QUAD国都电流倾注电路诞生及工作原理分析

来源:bbs.hifidiy.net 发布者:忧郁绵羊 版权:原创

国都QUAD“电流倾注专利电路”很有名气,有不少烧友慕名仿制,但是不弄明白它的产生原因和工作原理, 笔者认为就很难得以制作出完美的仿制,也不能拥有它的特性。但是,经过分析笔者认为QUAD里面的桥不是设计出来的,而是被迫产生的。

国都QUAD“电流倾注专利电路”很有名气,有不少烧友慕名仿制,但是不弄明白它的产生原因和工作原理, 笔者认为就很难得以制作出完美的仿制,也不能拥有它的特性。

下面我将我和坛友交流后的认知,分享给大家,因以下完全是我个人分析的结果,烧友可以当作一方面的参考,并多佐以其他观点来认识这个电路设计。     

QUAD电流倾注电路产生的时期,刚处于甲类功放向乙类功放过度的阶段,为了降低能耗,一些乙类功放开始流行,但是当时的大功率三极管性能,不足以让它低失真的运行在乙类状态,于是QUAD工程师就想出了一个办法:给一个功率不大的甲类功放带上一个大功率的乙类输出级,期望这样整机能够比较好的工作在低功耗状态,并且有低的失真。

QUAD的电流倾注功放就开始萌芽了。为方便大家看的方便,我配上了QUAD官方405 功放的原理图,如下:

国都电流倾注电路

最早期QUAD工程师做了个无偏置乙类输出功放,发现个功放交越失真很大,当然这个是在预料中的。那怎么消除这个失真呢?他们从电压放大级接一个限流电阻到负载,这个电阻大了对于消除交越失真作用不大,过小又会消耗完电压放大级静态电流,使得输出电流不足而销波,经过计算这个电阻取值R2 47欧姆是合适的。

这下交越失真被大幅度降低了,但有个问题出现了:无偏置乙类输出级产生的开关失真和交越失真的高次谐波会通过R2反馈到电压放大级,使输出级处于高频自激状态,如果能把这个负反馈都没有消除完的干扰隔离那就完美了,于是L1这个电感出现了,这个电感的取值怎么确定呢?

乙类输出级是整个功放的主要电流输出点,这个电感接到其后必定不能影响20khz的音频通过,也就是不能大,但是又不能太小,太小就失去隔离的意义了,经计算这个电感在8欧姆负载下取值3uh 是个合适的值,衰减斜率-3db在30k赫兹左右。

电感加入后高次谐波不能顺利的通过R2了。并且引入了一个好处是:电感的相移使得负反馈的高频相位相对于低频超前了,这个和给R1 500欧姆电阻并联超前反馈电阻有相似的优点,但多了一个好处就是刚才提的那个。到此这个无偏置乙类功放的性能已经又提升一步了,可又出现了一个问题,这个高次谐波被反馈到输入级的负端使得这个功放有自激的情况,那个消振电容C1的取值看来要取大些才成。至此这个功放已经比较满意了。

经过多次调整电容C1,发现这个C1有一个最佳的取值,使得功放的输出失真最小,这是为什么呢 ?原因加入的电阻R2、电感L1和R1 C1组成了一个环路,电感和电容在一个环路里就有可能震荡,因为他们都能产生相移。如何让他们相安无事呢,如果能保证环路里面两点是相等的电压,那么他们就没法引起震荡了。

QUAD发现这个不就是一个交流电桥吗?那么只要让这个电桥平衡了,这个环路也就稳定了。只需电桥的两个输出短电位相同(功放的输出点和负输入点在高频端是相等的)不就行了?根据交流电桥平衡条件 R1*R2=L1/C1可以算出C1的取值为127.6pf,因为这个电容是按照电桥的平衡条件算出来的,但是因为接的位置不同取值是有些差异的,这个电容在QUAD405电路里被使用了120p。  

至此,因为加入R2引起又不得已加入L1的一系列问题都解决了,功放的失真也是最小的状态了。

QUAD的这个小甲加乙类扩流功放被叫“电流倾注”——从小甲类角度看输出 ,小甲类功放级在整个工作过程都输出电流,只是在启动后不久因为乙类输出级也被打开,并且这个是被这个小甲的一部分电流打开的(确切的说是电压)好像有大的电流注入到了负载,所以叫成电流倾注功放。 

如果按照常理出力最大的是乙类功率级。还有一个叫“失真前馈”的我也解释下,同上,设计者还是站在小甲为主功放输出这个位置看问题的,从输出看乙类输出级产生的失真被负反到小甲输入级,小甲输出一个失真校正信号,校正了功放的输出,这样就可以叫前馈了,只是我们经常默认站的位置应该是功放的输入级,如果这样这个功放也只能叫是负反馈的。

当初我否认QUAD功放“电流倾注”和“失真前馈”。

最后总结下,笔者认为QUAD里面的桥不是设计出来的,而是被迫产生的。它没有降低功放失真的作用;却是引起功放不稳定的因素,但是我们可以把他调整到影响最小。

也就是说,这个交流桥平衡,从而让加入的两个原件稳定的发挥作用,那就是R2 ,它使得这个功放的输出级可以是无偏执的乙类,而无明显的交越失真; L1 使得乙类输出的高次谐波被隔离; 并加大了负反馈的高频反馈量,使得高频的失真降低。

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