電子管OTL功放原理及電路

OTL是英文Output Transformer Less Amplifier的簡稱，是一種無輸出變壓器的功率放大器。

一． OTL電子管功放電路的特點(diǎn)

普通電子管功率放大器的輸出負(fù)載為動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，其阻抗非常低，僅為4～16Ω。而一般功放電子管的內(nèi)阻均比較高，在普通推挽功放中屏極至屏極的負(fù)載阻抗一般為5～10kΩ，故不能直接驅(qū)動(dòng)低阻抗的揚(yáng)聲器，必須采用輸出變壓器來進(jìn)行阻抗變換。由于輸出變壓器是一種電感元件，通過變壓器的信號(hào)頻率不同，其電感線圈所呈現(xiàn)的阻抗也不同。為了延伸低頻響應(yīng)，線圈的電感量應(yīng)足夠大，圈數(shù)也就越多，因此在每層之間的分布電容也相應(yīng)增大，使高頻擴(kuò)展受到限制，此外還會(huì)造成非線性失真與相位失真。

為了消除這些不良影響，各種不同形式的電子管OTL無輸出變壓器功率放大器應(yīng)運(yùn)而生，許多適用于OTL功放的新型功率電子管在國外也不斷被設(shè)計(jì)制造出來。電子管OTL功率放大器的音質(zhì)清澄透明，保真度高，頻率響應(yīng)寬闊，高頻段與低頻段的頻率延伸范圍一般可達(dá)10HZ～100kHz，而且其相位失真、非線性失真、瞬態(tài)響應(yīng)等技術(shù)性能均有明顯提高。

二 電子管OTL功放電路的形式

圖1(a)～圖1(f)是OTL無輸出功放基本電路。圖1(a)和圖1(b)為OTL功放兩種供電結(jié)構(gòu)的方式，即正負(fù)雙電源式和單電源供電方式。在正負(fù)雙電源式OTL功放中，中心為地電位。這樣可保證推挽電路的對(duì)稱性，因此可以省略輸出電容，使功放的頻率響應(yīng)特性更佳。單電源式OTL電路為了使兩只推挽管具有相同的工作電壓，必須使中心點(diǎn)的工作電壓等于電源電壓的一半。同時(shí)，其輸出電容C1的容量必須足夠大，不影響輸出阻抗與低頻響應(yīng)的要求。

圖1(c)和圖1(d)為OTL功放電子管柵極偏置的取法。由于上邊管陰極不接地，因此上邊管的推動(dòng)信號(hào)由柵極與陰極之間加入，而下邊管的推動(dòng)信號(hào)可由柵極與地之間加入。至于其偏置方式，上邊管可通過中心點(diǎn)對(duì)地分壓后取出，而下邊管的偏置電壓必須另設(shè)專門的負(fù)壓電源來供給。

圖1(e)和圖1(f)為OTL倒相電路的應(yīng)用。圖1(e)為采用屏陰分割式倒相電路對(duì)OTL功放進(jìn)行激勵(lì)。只要倒相管的屏極負(fù)載電阻RL與陰極負(fù)載電阻RK的阻值相等，其輸出的激勵(lì)電壓總能獲得平衡。

圖1(f)為采用共陰極差分式倒相電路。由于共陰極電阻RK，的阻值較大，具有深度負(fù)反饋?zhàn)饔茫孰娐贩€(wěn)定可靠。同時(shí)，只要擔(dān)任差分放大的上管與下管的屏極負(fù)載電阻取值相等，其兩管的屏極總能輸出一對(duì)相位相反、幅值相等的推動(dòng)信號(hào)電壓。

三、OTL功放電路的選管

對(duì)于電子管OTL功放的輸出級(jí)，不是所有功率電子管均能適用，必須選用符合如下條件的功率電子管才能取得良好的效果。

1．低內(nèi)阻特性

一般功率電子管的屏極內(nèi)阻為10kΩ左右，不適用于OTL功放。OTL功放必須選用屏極內(nèi)阻在200～800Ω的功率電子管。這些低內(nèi)阻功率電子管有6AS7、6N5P、6C33C-B、6080、6336等。

2．低屏壓、大電流特性

一般功率電子管的屏極電壓均為400V左右，高屏壓電子管可達(dá)800～1000V，而OTL功放必須選用屏極電壓在150～250V之間的低屏壓、大電流特性的功率電子管來擔(dān)任。以上所列低內(nèi)阻功率電子管均具有低屏壓、大電流的工作特性。此外還有6C19、6KD6、421A、6146等功率電子管。這些電子管本身具有低屏壓、大電流特性，但其屏極內(nèi)阻稍高，應(yīng)多管并聯(lián)才能適用于OTL功放。

3．采用新型OTL功放專用功率電子管

這類電子管不僅內(nèi)阻較低，而且具有低屏壓、大電流特性，如6HB5、6LF6、17KV6、26LW6、30KD6、40KG6等。為了降低電子管燈絲的功耗，許多用于OTL功放的功率電子管的燈絲電壓提高到20～40V，以便于串聯(lián)使用。

四 幾種OTL功放典型電路

1．新型三極功率管OTL功放

圖2是6C33 C-B雙三極管OTL功放電路圖。本電路采用國外新型低內(nèi)阻、大功率雙三極管6C33C-B作OTL功放，每個(gè)聲道用一對(duì)6C33C-B作功率放大，在輸出8Ω負(fù)載時(shí)，每聲道的輸出功率可達(dá)40W。

本OTL功放輸入級(jí)采用高放大系數(shù)雙三極電子管12AX7組成前級(jí)差分兼倒相電路。該電路具有輸入阻抗高、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。為了拓寬頻響、減小相位失真，輸入級(jí)與推動(dòng)級(jí)之間采用直接耦合的方式。為提高前級(jí)增益，在差分輸入管12AX7的陰極加上-22 V 電壓，并串接了一只1.1mA的恒流二極管，使前級(jí)工作更加穩(wěn)定可靠。

推動(dòng)放大級(jí)由中放大系數(shù)雙三極電子管12BH7擔(dān)任，該管特性與l2AU7、12JD8、5687等雙三極管特性相近。為了增大屏極電流，提高推動(dòng)級(jí)輸出能力，特將兩只三極管并聯(lián)使用，每管屏極電壓高達(dá)265V，組成共陰極推動(dòng)放大電路。為提高推動(dòng)級(jí)各項(xiàng)電性能、減小失真、拓寬頻響，在兩管的陰極加有較深的電流負(fù)反饋。

OTL功放輸出級(jí)每個(gè)聲道采用一對(duì)新型雙三極功率電子管6C33C-B。前級(jí)一對(duì)幅值相等、相位相反的推動(dòng)信號(hào)經(jīng)過兩只0.47 F電容耦合至功放管。

本OTL功放級(jí)采用正負(fù)雙電源形式，其功放級(jí)工作電壓為±182V。功放管6C33C-B的柵極與陰極間的最高負(fù)壓值為-60V，上邊管的柵負(fù)壓由單獨(dú)的負(fù)壓電源供給，下邊管的柵負(fù)壓則由另一組負(fù)電壓供給。

為提高OTL功放的各項(xiàng)電性能，在OTL中點(diǎn)輸出端與輸入端之間通過1.8kΩ電阻加了適當(dāng)?shù)碾妷贺?fù)反饋，使整機(jī)電性能穩(wěn)定可靠。本機(jī)的頻率響應(yīng)為10Hz～200kHz(±0.1dB)。

在OTL功放電源供給方面，功放級(jí)的正負(fù)高壓由電源變壓器中135V/1.3A繞組經(jīng)二極管正反相整流濾波后取得±182V高壓。輸入級(jí)與推動(dòng)級(jí)的屏極高壓由電源變壓器300V/0.1A繞組經(jīng)二極管橋式整流濾波后輸出+395V高壓，并經(jīng)去耦電阻降壓后得到+265V和+140V電壓，分別供給12AX7和12BH7。柵負(fù)壓電源分為兩組，由電源變壓器中的兩個(gè)獨(dú)立繞組60V/50mA經(jīng)整流濾波后分別供給OTL功放管的柵極作為柵負(fù)偏壓，并通過兩只20kΩ可變電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。燈絲電源分為3組，前級(jí)各聲道為2組。功放管6C33C-B燈絲有兩種用法，當(dāng)串聯(lián)使用時(shí)為12.6V/3.3A，并聯(lián)使用時(shí)為6.3V/6.6A，本機(jī)采用的是串聯(lián)方式。

2．普通三極管OTL功放

圖3是6KD6五極管OTL功放電路圖。它是將普通束射四極管或五極功率電子管改為三極管接法的OTL功放，利用了電子管簾柵極在相同柵壓下可以輸出較大電流的特點(diǎn)。原來由于相對(duì)的屏極內(nèi)阻較大，限制了工作電流，但改成三極管接法以后，簾柵極的電壓與屏極電壓處于同等電位，屏極內(nèi)阻大幅度下降，加強(qiáng)了屏極承受較大電流的能力，因此能在低阻抗負(fù)載下輸出較大功率。

對(duì)于普通功率電子管改成三極管接法的OTL功放來說，并不是所有功率管均能采用，必須選用屏極電壓范圍較大的束射四極管或五極功率電子管，如6KD6、6L6、6P3P、6146等。同時(shí)，功放級(jí)還必須采用多只功率管并聯(lián)的方式，在8Ω低阻抗負(fù)載時(shí)，每聲道采用6只功率管并聯(lián)才能符合低阻抗負(fù)載的要求，并且輸出功率僅為30W 左右。

本OTL功放的輸入級(jí)由高放大系數(shù)電子管6J2擔(dān)任，可將輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行較大幅度提升，單級(jí)電壓增益可達(dá)30dB以上。經(jīng)放大后的信號(hào)電壓采用直接耦合的方式傳輸至倒相級(jí)。倒相級(jí)由高屏壓雙三極管6SN7擔(dān)任，屏極電壓取值為340V。由該管組成屏陰分割式倒相電路，屏極與陰極的負(fù)載電阻均取值為33kΩ。這樣，在輸出端即可取得一對(duì)幅值相等、相位相反的推動(dòng)信號(hào)電壓。

OTL功放級(jí)采用SEPP并聯(lián)推挽電路，可選用6KD6、6L6、6P3P等屏壓范圍大的功放管，并將其改為三極管接法。采用6只功放管并聯(lián)的輸出方式，使輸出阻抗達(dá)到8～16Ω。

功放級(jí)電源為正負(fù)雙電源形式，取值為±230V。功放管柵極負(fù)壓應(yīng)根據(jù)不同功率管特性決定，上邊管與下邊管通過各自的分壓網(wǎng)絡(luò)并通過調(diào)控電位器后獲得。
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