2SJ18 CSPP OTL 功率放大器的制作【转帖】

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2SJ18 CSPP OTL 功率放大器的制作
摘自：www.diyzone.net    作者：上条信一
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2SJ18 CSPP OTL 功率放大器的制作
30W+30W立体声输出




图说：2SJ18是SIT（V-FET）的功率晶体。

电路采取简单的非对称驱动2段构成。
电源V1，V2接地，可以与其它声道共享。V3，V4是垫于输出电压上方的浮动电源。初级是差动放大器，其中一侧输入信号，另一侧将驱动的输出级讯源接地，因此驱动信号电压的振幅为输出信号电压的1/μ。

在初级差动放大器反相输入侧进行驱动的输出级的讯源连接着输出端口，因此其驱动信号电压的振幅则是输出信号电压的1/μ再加上输出信号电压后的值。由于差动放大器的反相输入是接地动作的，因此高频特性优异。

2SJ18的输入电容以PowerFET来说较少，而且μ值小，所以米勒效应容量也轻微。电路中，2SJ18的Gate通过大量电流，不能进行驱动，即便减少负荷，汲极电流提高，限制阻抗，也不会产生过大的电流。2SJ18的gm值很低，即使是没有温度补偿的偏压电路，其静态电流的变动也很小。

2SJ18中，假设Vgs是一定的，Id与Vds成正比产生变化，因此，若使Vgs与Vds成正比发生变化，就减少了Id值的变化。


与其说不得不做，不如说百思不如一试，试过后证明接地电源和浮动电源即使共享同一个变压器也不会影响它的特性。

V1、 V4电源的电流很小，因此可透过倍压整流取得。同样的，也试着将V5进行倍压整流，但噪声超出0.3mv，于是V5采用外接电源并将噪声控制在0.1mV以下。

如果V1、 V4的涟波不是同相位，会造成噪声数值倍增，因此要特别注意配线。初级需要耐压高的FET。V-FET的2SK79，其增益低，没有接NFB的余裕，但它会产生与3极管无回授放大器相同的阻尼因子，是有趣之处。

耐压80V的J-FET 2SK223的阻尼因子达到8左右，虽然有点担心输入容量的问题，还是尝试使用了MOS-FET的2SK215，它的阻尼因子达到16，高频特性没有变化，就决定用它了。提高输入的信号源阻抗的话，会发生输出方波过冲，于是设置了输入的CR网络来防止这一现象。

利用初级差动放大器的定电流电路的晶体管2SC1815射极阻抗(2KΩ可变电阻)，可调整与电源电压变动相关的2SJ18的静态电流变化。因为2KΩ可变电阻的阻抗小的话，电源电压上升，静态电流减少，其阻抗大的话，则反过来，电源电压上升而静态电流增加。因此，要调整为静态电流不随电源电压的变化而变化的稳定状态。

2SK30A的定电流电路的电流透过10KΩ可变电阻来调整2SJ18静态电流，即使是2KΩ的可变电阻，2SJ18静态电流也会改变，大体上在1KΩ附近有最适合的位置，所以其中的窍门就是用2KΩ可变电阻只在中心动作，并利用10KΩ可变来调整静态电流。

这个电路的静态电流处于定值，但仍须考虑电源电压的快速变化，2SJ18的汲极电流和电源涟波电压都会产生波动。可是，如果能达到推挽平衡的话，输出讯号内就不会受到电源涟波的影响。要达到推挽平衡，可以调整初级差动电路的讯源阻抗(50Ω可变电阻)将输出的DC电压调整为0。8Ω负载时，最大输出为25W左右，输出电压波形的最大极限达到20V，2SJ18则是10V左右，2SJ18的静态电流为0.3A左右。

Zo　0.5Ω
100ｋHz -0.5dB
THD　0.01％

零件的选择与配对
2SJ18，测量了Id=-1A、Vds=-V及Id=-0.2A、Vds=-30V时的Vgs值，算出μ，把μ值相近者配对。此次使用的2SJ18是好几年前若松通商销售的东西，比从前的2SK60的Idss值还大。

实验时使用我库存的2SK215，也采用了低价新品2SK213。2SK213只有耐压比2SK215低，其它特性不变。我也测量了它在Id=2mA、Vds=40V时的Vgs值，并把Vgs值相近的东西配对。

电源变压器，我偏爱订购R型变压器，不过为了使用通用品，我试用从RS CONPONENTS买的环形变压器。初级规格为115V，以100V使用的话，次级电压则为0.87倍。

散热片是从RS CONPONENTS拿来的，已经有TO3P安装孔位的加工成品。散热片的形状将决定放大器的结构设计。电解电容和整流二极管等都是若松通商的特价品。若松通商和RS CONPONENTS均可利用网络定购，十分便捷。

机箱与底盘布局

机箱采用TAKACHI YM-250(250×170×50)。内部装有3个环形变压器。散热片包围着的内部安装电源基板和放大器基板。若将环形变压器安装在侧面边缘的话，下机箱就无法盖上了。

机箱设计图的正视效果：散热片采用架高式安装，使空气可在箱底对流。由于本机采用内建LED的开关，所以我们可期待正面的2SJ18光照的效果。因为2SJ18正面铁壳接入地电位，露出本体也没有问题。

完整的电路架构



虚线范围内的电路在各声道都是必要的。Q1与Q2进行热藕合。Q3和Q4各自安装在1.4℃/W散热板上。没有指定的电阻均为1/4W、电容器的耐压在50V以上。与实验电路的差异处在于2SJ18的静态电流设定，并改变电源电压使用的电源变压器规格。

正在测试完成的基板：左侧环形变压器上方是电源基板，右侧散热片上方的是放大器基板。放大器基板的可变电阻配置在基板的配线一侧，在测试阶段中可进行调整。

在电源基板的交连电容器间，把2SK213朝下，锁上放大器基板，这种配置是依据实物尺寸而搭建的构造，实际操作时必须先决定好要使用的零件，并亲眼确认之后才可进行。放大器基板的支柱螺丝有干涉妨碍的问题，于是改用黏着剂把放大器基板固定在交连电容器上，再除去支柱。构造变更的主要原因出在对尺寸的误估，或说没考虑到那么细腻的程度。

被变压器填满的机箱内部：为了维持机箱强度，铺上了2mm的厚铝板。用铝箔包裹环形变压器做静电屏蔽。环形变压器导线抽头的漏磁量较多，不可面对面安装。在研究各种环形变压器的安装方法时，尝试了许多不同实验，发现把环形迭合起来的这种配置效果不佳，于是决横向排列，并稍微放开了一点。静电屏蔽相当有效，可能的话，也想给引线作上屏蔽。铝箔在圆环的孔中连接的话，会对铝箔产生诱导电流，导致短络状态，因此不能这么做。此外，要注意在上下两方都不要让铝箔接触到安装螺丝。

把装有2SJ18的散热片安装在基板的四方：好像每次都这样，老觉得自己作的放大器配线非常难，如果失误后也不想再重做了，饶了我吧。这种工作永远不想做第2次了。CSPP有2组同样的线路，而立体声放大器有4组，这一点要细心地注意，千万不要装错。利用在线路编码和连接点的色彩区分加以管理，精确地完成配线作业。










以B5的杂志尺寸来看，全机似乎挺轻，其实装入三个电源变压器后，这可不是随随便便就能抬得起来的。对称配置的散热片给人以几何形状的视觉印象，这是黑雪的结晶吗？看上去如十字状分布，此造型不愧与CSPP放大器十分相衬。

特性图全部是L声道的资料。输入电压对输出功率特性 RL=8Ω,f=1kHz 根据示波器的波形确认过的发生切割前的输出电压为33W。

周波数特性　RL=8Ω ,0ｄB=1V,f=１ｋHｚ
频率特性 RL=8Ω,0dB=1v,f=1kHz



到20kHz为止线是平直的，30kHz时为-0.05dB，100kHz时为-0.45dB，300kHz时为-2.8dB。

失真率特性 RL=8Ω , 残留噪声0.2ｍV


测试组装中的残留噪声在0.1mV左右，是线路处理的问题吗？R声道低于0.1mV，而L声道的噪声却很大。如果噪声减少，100Hz小输出的THD也会再减少一些。1W以上的输出失真主要成分是三次谐波失真。增加2SJ18的静态电流的话的确能得到改善，但我对这个数据没有什么不满。

输出阻抗特性 根据ON-OFF法测出结果，RL=8Ω /∞　Vo=0.8V

到5kHz为止是0.43Ω(对应8Ω负荷的阻尼因子是18.6)，10kHz时为0.44Ω，随着频率的提高而增加，100kHz时达到0.72Ω。

声道分离特性 信号源输出电压1V（RL=8Ω ）

在短络状态下测量了查出有漏信号的放大器侧的输入值。5kHz为止，残留噪声以下，两个声道都没有变化。即使在最大输出时(输出电压16v)两个声道都在5kHz为止，残留噪声以下没有变化，此情况下的声道分离在-100dB前后。不过，因为电源是独立的，会获得这个结果也是理所当然的。

L声道不仅残留噪声大，还容易拾到R声道侧的信号。我认为原因是，承载R声道输出信号的部分，接近L声道的输入侧时，引起信号干扰，或流通R声道的输出信号的线路与L声道的线路串接在一起。原本打算给两个声道进行相同与对称配线的，但两者不是完全对称的状态，也不容易做到。进行基板测试时若先确认过这种情况就好了，真是后悔莫及，也没有分解它再重组的精力了。

切割波形 - 输出40W（1kHz)



10KHz方波波形
上：输入
下：输出 0.5V/div
无负载



0.47μF负载



8Ω负载



0.47μF与8Ω并联负载



电源脉冲波形 50mV/div
接入电源时



切断电源时