高频正弦再生电源供电的直热电子管放大器（2J27S+4P1S）

高频正弦再生电源（ZVS）供电的2J27S+4P1S直热电子管小单端

先提示一下，如果您在使用有效频响大于200KHz的喇叭或耳机，以及能听到或感受到200KHz以上频率的声波，本项目以及相关技术方案显然不适合您。虽然我在电路中采取了一些简单的应对措施，当供电频率为100KHz时，输出端的残留高频信号大致还有二十多毫伏，且以倍频的200KHz为主。

高频正弦交流再生电源有多种可用的方案。这个项目，我选用了结构最简单、成本最低、效果不错、最适合DIY的ZVS方案。两年前我做过300B适用的高频正弦交流灯丝电源，用的是另一个方案。ZVS方案产生的高频（>100KHz）正弦交流电，通过高频变压器耦合，分别通过独立绕组直接完成每一个直热管的灯丝供电，同时通过高压绕组的整流滤波完成高压供电。这个思路，我从2016年开始琢磨、探索至今已9年。在国内的几个音响论坛上，我也留下了一些研究和思考的痕迹。

至于是做成小功放还是耳放，大家根据需求接上不同的输出牛就行。为什么我没推荐做成前级呢？虽然主放大电路结构完全适用于前级，我还是担心残留高频信号的问题。作为功放或耳放，即便输出端有一点点残留高频信号，我们常用的喇叭或者耳机也不具备200KHz以上的有效响应能力，几乎不会输出高频声波。但是作为前级使用，残留高频信号会传递到后级功放中去，可能对后级功放，特别是高带宽功放的工作状态产生影响。妥善解决残留高频信号的问题，还是需要下一番功夫的。

• 放大电路

    这部分电路采用传统的两级共阴放大。

• 放大部分是一张独立的PCB，通过26PIN的接插件连接底部的电源PCB。
• 第一级电压放大由2J27S承担，采用三极管接法；为了简化电路走线（也考虑过固定偏压的，PCB走线太麻烦了。），采用了自偏压的模式。
• 第二级功率放大由4P1S承担，也是三极管接法。为了提高电源效率，采用了固定偏压的模式，省去了功耗可观的阴极电阻，降低了再生电源的功耗压力。
• 输出牛的初级阻抗选择5KΩ~10KΩ都可以正常工作，无非是阻抗小一些、输出功率大一些，失真大一些。输出牛的次级阻抗适配您的喇叭或耳机就好。
• 灯丝本质上是交流供电，所以用灯丝平衡电阻来降低输出端的残留高频信号仍然非常有效。
• 放大电路部分涉及的元件数量不多，尽量选用高品质元件能有效提升整体素质。

• 电源电路

    ZVS，电路极致简洁！每一个元件的参数选取都跟最终的性能密切相关，而且相互牵制。我的摸索过程中，停振、过热、炸管、波形失真、频率漂移……各种问题层出不穷，深深体会了很多做ZVS电路的无奈。一个ZVS电源如何同时给灯丝和高压供电，且保持波形良好，也是一个大问题。上述困扰，应该是ZVS电路很少在音频电源方案中成功应用的重要原因……省略5000字。我直接列出元件配置和制作方法，照抄应该不会翻车；元件必须正品哈！

• 电源部分采用独立的PCB，与放大部分通过26PIN的接插件连接。
• MOS管Q01、Q02的标称电流选实际工作电流的10倍以上，标称电压选实际供电电压的6倍以上。本项目适合选择电流30~40A，耐压80~100V的MOS管。配合立创商城C108928编号的散热器，正常工作时仅微热。
• 谐振电容C02选MKP系列的电容。电磁炉用的MKP电容是个好东西，就是个头大了点。电容的耐压应大于200V。
• 栅源保护二极管Z01、Z02选择稳压值在12~15V的普通稳压二极管，额定功率1W。
• 栅漏泄放二极管D01、D02选择耐压60V的肖特基二极管，额定电流1A。
• 高频磁芯和骨架用EC2828的尺寸，磁芯材质用PC40就够了，每个E磁芯的中柱各磨掉1毫米做为气隙。
• 绕制高频变压器的主要导线选用 1毫米（或者更细的）线基的多股纱包线。
• 高频变压器初级采用80股1毫米纱包线平绕一层12匝，高压绕组用5股0.1毫米纱包线平绕2层30匝共60匝，偏压绕组用普通0.2毫米漆包线绕13匝，灯丝绕组用25股0.1毫米纱包线绕4组1匝，各层间必须加马拉胶带绝缘。
• DC12V电源电压与高频变压器的各组输出电压正相关，可以在一定范围内通过调整电源电压来微调输出电压；因MOS管耐压有限，电源电压不可超过12V太多。
• 高压电源采用倍压整流；可以大幅减少高频变压器绕制匝数和难度。
• 高压绕组输出回路串联的电感L03一般选用1~1mH，此电感量与输出的直流电压成反比。电感的额定工作电流要留2倍以上的余量。
• 高压倍压整流相关的几个电容C03、C04、C05选择MKP系列，耐压400V以上，在一定范围内，其容量与输出电压成正比。
• 高压整流二极管D03、D04宜采用碳化硅二极管，耐压大于1000V，额定电流大于1A。
• 4P1S栅极的固定偏压由一个独立的绕组整流、滤波、再稳压获得。通过电位器来独立调整每一个栅极偏压，这样可以方便的将各人手头配对不良的电子管都调整到相同的屏流。

• 整机调试（制作、调试中有任何问题，欢迎在评论区留言或者私信联系！）

在这个电路结构的调试中，至少需要一台普通万用表和一台直读参数的示波器（高频毫伏表也可以，只是看不到波形）；普通万用表不能准确测量高频交流电压。

每个调试项目进行前请先检查各接线是否正确、牢靠，再接通DC12V电源（最好是有限流保护功能的电源）；单项调试完成后，必须切断DC12V电源再进行电子管或其它元件的插拔、连接。电源模块和放大模块之间进行拆、装时，必须确认高压电源的电容已经放电到10V以下，否则会造成惊吓或者元件损坏。

• 在不插电子管的状态下接通DC12V电源，此时DC12V电源的静态电流应该在0.25A左右。
• 用示波器或高频毫伏表观察灯丝、高压等各绕组的输出电压，波形应该无明显失真，数值应该接近设计值。
• 用普通万用表测量V+的数值，由于空载，数值应该在300V左右，或者更高；
• 用普通万用表测量Vg-的数值，应该在-25V左右。
• 分别调整栅压电位器RA3和RA6 ，使得每个4P1S栅极的电压Vg在- 20V左右。
• 用普通万用表测量输出牛初级的直流电阻，记录其阻值。
• 插上所有电子管，输出牛次级接额定负载，接通DC12V电源，如果电流持续超过2A，请检查电路故障。
• 调整每个4P1S电子管对应的栅压电位器，使屏极电流达到 30mA，且栅极电压Vg在-15V左右，即可确认本级工作基本正常；屏极电流可以通过测量输出牛初级压降除以输出牛初级的直流电阻来换算。
• 此时由于V+高压同时向两个4P1S供电，电压值会随总屏流的增加而下降，需要多次、来回调整两个4P1S的栅压电位器，使得每个4P1S的屏流都在30mA左右。此时，V+的电压应该在190V左右。（这个过程需要点耐心，慢慢来，反复几次就能调好。）
• 把音量电位器调整到音量最小的位置，将示波器或高频毫伏表接在某声道输出牛次级，且接好额定负载。先调整该声道2J27S的灯丝平衡电位器，使得示波器或毫伏表的读数最小；再调整该声道4P1S的灯丝平衡电位器，使得示波器或毫伏表的读数最小。另一声道调试过程相同。（每一次更换电子管都需要调整灯丝平衡电位器！因为每个电子管的灯丝状况都不同。）
• 检查各工作点的电压与电路图上的标注相近，至此整机调整完毕，DC12V电源的正常工作电流约4A。正常工作时，只应该是4P1S电子管玻壳烫手；如果发现其它元件烫手，则需要检查、更换。
• 其它实测参数我标在电路图上了，这些数值仅为一个可用的工作点，大家可以根据自己的需求调整。比如通过减小L03到500μH，可以提高V+到240V左右，获得更大的输出功率。当然，栅压等参数也要相应调整。

• 杂谈
• “ZVS”是英文“Zero Voltage Switching‌”‌的缩写；是一种通过零电压切换实现高效、低损耗、低干扰的软开关技术；在电力变换、高频加热等领域广泛应用。做好一个ZVS电路，使之产生的正弦波符合项目要求的功率、效率、失真度、稳定性，还要低干扰……不是随手买来一个成品ZVS模块就适用的，毕竟大多数此类模块的设计更注重输出功率，对其它指标并不在意。大家有机会用示波器看看输出波形就清楚了。
• 听感方面：经多位朋友印证，能正常体现直热电子管通透活泼、细腻丝滑的音色。
• 底噪方面：做功放时，耳朵贴近喇叭，甚至是灵敏度100dB以上的号角，只能听到微弱的热噪声；做耳放时，也几乎跟没开机一样。
• 这是一位朋友提供的样机调试的实测数据，是在8欧负载下，不同输出信号幅值时的失真度：
• 将电感L04更换为2H以上的普通铁芯电感，可以听到音质变化。
• 4P1S做末级的单端功放电路还有很多，比如田庆松老师就发表过加入一级MOS管驱动的电路，可以获得更大的输出功率。还有超线性接法、标准接法等等，直接应用本项目的供电方案也是可行的。
• 板上只留一只2J27S做驱动，将两个4P1S并联（尽量配对），就成了4P1S并管单端。
• 如果有平衡输出的前端设备，可以把两个2J27S输入端接平衡信号的冷、热端，两个4P1S的屏极接推挽输出牛的两臂，就是一个声道的平衡功放。（要求所有电子管和阻容元件尽量配对）
• 在输入端加一个输入牛倒相，两个4P1S的屏极接推挽输出牛的两臂，成为一个声道的推挽或平衡功放。（要求所有电子管和阻容元件尽量配对）
• 在做成推挽或平衡功放时，宜采用纯A类的工作点，不宜把工作点调整成AB类或B类；因为ZVS电路不适合应对工作电流起伏变化较大的AB类或B类电路。
• 本项目开源文件， 欢迎非商业目的的自由取用。目前的PCB适配爪簧，可以在PCB上直插电子管；愿意使用常规管座的朋友请自行修改PCB文件。如果电路有改进，也会在上述链接直接更新。
• 本项目当前的成果只能说是运行基本稳定、音质令人欣喜，还有很多待优化的细节；期待更多的朋友参与本项目的进一步完善，针对输出端高频残留和提升音质等问题继续探讨和实践。

更新说明：

2025年6月16日，更新了电源板的PCB，改善了元件布局，标注了具体的元件参数，更方便大家制作 。

2025年9月16日，优化了电源板PCB的走线。感谢waxman朋友认真帮忙找BUG！