加拿大Bryston的分立元件大功率功放电路

加拿大Bryston的分立元件大功率功放电路,High-power amplifier

作者：王焕章 加拿大Bryston公司的功放主要用在专业和录音室等场合，产品在全世界享有祟高声誉，功率涵盖60～1000W的范围，但几乎所有功放电路的蓝本都相同，大多采用这种输出级。下面以最适合家用的3B(150W、8Ω)为例，介绍该功放的完整主电路，如下图所示。
　　电路看起来似乎比较复杂，这是因为加拿大Bryston作为世界顶级产品，承诺20年的质保期。其保护电路设置得非常完善，每个功率管都有单独的过流保护电路。其实放大电路原理非常简单明了，都是最基本的共射放大或共集放大（见下图）。
　　Q1～Q4组成互补差分输入级，Q5、Ql0为第二级共射推挽放大级，Q15、Q16（组成UBE倍增器给末级提供适当的偏置电压和温度补偿。这里可以看到，由于输出级不同寻常，UBE倍增器的设置也有不同。后面的电路就是着名的“四元互补对管式”输出级的结构，相对前述电路架构多了一级驱动管Q7和Q13，该输出级除了前述的不对称性失真极小外，还有一定的增益。
　　加拿大Bryston的设计理念就是这样可使电压放大级不至于满摆幅状态，更有利于减少失真。输入级和主电压放大级电路也是全互补放大，这样如前所述必然存在的晶体管不对称性失真，用单端放大可能更为有利。但是这世界上没有完美的放大电路，单端放大也有它的不足，正负半周信号的上升速率不容易做到一致，特别是在高摆幅大功率的应用场合不容忽视。从整体角度来看，晶体管放大器输出管的不对称性失真占主要地位。而本电路中这个问题已经解决，前级电路的小功率管对称性相对好很多。
　　介绍电路原理后，我们来看看这个不起眼的电路带来的卓越性能指标：在满功率8Ω、150W或4Ω、250W这样超大功率输出时，20Hz～20kHz全频带内总谐波失真和互调失真均不大于0.007%，10kHz以下失真率仅为0.001%左右，转换速率大于60V/μs，功率带宽1Hz～l00kHz，8Ω/20Hz时的阻尼系列数大于500。能有这样的失真度指标，除了电路元件取值恰到好处之外，四元互补对管输出级的电路组态自然功不可没，而且这种电路天生丽质，从根本上消除晶体管的固有失真。与深度负反馈电路及以前盛名一时的“ALA电路”（靠运放提供失真校正电压）有本质的区别。   　　试制调整
　　整个电路都是常用的元器件，非常有利于自制且成本不高。输入级差分对管2N5210/2N5087可以用2SC2362/2SA1016代用，2N5550/2N5400可以用2N5551/2N5401代用。要注意的是：我国市面上2N5551/2N5401对管非常泛滥，质量参差不齐，最好选用安森美的原装管，也可以用2SC2705/2SA1145代替。放大器的频率补偿设置得非常完善，有足够的相位裕度不会出现自激。MJE180可以用2SC3423或2SC3419代替。被动管和输出管必须使原装型号，并且要求严格配对，最好在10%以内，这个配对误差将直接影响失真度指标。电阻未标注功率的为1/4W、精度1%的金属膜电阻，小容量电容最好选择高频特性好的聚苯乙烯电容器。
　　线路板设计和整机布局对高质量的放大器的重要性不亚于电路设计。实际制作时将高电流脉冲的整流、滤波电源部分、双声道小信号前级电压放大部分、四元互补对管输出级及喇叭保护部分，分开单独设计，如右图所示，共4块电路板（小信号前级电压放大部分左／右声道各一块）。喇叭保护使用高可靠性的uPC1237集成电路，单独的26V电源以免影响正、负主电源的对称性。
　　整机装焊完成检查无误即可上电，静态电流每管调至50mA左右即可，处于高效率AB类放大状态。
　　实际试听时发现该机音质与普通的功放根本不可同日而语，最明显的是乐器尾部细节完整了很多。低频宽松而又不乏力度，高频柔顺细腻，整体音色极为纯正。而且，该机保护电路非常可靠，长时间使用从未出现过故障。