AT-001  

  本機的工作方式和Class-H相似,但Class-H的功率管集極電壓變化太大(理論上是無限大,即dVc/dt=)。而Class-L的集極電壓可為連貫的,不是從某值直跳到另一值,而是和output訊號成某一比例增減,所以dVc/dt不會太大而使output失真。

  本機的數學模型由以下說明(因為Class-L和Class-H有很多地方相同,所以各位可參考「H類後級放大器試作」一文。這兒部分從略。):

  The model of a Class-L amplifier:

  The difference between Class-H and Class-L is:

 AT-002   

  RB is a switching function at Class-H, and that is an analogous one at Class-L. for instant: when: Vout<(VL-Vs)→threshold Voltage

AT-003  

  After checking above sections, we can see that E of Class-H is equal to E of Class-L. We can put them in a sinwave condition and may get the same result:

AT-004  

AT-005  

線路說明

  從圖五中分析,AMP部分和一般擴大機無分別,這是音技的SF-106,大家都很熟,注意其功率輸出管的集極和一般AMP的接法不同,以前是接圖中VH處,現在是接上一個新的供電電源上。電阻R25的接法請注意,是在未經線圈L的output點,在這兒我們作output的取樣。R25及R26的目的是降壓及交連到供電電源,這個提供Vcc的電源是這樣工作的:

AT-006  

  當無任何訊號輸出時,Vout=0,這時在R25、R26的交連處電壓為0(在這電源線路圖中,我們只需討論其正電源部分即可,因為負電源也是同理可推之。),這使Q23的基極電壓為0。而Q25的基極就不同了,因為它接在Vcc的回授電路上,其電壓值是(Vcc-Vs).β2,其中Vs是由Zener二極體提供,β2=R37/(R35+R37)為回授率,這時的Vcc=VL,因為這時Q23的基極電壓小於Q25,這會使Q23開路、Q25導通,Q25的Ic相等於IE,IE又等於(Vcc.β2-(-VH))/RE,然後我們假設Vcc=VL,則Q25之集極電壓Vc=VH-IE.Rc,這是因RC(即R31)的電壓降所致,如果選出Rc.Ic為某值,使Vc小於VL一點點(例如本圖中的各值),這會使Q17、Q18、Q19有一反向偏壓,這時這三個電晶體便不導通,Vcc=VL,全由VL經D9供應,合於假設。

  例如像本圖,VH=±40、VL=±20,Z1和Z2為6Volt,R35、R36及R25為4.7K,R26、R38、R37為1K,R29~R32為2.2K,R33、R34為3.9K,則β2=0.2,代入之Vc=VH-Ic.Rc=40-10.7x2.2=16Volt<VL=20Volt;則Vcc便只好等於VL

  若現在有一正訊號輸出,即Vout上昇,這時R25及R26便會測出一β1 Vout的訊號供給Q23[β1=R26/(R25+R26)]的基極以便和Q25的基極做比較,若Vout.β1<(VL-Vs).β2(即基極電壓Q25>Q23),這時Q23仍未有基極電流,Q23為斷路,沒有Ic,而Q25不變,Vc電壓仍為VH-Ic.Rc,Vcc只好仍等於VL了。

  到Vout繼續增大,大到其值為Vout=β-1.(VL-Vs)時(β=β1/β2),其基極電壓便相同,Q23和Q25工作方式改變,Q23的Ic增加,Q25下降,這使得Q23的Vc下降,Q25的Vc上升,但是集極是和Q17、Q19、Q21相連的,這三個形成一個電晶體電壓追蹤器,使VccVc。但Vcc是由β2回授到Q25,由Q23及Q25所組成的比較器之基極電壓應相差極微,可以視為相等,即β1.Vout=β2.(Vcc-Vs),我們可得到Vcc=Vout.β+Vs。只要我們決定Vsβ,Vcc便可以根據我們所希望的比率變化。

  電壓一直上升,β1.Vout一旦大於(VH-Vs).β2,便斷路Q25,Vc便變為VH.R27/(R27+R31),這作用是防止Q17+R21脫離active區,作用不大,但裝上為妙。

  好了,遇到峰值,電壓下降,Vcc也和Vout一直保持Vcc=.Vout+Vs之值下降,到了Vout之值低過觸發點,即Vout<β-1.(VL-Vs),Vcc又回復到VL,Q25的Vc又低回原點,Q23不導通,一個半週期變完成(負半週可同法推之)。

  圖中的D5~D8是保護用二極體,D5和D6有分別出正負週的作用。在Vcc變化過程中,要Vcc為連續波形的話,β必需1,本人建議使用β=1,本電路便是β=1作推導,若β改變,E的方程式有些改變。另外在β>1的情形下,把R37、R38改接在相對VL或VH上,也可使波形改變使之連續,但是好是壞,請讀者們自己嘗試一下,可能更清楚。

實驗結果

  Class-H和Class-L的功率消耗是一樣的,但它們的VCE變化不同,看圖六:

AT-007  

是output signal<(VL-Vs)[這兒我們定β=1所以threshold Voltge=(VL-Vs)],這時無反應,是Vout已上升到觸發點,使電路工作,但Vout仍然小於VL,是Vout>VL>(VL-Vs),因為Vcc的上升使波形沒有削割。

  另外,本人也利用計算機作模擬,各位也可以試試,從計算及實驗所得是相差不多的。本機在全幅度推動下仍然安定工作,但是本人為了節省實驗成本,所有零件都用Class-H實驗所留下的殘骸拼成,可能用新的高級零件會有更好的結果。排線方面也和lass-H一樣複雜,如果有仁兄想研究本型式的擴大機,請注意排線。另外因本線路有降低電晶體承受電壓的優點,往往使人把VH及VL提高了,在正常下是沒事的,但不小心接錯或高頻振盪都可能使VCE不是(VH+VL),而是2VH(當然,這也是少有的,不必太擔心。)使之打穿。

  手上沒有失真計,所以沒法度量出失真,但從Vout的波形來看,在開關之際是沒有失真的,Class-H是可以細心地看出失真的地方。

  除了省電之外,Class-L還使得功率晶體在工作中承受的電壓下降,以往是2Vcc(即2VH),現在是VH+VL,少了VH-VL伏。例如VH=90伏,VL=42伏,本應使用180伏VCEO的晶體,現在可改用90+42=132伏的了。又因為在靜態時全機大部分功率靠VL供應,所以偏壓電流可以加大,如本來偏壓電流用0.3A,即在靜態時有0.3x90x2=54瓦的淨耗損,而同樣用54瓦的靜態耗損中,用Vcc=VL=42伏擊可使其靜態偏流達到0.64A,這時在A類工作可達6.6瓦,而前者是1.4瓦。

AT-008  

  圖七是用計算機劃出output及AMP本身的功率曲線,注意音樂很少跳到觸發電壓的,所以明顯省了很多。

  本實驗本在去年便可完成,但若無儀器測試,在香港本人所擁有的只有一把烙鐵,一架萬用表,這次得能完成,自己也覺得僥倖。這Class-L以本人有限的知識來判斷,這方面的發展應該是有的,不過現在只是「嬰兒時期」,日後發展不知如何?希望各位有興趣的同好們指教。

轉載音響技術第89期 MAY.1983 L類後級放大器製作/劉志生

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