场效应管特性及其在音频放大器中的应用

其声音不好，一方面是人们使用它直接代换晶体管，晶体管的线路是不能发挥出场效应管的特性的；另一方面，这些电路通常使用AB类的偏置。根据场效应管转移特性，在低偏置时具有严重的非线性，带来严重的失真，解决的办法是让其工作在A类状态，特别是单端A类，瞬态特性极佳，音质纯美，偶次谐波丰富，音色悦耳动听，更具有电子管的醇美音色。

　　1.电路原理

单端甲类场效应管功放电路五花八门，各有特色，本机电路如附图所示。为了获得靓丽的音色，采取简洁至上原则，多一个元件多一分失真，多一条线路多一分失真。现将电路原理作一简述，以抛砖引玉，其主要特点有以下一些。

　　（1）为了避免普通音量电位器传输失真，非稳态接触电阻、摩擦噪声和操作易感疲惫之嫌，本机采用音响型极低噪声VMOS场效应管IRFD113作指触音量控制。其相对于键控音量电路又减少了一些元件，并加以屏蔽，使音量控制部分的噪声系数达到1dB以下（VMOS场效应管噪声系数在0.5dB左右），敢与高档真空步进电位器或无源变压器电位器抗衡，手感更贴切人性化。

　　VMOS场效应管内阻高，属电压控制器件，在栅极及源极之间连接充电电容，由于栅漏电流极小，电容电压在很长一段时间内能基本保持不变。当管子工作于可调电阻区时，其漏源极电阻将受到栅源极电压即电容的电压所控制，这时管子相当于压控可变电阻，当指触（依手指电阻导电）开关S1闭合，即向电容充电，当指触开关S2闭合，即将电容放电，从而达到以电压控制漏源极电阻的目的。将其按入音响设备中，即可调节音量的大小。S1和S2可用薄银片或薄铜片制作，间距2mm左右，待调试后确定，音量增减量设置在±2dB左右。

　　（2）由IRF510作电压放大，放大后的音频电压直耦至上臂管IRF150进行扩流并作源极输出，下臂管IRF150构成恒流源，直流为通路，交流为开路，使交流信号通过输出电容推动扬声器。

　　（3）由于VMOS场效应管具有负的电流温度系数，即在栅极与源极之间电压不变的情况下，导通电流会随管温升高而减小，从而避免管子二次击穿。但管子温度的变化与电流的变化速率相差甚远，对此为了防止负温度系数惯性延迟而影响工作状态，本机在IRF510阴极串上一只适当阻值的正温度系数补偿电阻（100Ω/2W ），以起到缓冲作用。其原理是当没有阴极电阻时，IRF510栅源电压是恒定的固定偏压，与管子电流变化无关，加上阴极电阻后，当管流减小时，源极电位也降低。而相对于栅极来说，栅极电位便提高了，这样栅源电压就增大了，此时管子电流便增加了，从而适量抵消负温度系数产生的电流陡坡现象。阴极电阻阻值大小决定这种作用的大小，从而起到适当的缓冲作用，此电阻并不是电流负反馈电阻。

　　（4）本机经考虑后不采用OCL即无输出电容电路，一则是为了扬声器安全，二则考虑零点失调电压尤其是动态时对扬声器音圈产生直流偏磁位移，直接影响扬声器性能，从而劣化音质。由于大容量输出电容多为电解电容，一般认为噪声较大，而实际上这是一个信噪比的问题，关键是应用在什么电路，如将电解电容用

　　在动圈唱头放大电路，就不合适，动圈唱头信号只有2mV左右，要求放大电路具有较高的信噪比，用电解电容信噪比就低。而将电解电容用于功放末级输出，情况就不一样了，信噪比相对低电平电路会有大幅度提高。另外一点，电解电容在使用前最好进行通电老化，并择优选用，然后上机后再进行充分煲机，这样可降低噪声系数。没有噪声的元器件是没有的，关键要合理运用，并采取措施，以达到必要的目的。本机为了减小输出电解电容由于感抗对高频的影响，用3只电解电容并联以减小感抗，并将扬声器的负极接电解电容的负极，以钳位电解电容漏电流产生的音圈偏磁位移。

　　（5）本机场效应管偏压由电源模块LM7812提供，功放电源不采取稳压电源供电，以避免限制乐声的低频力度和动态，即降低电压换电流，降低功率换音质。

　　2.制作调试

制作本机时，两声道要用独立电源供电，以提高分离度，减少干扰，并增强各声道工作稳定性。本机后级由于采用直耦电路，所以工作点会相互牵制，需反复调试几次才能完成，IRF510工作电流约为20mA，上下两管IRF150（配对）工作电流约为1.5A，栅源电压约为3.8V，反复调节这两级偏压电阻，使中点电压为l8V。不同产地、不同批次管子会有所出入，数据仅作参考，最好使用示波器将其调节为A类最佳工作状态。否则，由于管子的离散性，即使工作点按手册或特性曲线给出的参数调节工作点，也未必工作在最佳的A类状态。本机可代用的场效应管较多，不同管子参数、特性及音色也有差异。