首先是设计图
设计目标:整体放大约20倍。
输入电平:2V(+- 2.88V),目前主流DAC的输出电平
采用两级放大
第一级,电压放大:12AU7,放大约4倍。
第二级,功率放大:6V6GT(三极管模式,A+G2),放大约5倍。
12AU7工作点选取:
12AU7的静态工作点:
Ua1:128.2V
Ia1:3.1mA
Ug1:-4.97V
Ra1:36.0KΩ
Ri1: 11.1KΩ
Rk1(Rb1):1.6KΩ
μ1:17.38
Av1的放大倍数:4
第一级未加负反馈时的本来增益:
A1 = ΔVa / ΔVg
从图中可知:
ΔVg = (-2.09 - -7.85)= 5.76V
ΔVa = 162.476 - 86.934 = 75.542V
12AU7的放大倍数为:
A1 = 75.542/5.76 = 13.115
而我们需要负反馈来抵消过多的增益,根据负反馈最终增益公式:
A1‘ = A1 / (1+β*A1)
其中β是负反馈系数,因为负反馈是通过Uk-t(Rb1和Rk1上的电压)来实现的串联电流反馈,因此,负反馈的量就是Rk-t上的电压。
β1 = Uk-t / Ua1,即反馈量/输出总量
β1 = Ia1 * Rk-t/ Ia1 * Ra1 = Rk-t / Ra1
带入上式
可求得Rk-t =( A1 / A1‘ – 1 ) / A1 * Ra1 = 6.255KΩ
β1 = 0.17375
β1*μ1 = 0.17375 * 17.38 = 3.02
因为偏压电阻Rb1 = 1.6KΩ,
因此,垫高的阴极电阻
Rk1 = 6.255K – 1.6K = 4.655KΩ(可用4.7K)
阴极电压为:
Vk1 = Rk-t * Ia = 6255 * 0.0031A = 19.4V
阳极电压则为:
Va1 = Va1 + Vk1 = 128.2 + 19.4 = 147.6V
而一级输入电压则为:
VB1 = 240+19.4 = 259.4V
加入负反馈后的内阻Ri‘
Ri1’ = Ri1 + Rk-T * (1 + μ1) = 11.1K + 6.255K * (1 + 17.38) = 126.067K
Zin1 输入阻抗(220K Rg):
Zin1 = Rg1 * (1 + A1/Av1) = Rg1 * 4.279 = 941.38K
Zout1 输出阻抗:
为Ra与Ri1‘的并联电路
Zout1 = 36K * 126.067K / ( 36K + 126.067K ) = 28.003K
Cin1 容量,F选1HZ
Cin1 = 1/(2Π * Zin * F) = 1/(6.28*941.38K*1)= 1.71E-7 = 0.000,000,171 = 0.169μ
可选0.22μ电容,F在0.76887HZ
第二级:
6V6GT 工作点选取:
6V6GT的静态工作点:
Ua2:220.5V
Ia2:31.54mA
Ug2:-13.55V
μ2:9.12
Ri2: 2.3KΩ
而静态工作点的电阻值则已经计算出来:
Ra2:5KΩ
Rk2:429.5Ω(选430Ω)
第二级通过反馈电阻将负反馈返回到第二级耦合电容处,考虑反馈电阻为:470K
通过对负反馈的分析,可得等效电路:
该反馈为并联电压反馈。
现在求Rg2上的反馈电压,并求反馈量β2,将负载处将负载去掉,并在此处输入电压E(输出电压),先设输出电压为1。
// 问题:计算反馈时,是否需要计算前一级的阻抗?需要
由于是并联,Ri2对反馈无影响,而Rg2与Zout1并联的值为:
470K*28K/(470K+28K) = 26.426K
负反馈支路的分配电压是:
β2 = 26.426K/(470K + 26.426K) = 0.0532。
第二极无反馈时增益:
ΔVa = 288.072 - 130.319 = 157.753
ΔVg = 12.21*2 = 24.42
A2 = 157.753/ 24.42 = 6.46倍
β2*A2 = 0.343672
有负反馈时的增益:
Av2 = A2/ (1+A2*β2) = 6.46/ (1 + 6.46 * 0.0532) = 6.46/(1+0.344)= 4.8
加入负反馈后的增益为:4.8
为并联电压负反馈(减小输入、输出阻抗)
加入反馈后的内阻:
Ri2‘ = Ri2 / (1 + μ2 * β2) = 2.3K/(1+9.12*0.0532) = 1.549K
Zin2为:
Rfb‘ = Rfb * 1 / 1.343672 = 349.79K
Zin2 = Rfb’ // Rg2 = 349.79K//470K = 200.54K
Zout2 为:
Zout2 = Ri2‘ = 1.549K
现在需要计算的是RC耦合的组合值。
因为第一级的输出阻抗是28k,第二级的输入阻抗是200.54K,这样的话,Rg可以分配到:
Zin2/ (Zin2 + Zout1) = 200.54K/(200.54K+ 28K)= 0.877的电压。
第二级可以获得2.88*4*0.877 = 10.11V的电压净输入。
同时将f0定在5hz,则计算
Cin2 = 1/(6.28*470000*5)= 0.000,000,06775
得到Cin2的值是0.06775μ,取0.068μf。
这一级最大的放大电压为:
Uo = 10.11*Av2 = 10.11 * 4.8 = 48.528V
输出变压器上的初级电压为:
5K/(1.549K+5k)* 48.528 = 37.05V
输出交变电流的Ipp最大宽幅是30mA,则 Irms为 10.608mA
输出的交变电压Vpp为37.05V,则Vrms为13.1V
输出的功率为:10.6mA*13.1V = 0.1388W
若阻抗一致,最终大概能得到69mW的功率。
推动一般的低阻抗耳机应该足够。
如果想得到更大的功率,可以使用下面这个电路。大概能得到250mW的功率。此时有约0.3%的总失真。
也可以换成7K牛,7K牛的效果会更好一些。另外,退耦电容加大了容量,以获得更好的频响。电源需要滤波之后波纹小于1mv的稳压电路。
注意:如果是使用并联稳压电源,6V6的退耦电容就必须去掉。否则会严重影响并联稳压的效果。