电子管放大器制作中的元件排位与布线[1].doc

电子管放大器制作中的元件排位与布线 电子管音频放大器已有半个多世纪的发展历史，随着数码音源的不断开发和应用，对电子管音频放大器的保真度和信噪比的要求也越来越高，70年代80年代的电子管放大器的放音水平已不能满足今日之要求。因此，必须制作出更加靓声的、动态大、分析力好、信噪比高的电子管放大器才能与数码音源相配。几十年来，电子管放大器的线路虽然没有大的突破，但随着科技的飞速发展，优秀元件不断涌现，以及新技术的应用，并且对电子管放大器制作也不断有新的认识，因此现代电子管放大器无论是保真度或信噪比都可做到今非昔比。土炮友也完全有条件焊出音色靓、信噪比高的电子管放大器来。 要想自己焊出性能优越的电子管放大器，选用性能优异的线路和优良的元件固然很重要，但是，只有优秀的线路和靓声的元件还远远不够，就是用发烧级元件堆起来也不一定出靓声，更重要的是制作工艺。因此有三分线路七分工艺之说。有了性能优异的线路和元件再有精良的制作工艺配合，才能保证放大器的质量。 组装制作工艺一般包括：元件的排位、布线、地线的布置、屏蔽、焊接以及后期的调试、校声等。当元器件排位、布线不合理（或者错误）时，放大器便产生有害的交连，使之工作不稳定，甚至产生自激、啸叫，以致破坏正常工作，轻者也会产生较大的交流声或噪音，使信噪比降低。有人还以为交流声是胆机的标志，其实是制作工艺差的反映。信噪比低的放音系统，背景噪音大，放音清晰度差，严重影响放音质量和听感，所以不能忽视制作过程中元件排位和布线的问题。 晶体管放大器的信噪比一般可以达到100dB，名机可达到110dB左右。电子管机信噪比低与它的特性有关，引起信噪比低的主要原因有： 因为电子管需要将灯丝加热，而引起热噪声和交流声，特别是直热式三极功放管交流声比旁热式的要大。灯丝馈电线的交流磁场以及灯丝与阴极之间的漏电阻，管座上灯丝阴极间有分布电容、漏电阻存在等都可以引起交流声； B+滤波电路效率较低，使直流高压中纹波电压较高，引起交流声； 电感性元件质量差，漏磁较大，再加上元件间相隔距离小，形成干扰；电感性元件相互感应或漏磁通过金属底盘扩展传播，引起交流声； 元件排列、布局、组装不合理，前后级之间引起感应造成反馈回输，引起交流声或噪音，特别是前置电压放大及输入线路，元件排列，走线稍有不当，极易受感应干扰形成噪音或交流声。 其中项可用直流电源点燃灯丝，加强滤波（用低频扼流圈，加大滤波电容或采用多阶滤波，也可以用优质薄膜电容替代电解电容，来改善滤波效果）等措施以消除交流声，还可以使用电源净化器等。第项可以选用优质电感元件以减少漏磁的干扰，但元器件的排位、布局要合理，则涉及到技术和经验，以及个人的审美观，是文章讨论较多的热门话题，也最棘手。因此，就出现了制作胆机要出声不难，要出好声就难，其主要原因就是受制作工艺的影响。当然，要放出好声与校声技巧也有很大关系，但信噪比低的放大器再校声也不行。本文就谈谈元件排位、布置及其有关的事项。 胆机的结构基本上有两种形式，即：半裸露式和箱式。半裸露式需要一个金属水平底盘（也称机座），所有的元器件均装在这个底盘上，线路多采用搭棚的方式焊接，也可以用电路板，或者电路板与搭棚焊接相结合（前级和推动级用电路板，功放部分用搭棚焊接方式组装）。箱式结构是将放大和电源部分先装几个组件，然后全部装入一个金属机箱内。这里主要以半裸露式合并机为例介绍元件的排位、布线等方法。 制作前先要对所设计或采用的整机线路进行分析，考虑所需要的底盘。发烧友焊土炮胆机时底盘可自制或购买。自制底盘因受材料、加工条件和工艺的影响，往往不容易得到很好的效果，一般还是购买专业加工的成品为好，旋钮、插接件等都已配齐。专业加工的底盘，尺寸以及元件大概的排列、布置已按设计者的方案确定好，但元件排位、布置、走线还有较大的活动余地，装机时还可以根据自己所采用的线路、胆管型号、元件的大小等具体情况再做细致的规划，合理布置，充分地利用底盘的每一处位置与空间，这也有助于设计出高水平的胆机。 底盘要宽敞、坚实、美观、物理特性好。最好是不导磁的、用两种材料制成的，如铜板、铝板或不锈钢板，或者金属底盘的前端或两侧加硬木之撑，既减轻机振又可以防止底盘因一种材料而产生的谐振点。最好不采用钢板制作底盘，以免因导磁而使噪音或交流声过大，但一般商品机底盘大都用钢板制作，主要是考虑成本的问题。高档商品机还是用不锈钢板底盘。但不锈钢板的底盘会影响到放大器的音色，若用优质铝合金的底盘音色会好些。发烧友选购底盘应该三思后再买，不单要考虑材质，还要考虑加工的质量和外形的美观，尺寸大小，尤其是底盘的高度，较高的底盘能容下较大的阻容元件，并且电路板或搭配焊接的方式均能适宜。组装时，根据底盘和主要元件的大小，整体考虑元件的排列、布局，要求是既整齐又分布均匀、美观，更重要的是根据各级电路的工作性质、要求、电流大小、电平高低和所形成的电磁场的情况合理地布置元器件的位置和电路走向。 所谓合理的布置，就是电感器件通过交流电产生电磁场的元件，导线要远离主放大线路，特别是灵敏度较高、增益较高的输入级。每一级的输入、输出电路不在同一方向。电路排列时，前级和后级，低电平和高电平电路应直线排列，距离拉开，由前到后，不要越级交叉。电源部分要自成系统，不要与主放大线路交错在一起，各级之间连接线尽量的短，并且输入线、输出线、交流电源线、灯丝馈电线等都不要平行布置，还要考虑它的位置和方向的影响。合理布置的目的是以免造成电磁感应或通过分布电容产生寄生耦合，引起反馈造成自激，使器材工作不稳定或发生啸叫。 排位时，首先要精心考虑安排电感性器件的位置，胆机中，常用的电感性的器件有电源变压器、输出变压器、级间变压器，以及低频扼流圈等。由于电感性器件周围有电磁场存在，排位不当时，就会因电磁幅射或耦合而造成干扰。为了减少对其他元件或线路的干扰，可采取增大距离，或将电感器件摆成相互不同的铁芯方位角度，也可以采取屏蔽等措施，并且电感性器件应尽量远离主放大线路，以免产生交流声。 现代胆机，变压器一般都有屏蔽罩并有良好的接地，它的作用是，罩内变压器漏磁的磁力线只限制在罩内，并沿罩壁入地。而外界磁场的磁力线也是沿罩壁通地的，也很少进入罩内，也就防止了内外磁场互相影响。变压器罩有长形的或单独的，长形的是将两只或三只变压器（电源变压器、输出变压器或低频扼流圈）一并罩起来，单独的是每只变压器用一只，因此屏蔽效果好些。变压器罩的材料对屏蔽的效果也有影响，最好是用非导磁的，如铝板或不锈钢板的。若屏蔽罩内再敷以硅钢片效果更佳。 放大器中，主要的电感元件是电源变压器，电源变压器在放大器中起着重要的作用，胆机中一只性能优良、功率充裕的电源变压器是不可少的，功率充裕的电源变压器，次级线圈的导线中电流密度小，对改善中、低频的厚度极为有利。变压器除了有充沛的输出电力供给各放大管以外，质量还要好。优质的变压器应该具有漏磁较小、初次级之间有良好的静电屏蔽、铁芯的导磁率高、线包绕制紧密、绝缘性能好等特点，才能使整机工作稳定可靠。有自绕电源变压器能力者绕制变压器时，还可以将初次级侧绕组分别隔离，即：初级绕组有屏蔽层，此层接电力线地线，并且屏蔽包盖的初级线包越多越好。次级侧屏蔽层接放大器的地线（见图1）。变压器有了上述质量保证还不够，要想使放大器有较高的信噪比，对电源变压器的安装位置还应仔细考虑，以减少变压器的磁场干扰而产生的交流声等。 安排电源变压器的位置时，最重要的是应充分注意，尽量避免电源变压器的漏磁通对放大线路的干扰。要减少干扰，就应该将变压器和放大线路间的距离拉开，但放大器底盘是有限的，再拉开也只有那么大的距离，有的发烧级机种干脆将电源部分置于另外一个底盘上，将两部分彻底分开，这时则称为电源分体式放大器。放大器部分只有放大线路，电源部分包括电源整流及滤波电路，然后直流高压、灯丝电源等用导线连接至放大器上，这样可以获得很好的效果。但一般的功率放大器都是装在一个底盘上，这时应将变压器尽量远离前级放大级以及输入端的引线，以免造成磁场干扰，因为前级及输入线路阻抗高，灵敏度较高，并且增益也高，极容易受到电感元件漏磁通干扰而形成噪音或交流声。 除了安装位置还应该考虑电源变压器的安装方式和方向。通常变压器固定在底盘上的方式有两种，即直立式和俯卧式（也称合扑式），采用直立安装方式较好，并且方便。因为发烧友装机一般是购买成品底盘，制造商不可能事先按装机者采用变压器的大小在底盘上开出较大的方孔，以便用俯卧式固定变压器。通常是按一般需要功率的变压器的尺寸大小钻几个螺丝孔和穿线孔，给出个大概的位置，装机者再根据线路和放大管的要求确定电源变压器的功率，则变压器的体积大小才能确定，再适当增补螺丝即可。立式安装除了方便之外，还可以减少金属底盘上受变压器磁通的影响，因为卧式安装变压器时，铁芯要紧贴底盘的金属板，变压器的磁通则通过底盘向四周扩展，使各级线路、元件受到磁通的污染强度增大，形成噪声和交流声。而立式安装是采用“L”支架将变压器直立架起，如图2中“L”形支架要将变压器铁芯支起距离底盘在10mm以上，尤其是钢板底盘，还应垫上非导磁性的垫圈。支架及固定螺丝最好用铜质的，以不导磁。用“L”形支架安装还可以起到减震的作用，使放音效果也有改善。图3画出了电源变压器在三个不同方向上磁通分布情况，X方向上漏磁最大，Z方向最小，Y方向较小，并且接近于Z方向的漏磁。从图中可以看出，采用卧式安装时，易对放大线路形成干扰，因为总是Y或X方向朝向放大线路，因此应该尽量采用立式安装变压器，并且应避免X方向朝向放大线路。由于条件限制而必须卧式安装变压器时，就应该在变压器的铁芯和底盘间垫上垫圈，将变压器垫高10mm以上，使铁芯不与金属底盘接触，以减少沿底盘扩展的磁通。输出变压器及低频扼流圈的安装也应照上述原则进行，并且各变压器铁心应相互垂直。 元件排位要从整体上统筹考虑，合理利用底盘，既要减小磁场干扰，又要考虑发热元件的散热方便，电子管机的整流管、功放管、电源变压器发热较大，要与怕热元件（电解电容等）有一定的距离。变压器要置于底盘的后方边上位置，电源变压器与输出变压器越远越好。另外，元件还应在底盘上均匀分布，使整机的重量分布均匀，这主要是考虑整机的结构稳重、牢固、防震性能好，可靠性高，也便于调试。 合理布置线路方面应注意输入、输出电路的位置和走向。通常情况下，前置电压放大级靠近输入端，功率放大级离输出端最近，前置电压放大级推动级功率放大级最好呈直线布置，使低电平和高电平的线路尽量远离，并且每级的输入、输出电路的元件也不在同一方向。这是因为，放大电路的输出端的电平高于输入端，两点电位不同就存在着分布电容，这种分布电容便使电路间产生寄生耦合，把输出信号反馈到输入端。若反馈较大时，产生负反馈会影响频率特性，产生正反馈时使电路工作不稳定，如音量稍一开大就产生叫声或“咝咝”声，这就是自激的前兆，高增益的前级更应注意，特别是输入端电路，由于阻抗很高，稍有不慎就会由于分布电容较大而引起自激，或者噪声过大，使信噪比降低。比如，刚装好的放大器，当音量电位器扭到某一点时有较大的噪音，其他位置时噪音较小，这就是输入端元件安排不合理，当扭动音量电位器时阻抗发生变化后感应的噪音。要达到上述要求，就要在固定管座前，对各管脚的朝向作认真考虑，栅极靠近输入端，屏极靠近下一级的输入端，阴极附近布置地线才行。若由于底盘的限制，直线排列实现不了时，可布置呈“L”形式，但输入级与输出级尽量远离。初次焊机者可以根据底盘的具体情况设计几个排列方案，画出草图，找出效果较好的再最后确定。 地线的布置、接地点（接底盘）的选择非常重要，关系到整机的信噪比和音色。全机整个电路只应有一个接地点。传统的接法是在输入端接地，也可以在电源变压器的固定螺丝处接地。各级的接地点应在阴极电阻处。前置电压放大级最容易由于公共阻抗引起噪音，应设一条接地母线直接接地。电源部分的接地元件要集中到一起再接地，退耦电路是为了防止公共电源形成回路间噪音耦合的通道，也应与电源部分的元件集中到一起接地。接地点的回路途径越近，越可以避免不必要的干扰，但还应注意避免两个地电流同时流过一条地线。地线的布置不应成为闭合回路，以免输出信号经地线阻抗发生正反馈到输入级。整机组装完毕校声时，可以改换接底盘的接地点（即使是信噪比较高时）来校声，找出一点适合自己口味的音色，再最后确定接地点。 元件排位、布置确定以后，焊接、走线也不能马虎，通过交流电的电源线、灯丝馈电线要用双股线绞起来贴着底盘或沿角走，以减少交流磁场的干扰，并且不和放大电路的信号通道连接线等平行，更不要与栅极元件靠近。小信号线的屏蔽层要一端接地，不得用信号线的屏蔽层作信号回路。小九脚管座或小七脚管座焊接时也应注意，焊完阻容元件或连接导线后，将接线脚往外压一个角度，使各管脚间距拉开，并将中心的心脚（也称心基片）接地，以减小管脚间的分布电容，可以减少引发噪音的机会。各连接线以用单股铜线最好，不但音色好，而且放音时不容易受振动，使音质更纯净。 焊接的质量非常重要，虚焊、假焊是造成交流声和噪音的来源，并且不易检查出来，从外表上看焊牢了，但焊点接触不好或电阻很大。因此，焊接时，导线、元件引线接头一定要刮擦干净，两个接头拧紧再焊（铜与铜接触音色也好些），焊锡的质量也要好，含锡多的或含银的品种较好。烙铁的温度要够，焊接的时间不要过长，否则使焊点氧化，因此焊机者要练就一手焊接技术才好。 通过上述的方法排位、布置、焊出的胆机工作一定会十分稳定，信噪比至少也可以在85dB以上，站在音箱前听不到一点交流声或噪音，再精心地校声，迷人的音色一定会让阁下陶醉于美妙的音乐之中。 为了便于动手制作，下面介绍几款常见的胆机功放排位实例供参考。 1.图4是三只变压器的相对位置不平行的摆法，变压器铁芯相对有一定的角度，使电源变压器的磁场影响较小，电源滤波是采用阻容滤波，滤波元件置于变压器底下。电源变压器的前面是整流管，前排中间两只是前置电压放大和推动管，两侧是功率放大管，各变压器均有单独变压器罩。信号流程呈“L”形，两声道左右对称布置，信号流程很短。整机性能好，有较高的指标。从图中可以看出，此机是单管单端输出，工作在甲类状态，输出管可用300B或2A3等直热式三极管，也可以用南京产的6V6，虽然输出功率稍小，但有很好的音乐味和听感，输入级或推动级可用双三极管65N7(6N8P)或小九脚管6N1等。此机线路简洁，排列美观、布置合理，制作容易。 2.图5为竖式底盘元件布置的例子，电