均极低。
 
图2 平衡输入信号时的简图

  图3是电路工作于RCA不平衡输入信号时的简图,由于输入信号是单端式,因此有一个输入端将被悬空,将这个输入端与地短接可防止噪声侵入。此时电路成为一个反相放大器与一个非反相放大器的连接的工作方式,合理选择反馈参数,可令两个放大器的输出信号仅仅是极性相位,这一对平衡式信号再送到喇叭时依然具有平衡放大器抑制噪声与失真的特点,相对真正平衡式输入信号时少了一次抵消噪声与失真的机会,但在性能上已是相当优越。
 
图3 不平衡输入信号时的简图

  差动式电路如果输入端悬空(空载),闭环增益会下降,某些电路有可能产生振荡,而即使不产生振荡,也可能由于前级的输出阻抗未知而无法确定电路的实际工作状态,因此在实际电路中不要单独使用。在输入端增加一级缓冲器是很有必要的。虽然这样会使电路显得更复杂。但却令电路工作更稳定。

  图1中的输入级的缓冲电路是阻抗变换用途,无论接入什么样的前级,都可以为主放大电路提供一组平衡式的稳定低输出阻抗信号,保证了主放大电路工作的稳定与增益的对称。此缓冲器工作于无反馈状态,有必要使用性能优异的电路去减少对音质的影响。本机采用了渥尔曼式的缓冲器。

  主放大器由两个完全一样的放大器组成,每个放大器又分别由两个独立的放大器级联而成。位于输入缓冲级后的是两个差动式电压反馈型的放大器,负责将输入信号(无论是否平衡信号)均重新处理为双端输出式的平衡信号,送入下一级的电流反馈放大器。或许有读者会认为,从电路上看来,电流反馈放大器可以省去吧?是的,即使省去了电流反馈放大器,电路依然具有相当好的音质,但笔者经过了不少的试验与对比,觉得还是采用这个较复杂的方式音质表现更

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