VMOS场效应管单端A类功放的制作

设计与制作
1 单端A类放大器性能刍议
无论是普通音响，还是电脑多媒体音响，功率放大器依然是音频能量扩大推动扬声器出声不可或缺的终端，各类放大器均能较好地实现这一功能，但是现代人们对音响(客观的技术因素，如频率响应、失真度、信噪比等)和音乐(主观的艺术魅力，如声底是否醇厚、堂音是否丰富、听感是否顺耳等)的苛求愈来愈高，不少“金耳朵”能够听出歌手的齿音、口角以及身临其境直逼现场的感觉，因此对音频放大器重放音色(建立在良好音质基础之上的意义)也寄予更大的企求，努力以特色音响塑造迷人的音乐氛围！
音频放大器按所用放大器件可分为电子管放大器、晶体管放大器、集成电路放大器、场效应管放大器以及由上述所用器件两种或两种以上组成的混合放大器，各类放大器电路及所用元器件又是五花八门，千变万化，由此对音源的重放音质又各具特色，很难说哪一种放大器能以偏概全、技压群芳成为万能放大器。

电子管放大器由于空间电荷的传输时滞作用，重放音色温暧柔和，尤其是弦乐人声，表现为醇美剔透，耐人寻味；晶体管以及集成电路放大器具有犀利的分析力、宽畅的频响和强劲的动态，具有朝气蓬勃、催人奋进的感召力；场效应管放大器以及混合器件放大器，力图综合电子管和晶体管音频特性的优点，开创异彩，让乐声更传神，让音色更完美！
各类音频放大器具有各自的优点及属性，也各有不足之处，而场效应管放大器主流兼具晶体管和电子管两者的优势，同时还具备两者所没有的优势，在电路程式上，大量实践证明，单端A类功放是以效率换音品的典范，具有无与伦比的音乐魅力！
放大器按工作状态的不同，一般可分为3类：A类放大器又称甲类放大器、AB类放大器又称甲乙类放大器、B类放大器又称乙类放大器。

在这3类放大器中，线性最好，音色最靓的是A类放大器。

而单端A类放大器与推挽放大器在设计上的不同之处，就是使用一个放大器件来放大整个音乐波形；而推挽设计采用两个放大器件，分别放大信号的正负半周，包括一些推挽甲类放大器。

单端A类放大与推挽放大不同的显著特征就是放大后的音乐波形是一个完整的与输入波形十分相似的波形，没有推挽放大正负波形的交接失真；尽管推挽放大采用配对精度高达2%误差甚至更小误差的孪生管，但这只是一个片面性的数字描述，事实上正负波形不可能交接天衣无缝，加之电路元器件非线性引起的相移，交接失真将进一步增大。

当然失真与音色在一定程度上并不对立，这要看设计放大器的用途和目标，并非推挽放大就此罢休，况且推挽放大器中，由于存在多次谐波，虽然原配正负波形接交不好，但谐波接交不能否定，只是与单端波形相比难以抗衡。

关于推挽放大谐波
V-MOS场效应管
单端A类功放的制作
□钟文祥
设计与制作
尤其是偶次谐波会相互抵消这一说法，笔者不予完全认同，只有相移失真达180°或360°等谐波成分才会相互抵消。

如推挽功放中的直流高压中的交流纹波经推挽变压器中心抽头平均分成两路，由于两臂线圈极性相反，相差180°，交流纹波几乎被相互抵消。

单端A类放大器具有最自然的音乐性，它的不对称性与空气受压缩与扩展的特性相似，由于组成空气含量最多的为非极性分子氮气(N2)，约占78%，因此，空气使压强能变得非常高的“单端无极”媒介，使得单端A类乐声最传神，音色最醇美！
2 电路的设计与制作
设计放大器有两个基本原则：一是简单，二是线性。

而能做到最简单的放大器线路就是单端A类了，简单不是单端A类放大使用的唯一理由，是因为单端A类最具有迷人的音乐感。

在A类、B类、AB类线路程式中，线性最好的是A类，而不足之处就是效率是最低的，约为20%。

在单端A类放大电路中使用何种放大器件，晶体管具有太低的输入阻抗，电子管的输入阻抗很高，但其输出阻抗也比较高，从原理上讲，电子管并不适合做功放输出管，因此唯一的选择是场效应管，场效管具有很高的输入阻抗和跨导，也能输出很大的电流，很适合应用在单端A类放大器中，而在众多的场效应管中，用V-MOS场效应管制作的单端A类放大器，魅力独特！高端的钛膜声，中频饱满细腻流畅的磁性声，弹性十足震撼人心的低频轰炸声，别有一番霸道。

在一般的设计中，场效管特长没有得到充分发挥，甚至认为声音偏冷偏暗，其实这不是场效应管的原因，其声音不好一方面是人们使用它直接代换晶体管，晶体管的线路是不能发挥出场效应管的特性的；另一方面，这些电路通常使用AB类的偏置，根据场效应管转移特性，在低偏置时具有严重的非线性，带来严重的失真。

解决的办法是让其工作在单
端A类状态，使得瞬态特性极佳，音质纯美，
偶次谐波丰富，音色悦耳动听，具有电子管
的醇美音色。

单端A类场效应管功放电路五花八门，各有特色，本机电路如图1所示，为了获得
靓丽的音色，采取简洁至上原则，多一个元
件，多一份失真；多一条线路，多一份失真。

现将电路原理作一简述。

1)为了避免普通音量电位器传输失真、
非稳态接触电阻、磨擦噪声和操作易感疲惫
之嫌，本机采用音响型极低噪声V-MOS 场
效应管IRFD113作指触音量控制，相对于键
控音量电路又减少了一些元件，并加以屏蔽，
使音量控制部分的噪声系数达到1dB以下，
可与高档真空步进电位器或无源变压器电位
器抗衡，手感更贴近人性化。

V-MOS场效应管内阻高，属电压控制器件，在栅极及源极之间接充电电容，由
于栅漏电流极小，电容电压在很长一段时
间内能基本保持不变，当管子工作于可调
图1　10 W场效应管单端电路图
设计与制作
电阻区时，其漏源极电阻将受到栅源极电压即电容的电压所控制，这时管子相当于压控可变电阻，当指触(依手指电阻导电)开关S1闭合，即向电容充电，当指触开关S2闭合，即将电容放电，从而达到以电压控制漏源极电阻的目的，将其接入音响设备中，即可调节音量的大小。

S1和S2可用薄银片或薄铜片制作，间距2mm左右，待调试后确定，音量增减量设置在±2dB左右。

2)由2SJ74与IRF150构成直耦放大，由2SK170与IRF150构成恒流源，对直流为通路，对交流为开路，由于采用正负双电源供电，省却了耦合输出电容，有利于提高音质。

3)本机后级由于采用直耦电路，所以工作点会相互牵制，需反复调试几次才能完成。

调节2SK170和2SJ74源极电阻，图中带*号电阻，使工作电流为3.5mA 左右，此时两支IRF150栅源电压也在3.5V左右，工作电流在1.23A左右，反复调节使中点电压为零即可；由于 2SK170与2SJ74为互补管，两支IRF150为配对管，实际中要求配对误差小于5%为好，不同产地、不同批次管子在同一电路中会有所出入。

上述工作点数据仅作参考，最好使用示波器将其调节为A类最佳工作状态，否则，由于管子的离散性，即使按手册或特性曲线给出的参数调节工作点，也未必工作在A类最佳状态。

本机可代用的场效应管较多，不同管子参数、特性及音色也有差异。

表1列出几种常用管子参数供参考。

本机其它元器件选用可参考有关资料，在此不作冗述。

4)本机功放电源不采取稳压电源供电，以避免限制乐声的低频力度和动态，即降低电压换电流，降低功率换音质。

5)制作本机时，两声道要用独立电源供电，以提高分离度，减少干扰，并增强各声道工作稳定性。

单端电路是耗电大户，本机输出管单管热功损耗约30W，提高工作电压还可增加输出功率，但热功损耗也相应增加，因此必须将管子装在一块热阻不大于1kΩ/W的散热器上，规格不小于200mm×200mm ×6mm，将管子用硅脂涂抹后紧固在适当的位置。

3 测评试听
3.1 搭配器材
CD机用菲利浦(philips)LHH-500型顶级CD唱机；自制直热管3A5前级；音箱为意大利傲霸卡丝；音箱线采用美国音乐丝带Super Flatine Cable；信号线采用高度风Ortofon AC-5000 8N无氧铜线；电源线采用日立4N单晶铜3×3.5mm2硅橡胶电源线；音频专用电源净化器为G&W TW-05D型。

3.2 实测技术指标
输入灵敏度：360mV。

最大输出功率：10W/8Ω，THD+N＝10%，1kHz正弦波信号。

最大音乐输出功率：15W/8Ω，THD+N＜21%，1kHz。

失真：1W/8Ω，1kHz为3.5%。

信噪比：89dB(不计权)。

频响：17Hz~85kHz。

3.3 试听效果
用正版雨果CD进行播放时，声场宽阔，动态特别好，音像定位，解析力佳，低频结实控制力好，声音质量非常纯净。

与自制的几台胆机相比，
感觉胆机尤以表现人声音乐情
感见长，而场管的适应范围大，
表现力强，除具备胆管的特点
外，对铜管乐、交响乐等各种
乐器刻划逼真，干净利索，乐
感朝气蓬勃，气势磅礴，试放
一曲《边疆的泉水清又纯》，那
沁人心脾的歌声，情真意切，
音质极富表现力。

型号用途类型源漏耐压/V源漏电流/A耗散功率/W备注BS170低噪声放大N600.30.63
2SK389低噪声差分放大N5010 m200 m双管封装IRF510电压放大N100 2.520
2SK170低噪声放大N4010 m400 m互补2SJ74 IRFD113低噪声放大N600.81
2SK1058高频功率放大N1607100互补2SJ162 2SK413高频功率放大N1408100互补2SJ118 2SK405高频功率放大N1608100互补2SJ115 IRF130高频功率放大N1001275互补IRF9130 IRF540高频功率放大N10028150互补IRF9540 IRF150高频功率放大N10040150互补IRF9150
表1　几种常用管子主要参数。