1AE4混合电路耳放

news2024/11/15 11:08:21

设计目标：

1）20W以内的总功耗（包括灯丝部分）；

2）最大输入1.2Vrms信号；

3）输出至少50毫瓦的功率；

4）至少5倍以上的阻尼系数。

1AE4是较后期的直热管，主要是给收音机用的直热电压放大管。1AE4其实是1L4的增强版本，这两个管脚分布一模一样，甚至某些网站都直接给出了可以直接替代的结论，实际上，这两根管子还是有很大的不同。从结构上讲，1AE4有两根灯丝，比1L4多一根，显然1AE4的结构比1L4更为复杂，这两根灯丝并联，且每根灯丝都有单独的栅极将灯丝包裹在内，因为是两根灯丝并联，1AE4的灯丝电流比1L4大一倍，因而阴极的发射能力也比1L4强。再看两根管子的参数对比，同样是0栅压的时候，1.5mA/V的跨导比1L4约1mA/V大50%，而内阻则从1L4的约20K降低到了14K左右。但跨导提高的代价就是相同屏极电压下，栅负压可选择的范围变小。但不管怎样，对音频线路而言，内阻肯定是越低越好。

1AE4本身是五级管，我们用三接方式（帘栅极+屏极），而三接的曲线和选择的负载线如下：

工作点的屏压是100V，栅负压是-2V，屏压比手册上的90V超了大约10V，因为工作点的栅负压较深，电流不大，而且1AE4的屏极本身就是一个大的屏蔽笼，把帘栅极、栅极、灯丝全部包裹在内，因此，10V的屏压提升，我个人认为即没有超屏耗，也没有超阴极的发射能力。

由于考虑只使用1AE4和BJT做单管复合线路，经典的结构就是1AE4阴极输出的电流接入NPN管的基极，与NPN管结成达林顿结构，由NPN管做电流放大。但代价就是1.8mA的电子管屏流，势必会让BJT放大到至少200mA的电流，而且其中绝大部分都是偏置电流（DC）。这样对输出变压器来讲，是非常不利的。如果想通过阴极恒流源来控制，给BJT留下合适的偏置电流，阴极的负压-2V又太浅，恒流源势必将要使用到负电源，增加了电路的复杂度。在充分考虑线路复杂度和成本的情况下，最终还是决定用PNP的管子，并在屏极使用恒流源来实现整个复合电路，最终电路图如下：

在1AE4的屏极，恒流源提供的电流加上BJT偏置电流才是电子管的实际工作电流，因为BJT的参数差异，偏置电流大小有别，恒流源提供电流的范围大约是1.7~1.8毫安，可以在调试的时候通过电位器调整，让阴极的偏压达到-2V即可。

而BJT的偏置电流则由两个因素决定：1）BJT的放大倍数；2）R1和变压器的铜阻。由于BJT的发射极电压是102.6V，那么流经BJT e和c之间的电流大小就是固定的：

I =（150 – 102.6）/ （R1+200Ω）

其中200欧是变压器初级的铜阻。要确定流经BJT的偏置电流大小，则需要先确定变压器上交流峰峰值的大小。我们可以通过下面这个办法来求：首先，将曲线上的负载加大（比如1MΩ的负载）。

这个时候，可以看到负载线的Vout pp 显示的值是85.57V。这个值也是BJT发射极上的交流电压。然后再计算变压器的次级阻抗，（17.6*17.6）* 8 = 2478Ω。然后再用Vout pp /（次级阻抗+铜阻）：85.57 / （2478+200）得到Ipp = 0.032A，Ip 则等于 0.016A。我们提供的偏置电流必须大于16mA。但这个电流还要考虑保留足够的余量（温漂对BJT放大倍数的影响），我将这个电流扩大50%，得到最终的电流大小约为24mA。再带入之前的公式：

0.024 = 47.4 / （R1 + 200），得到R1约为1775Ω，最终取1.8K。

而MJE15035的hFE 则可以通过手册查到，在23mA 的位置上，25°的时候，放大倍数约为250倍，而在150°的时候，放大倍数约为400倍。放大倍数扩大了约1.6倍，当然，我们不可能让BJT在150°下工作，散热必须将温度控制在60°以下。