JLH1969这个名字,在音响DIY圈子里几乎就是"经典"的代名词。1969年4月,英国人John Linsley Hood在英国《Wireless World》杂志上发表了一篇题为《A Simple Class A Amplifier》的文章,用不到十个分立三极管加一堆普通阻容件,做出一台纯甲类、无交越失真、听感极好的10瓦功放。五十多年过去,当年那些名机早就进了博物馆,这台"简单功放"反而被一代又一代人复刻、改造、研究。我不是第一次装这台机器了,前后做过三个版本,踩过不少坑,也攒了不少心得。这篇文章就把我从原理图拿到手到最后出声的全部思路、参数选择、调试步骤和避坑经验完整整理一遍,给想动手装一台JLH1969的朋友一份可以直接抄作业的参考,也聊聊它为什么到今天仍然值得一做。
1. 为什么一台"又热又费电还功率小"的功放能火半个世纪
1.1 它到底是一台什么样的功放
先直接说结论:JLH1969是一台单端纯甲类(Class A)功放,单电源供电,输出端串联大容量电解电容隔离直流,功率大约8到15瓦(视供电电压和静态电流而定)。它的电路极简——噪声和信号通路上只有两三个管子承担放大,输出级由一只或两只2N3055大功率三极管并联构成,以恒定电流源的方式工作在甲类状态。
"单端"和"甲类"这两个词,是理解这台机器的钥匙。绝大多数功放是推挽结构,正半周一组管子推、负半周另一组管子拉,两组管子交替工作,在交叉点就会产生失真,也就是所谓的交越失真。JLH1969不走这个路线,它的输出管永远导通、永远在全速状态下工作,信号只是让这个巨大的静态电流在此基础上上下波动。代价是效率极低——一台10瓦的甲类功放,每声道静态功耗就得三四十瓦,这些能量全部变成热量散发掉。所以你会看到JLH1969的散热器永远烫得离谱。
1.2 它解决了什么问题,适合谁玩
在那个还没有运放IC满天飞的年代,Hood先生的初衷很简单:用最简单可靠的电路,做出一台失真足够低、听感素质高的家用功放。他做到了——原版电路在10瓦输出时总谐波失真低于0.03%,这个数据放到今天依然不寒碜。
它适合的人其实比想象中多:
- 想弄懂"甲类放大"到底怎么回事的电子爱好者,这几乎是唯一能把原理、偏置、热稳定性一次讲清楚的实战项目;
- 手头有老音响、想给它配一台有味道的功放的朋友,8欧音箱加上高效率书架箱,JLH1969的表现相当稳;
- 喜欢复古分立电路的焊机派玩家,几十块钱的元件成本,却能换来一台值得反复把玩的名器。
如果你追求的是几百瓦大功率、推大型落地箱的影院系统,那JLH1969确实不是你的菜。但在桌面近场、书房小系统这个场景里,它几乎无可替代。
2. 电路拓扑与设计逻辑深度拆解
2.1 从信号流看整机结构
拿到原理图,先别急着焊,养成一个习惯:顺着信号走一遍,搞清楚每个管子到底在干嘛。JLH1969的信号流大致是这样的:
输入信号 → 输入耦合电容 → Q1基极 → Q1集电极 → Q2基极(驱动) → Q3/Q4(输出) → 输出耦合电容 → 喇叭四个三极管各司其职,没有一个多余的:
- Q1是输入放大级,接成共射形式,把微弱的输入信号放大到足以驱动后级;
- Q2是驱动级,也是共射放大,它一方面为输出级提供足够的电压摆幅,一方面承担整个放大器的主要电压增益;
- Q3(有的版本还有Q4)是大功率输出管,2N3055并联,接成射极跟随器,电流放大在这里完成,把驱动级的信号变成能够推音箱的大电流;
- 反馈电阻从输出端取信号送回Q1的发射极,构成深度负反馈环路,决定整机增益并压制失真。
原版还有一个很有意思的设计细节:输出级的"下端"并非普通电阻,而是由驱动级构成的一个恒流源特性负载。这意味着输出管在整个信号周期内都维持着稳定的静态电流,不会被"拉"到截止区,这正是单端甲类能够彻底消除交越失真的机械保证。
2.2 单电源与输出电容的巧思
JLH1969用的是单路电源(通常25到35V),这在今天看起来有点"反常识"——现代功放几乎全是双电源对称供电。单电源带来的最直接后果是:静态时输出点电位大约在电源电压的一半附近,不能直接接喇叭,否则直流会烧线圈。解决办法很朴素:在输出端串联一只大容量电解电容,让直流被隔断,只让交变的音频信号通过。
这只输出电容不是可有可无的,它是音质的关键之一。它与音箱阻抗共同构成一个高通滤波器,转折频率越低越安全。估算公式很简单:
f = 1 / (2π × R_load × C_out)
以8欧负载、2000µF输出电容为例,f = 1 / (2 × 3.14 × 8 × 0.002) ≈ 9.9Hz,已经足够覆盖20Hz以上的音频段。原版用的就是2000到4000µF,太小的电容会让你低音发瘦发虚,太大的电容虽然低音更稳,但体积和成本也上去了,且开机冲击电流更大。
单电源设计还带来了一个"福利":电源利用率其实很高。输出管的最大电压摆幅可以接近整个电源电压,不像双电源推挽结构那样每个管子只能分到一半电源。这也是为什么27V供电就能做出标称10瓦、实测7到8瓦的连续功率——峰值功率比单看电源电压想象的要高。
2.3 偏置与静态电流的定量关系
甲类功放的灵魂在偏置。JLH1969里用Q3(一只小信号三极管BC109及周围两三个电阻构成的可调偏置网络)来稳定输出级静态电流。它的作用等同于一个"可调二极管",基极与集电极之间的电压会被钳制在一个相对恒定的数值上,改变分压电阻就能改变输出管的基极电压,也就改变了静态电流。
静态电流到底取多少,这里有个简单的计算逻辑。假设想要10瓦输出到8欧负载,根据P = I_peak²×R/2,得出峰值电流I_peak = √(2P/R) = √(20/8) ≈ 1.58A。单管接续工作的甲类要求静态电流不低于这个峰值,才行。实际制作中考虑到管温上升后电流会漂移、还有反馈环路的余量,大家普遍把静态电流取在1.2到1.5A。
静态电流直接影响功耗:
P_static = V_rail × I_q = 27V × 1.4A ≈ 37.8W
这近38瓦全部变成热,还不算输出峰值时的额外消耗。记住这个数字——它决定了你的散热器尺寸、电源牛的容量,也决定了你听歌时房间的温度。
3. 元件选型与参数详解
3.1 晶体管:主芯片就四颗管
JLH1969对晶体管的要求不算苛刻,但也不建议随手抓一把就用。原版用了以下管子,我这里给出常见的替代方案及选型理由:
| 位置 | 原版型号 | 常见替代 | 选型要点 |
|---|---|---|---|
| Q1(输入) | BC109 | BC109C、BC549C、2N3904 | 低噪声、高hFE,增益选150以上为佳 |
| Q2(驱动) | 2N1711 | BD139、TIP31 | 耐压要够,注意驱动级功耗约0.5到1W,加小散热片 |
| Q3(偏置) | BC109 | BC109C、BC549C | 与Q1尽可能配对,热耦合到输出管散热器 |
| Q4/Q5(输出) | 2N3055 | MJ15003、TIP3055 | 最重要的选择:尽量选同批次配对,ft不需要太高,金属封装导热好 |
我的经验:输入端Q1配对的影响远小于输出管的配对。输出管如果两只并联,hFE相差太大会导致电流分配不均,一只过热另一只摸上去冰凉,时间长了必烧管。建议用晶体管测试仪筛一遍,hFE相差控制在10%以内,或者干脆只用单只输出管省心。
有一个很多新手不知道的关键点:偏置管Q3必须紧贴在输出管散热器上。因为它的作用就是感知输出管的温度并自动调整偏置,如果它离热源太远,热反馈不及时,温度升高后静态电流会一路往上冲,最终烧管。这不是玄学,是半导体物理——硅管的VBE随温度升高而下降,如果不补偿,集电极电流就会雪崩式增长,这就是俗称的热失控。
3.2 阻容元件:品质比"发烧"更重要
电阻方面,信号通路上的阻值需要精确,用1%金属膜电阻即可,功率注意别选小。驱动级集电极电阻和输出级发射极电阻在工作时会发热,建议用1W以上功率规格,我做的时候发射极电阻直接上了2W,心里踏实。
电容是决定声音走向的重要变量:
- 输入耦合电容:原版用的2.2µF左右,可以用薄膜电容(WIMA、聚丙烯电容均可),品质影响直接反映在高频通透度上。有朋友喜欢用铝电解加并联小薄膜的做法,声音各有所爱,但至少要用正品电容,别买杂牌拆机件。
- 输出耦合电容:2000到4000µF电解电容,注意耐压必须大于电源电压,用50V规格无压力。有条件并联一只0.1µF的薄膜电容改善高频阻抗。
- 电源滤波电容:每声道至少10000µF,两只并联更好。这不是越大越好,但在这个电路里,大电容确实让低频更稳,因为它要给甲类级提供接近"恒定"的电源。
3.3 电源与变压器:甲类功放的半条命
有人装完JLH1969觉得低音软、高频糊,排查半天发现是电源牛太小。甲类功放对电源的要求是:持续额定电流下电压不掉太多。我给自己的双声道版本配的是250VA环牛,次级双22V左右(整流后约30V空载,带上负载后会稳定在28V左右)。如果预算紧张,最少也不能低于160VA,否则大动态时电源电压被拉垮,功放的输出能力和失真指标都会明显变差。
整流桥选择:电流裕量至少3倍于静态电流总和。单声道1.4A、双声道2.8A静态,整流桥用10A规格的,发热可以接受。滤波电容位置需要并联100nF小电容吸收高频杂讯,这对降低功放的本底噪声有帮助。
关于供电电压,附一个实测参考表(电源电压对应理论输出能力):
| 电源电压(V) | 建议静态电流(A) | 8欧负载最大输出(W) | 每声道静态功耗(W) |
|---|---|---|---|
| 22 | 1.2 | 约6 | 约26 |
| 27 | 1.4 | 约10 | 约38 |
| 32 | 1.5 | 约12 | 约48 |
电压不是越高越好。升压带来更大输出,但散热压力和电源成本都在涨,而且晶体管耐压余量、输出电容耐压都要相应提升,新手建议先用27V做出口碑,再琢磨超压玩法。
4. 实作全流程:从PCB到出声
4.1 布局与焊接的硬性纪律
JLH1969布线看似简单,但有几个纪律不遵守会给你找大麻烦。
第一,地线要一点接地。电源地、输入地、输出地、滤波电容地,在整机汇总处只焊在一起一次,避免形成多点接地环路造成交流声。我自己第一版就是偷懒就近接地,结果噪声电压有十几毫伏,后来花了一下午重新拉地线才算治好。
第二,输入信号线必须屏蔽,屏蔽层在功放输入端单端接地。甲类级的增益不低,走线稍长一点就会直接拾取50Hz交流噪声,尤其是电源牛泄漏磁场强的场合。用双绞线不会比屏蔽线好,甲类机对源阻抗和走线都敏感,该上屏蔽网上屏蔽网。
第三,输出管的基极串联一个小电阻,通常是几十到几百欧,紧贴管脚焊接,这是防止高频自激的重要措施。2N3055这类老管子的ft虽然不高,但在大电流下有结电容,布线不佳时照样振荡,阻值选47Ω到100Ω基本能压住。
焊接顺序建议:先焊不发热的小信号部分,再焊大功率走线。焊完后用万用表对各级三极管做一个基础检查:B-C、B-E之间的PN结正反向都要正常,且没有明显短路,这是避免上电就炸管的最便宜保险。
4.2 散热设计:一半的功夫在热管理
前面算过,每声道接近40瓦热量。这个东西具体到实际感觉,就是每声道需要一块至少0.6K/W的散热器才能保证管壳温度不过高。我用的是一对500mm×180mm×75mm的型材散热器,厚度做到接近1kg一片,实测工作30分钟后散热器温度约55到60度——手能短时间触碰,但不敢久摸,在甲类功放里这算健康状态。
热量计算也简单:管壳温度 = 环境温度 + 功耗 × 总热阻。以环境25度、总热阻(管芯到散热器加散热器到空气)约1.2K/W算:25 + 38 × 1.2 ≈ 70度。2N3055的结温上限是150度,留足余量,70度的管壳温度对应大约90度左右的结温,长期稳定柴。如果你用的是40瓦级别的功耗,散热器热阻必须控制在0.8K/W以内,这是红线。
散热膏别省,硅脂要均匀薄涂一层;输出管与散热器之间必须加绝缘垫片(云母片或硅胶垫),螺丝要均匀拧紧,不然导热差且可能短路。有条件的话在散热器上装一个60度常闭温控开关串进电源,过热自动断电,这是一个防呆保险,成本几块钱,值得。
4.3 上电调试全程实录
第一次上电是最刺激也最容易翻车的环节,严格按照下面流程走,基本不会出事故。
- 不带负载(喇叭先别接),主电源串联一个100W白炽灯泡作为限流保护。装好所有管子,确认接线无误后通电。正常情况下灯泡应该微微发红,如果灯泡大亮——说明电路里有严重的过流,立即断电排查短路。
- 静态电流粗调:将偏置电阻调到最小位置,通电后用温度计/万用表监测,测量电源总电流。慢慢调大偏置,让电流接近目标值。用万用表串在电源线上测电流最直接,或者用夹式电流表。
- 测量输出点电压:此时应该约为电源电压的一半,即整流后27V的话输出点约13到14V。如果你测到的输出点电压偏离很大,先查反馈电阻和Q1工作点,不要急着消。
- 接上假负载(8欧大功率电阻)试音半小时,让整机热起来。半小时后静态电流会继续飘升,因为管子温度升高了。再把静态电流回调到目标值。这个"热后重调"的步骤必须做,不然你听到的失真不是电路本身的问题,而是偏置没有稳定下来就提前固化造成的。
- 检查输出失调:接好喇叭后,用万用表交流挡测喇叭两端,正常情况在安静时只有轻微的哼声,音量开到最大也应当听不到明显噪声。如果哼声明显,回到接地问题上排查。
- 最后用示波器简单测一下:输入1kHz正弦波,从小到大慢慢加大幅度,观察输出波形。先看到对称削顶波形,继续加大幅度能看到"不对称削波"——那是输出管进入饱和了,属正常极限。此时记录的功率就是该机的真实最大输出。
5. 常见问题与排查技巧实录
做这个功放的朋友十有八九会遇到下面几个问题,我整理成表格,按优先级排好了,遇到直接对着查。
5.1 上电即炸管/保险丝狂断
| 可能的根因 | 排查方法 | 解决办法 |
|---|---|---|
| 整流桥方向焊反 | 断电测整流桥四个引脚对地电阻 | 重新焊接,检查交流输入与直流输出脚位 |
| 输出管绝缘垫片破损导致C-E短路 | 万用表测输出管C极与散热器间阻值 | 更换垫片,重新涂硅脂 |
| 偏置调太大,上电瞬间电流爆表 | 用限流灯泡法先通电 | 静态电流从最小开始往上调 |
| 电源滤波电容极性接反 | 观察电容是否发热膨胀 | 换新电容,注意负极标记 |
我见过最离谱的一次,是输出管底座螺丝拧太深直接顶穿了散热器,导致集电极对地短路。所以拧螺丝的时候别图省力,加平垫、弹垫按顺序装。
5.2 交流嗡嗡声与噪声
处理顺序永远是:先查接地,再查电源,最后才怀疑元件。
- 接地环路:输入信号线的屏蔽层两端都接了地,形成环路——剪掉一端即可;
- 电源牛离输入级过近:把牛机体与功放板拉开距离,或调整牛的方向(用耳朵听哪个方向噪声最小就固定哪个方向);
- 滤波电容容量不够或老化:测整流后的纹波,交流声频率为100Hz的话基本就是滤波不够,加大电容或并小电容;
- 电位器外壳没接地:金属机箱的电位器必须接地壳,否则手碰到音量钮会"嗡嗡"响。
每排查完一项就用耳机接输出听一下,好的标志是:耳朵贴到喇叭10厘米内才听得到轻微的沙沙底噪。
5.3 静态电流一直飘,无法稳定
这是甲类机最常见的"慢性病"。根源在热反馈环节:偏置管Q3没有贴住散热器,或者贴了但传热路径太长。另外一个容易被忽略的因素是Q3本身引脚长度——它的外壳或引脚与散热器之间的热阻大,导致它感温滞后,静态电流就会以分钟为周期缓慢波动。
还有一个坑:静态电流在刚开机30分钟内是会自然上升的。原设计假定用户会"热机半小时再听",但现代人哪有这耐心。我的做法是通电后在舒适音量下先听半小时,这半小时里不调偏置,等热平衡后再统一校准。实测下来,热机后调准的静态电流,之后一周内再测也就漂个十几毫安,稳定得很。
5.4 输出波形不对称失真
如果你看到输出波形正半周被压缩或负半周被削平,先别怪管子,查以下三点:
- 静态电流是否偏低:提升静态电流到目标值,失真明显减小就是偏置低了;
- 驱动级供电电阻阻值是否过大:导致驱动级在负半周时电流不够,表现为负半周先削波。回查原版阻值,不要随意加大;
- 输出电容是否漏电或容量不足:劣质电解电容在高频下ESR高,高频波形会"爬坡",换薄膜电容并联合改善。
6. 装好之后的实听与进阶玩法
6.1 参考测量与听感方向
我手头这台最终定为:27V供电、静态电流1.4A、输出电容2200µF并0.1µF薄膜电容、输入电容2.2µF WIMA。实测数据供参考:
| 项目 | 实测值 |
|---|---|
| 静态电流(热机后) | 1.38A |
| 8欧负载最大输出 | 约9.8W(1kHz处) |
| 1W输出时失真(1kHz) | 约0.05% |
| 底噪(A计权) | 约0.3mV |
| 满功率20Hz失真 | 约0.5%(主要来自输出电容) |
听感是典型的"甲类声":人声密度特别好,中高频顺滑没有毛刺,低音虽然功率不大但弹性和层次都在。跟同价位的集成功放比,JLH1969的优势在中高频的透明度和声场的纵深感,劣势是极限动态和低频冲击力。配合灵敏度90dB以上的书架箱,在书房里听爵士、人声、小编制古典,它完全扛得住。
6.2 几个被验证过的改进
老实说,原版电路已经足够好,但我做过的几个小改动供参考:
- 输入级改为恒流源负载:把Q1的集电极电阻换成一只恒流源(用JFET或三极管搭),能提高开环增益,声音更通透,但调试难度提升一截;
- 电源加稳压:对甲类机来说,稳压对底噪和电源抑制都是质变,但同时也会限制瞬态电流,听感有人喜欢有人觉得"紧",建议先原版出声再决定;
- 输出电容做"双电解反向串联":两只等值电解反向串联等效成无极性电容,能显著降低输出电容带来的电感效应,低音更干净,但容量要翻倍;
- 2N3055换成MJ15003:后者ft更高、线性更好,实测高频失真略降,声音更开扬,不过发射极电阻和基极电阻需要重新调整以获得最佳偏置。
最后再分享一个我做这台机器学到的教训:别急着给电路"升级",先用原版参数做响、量和调好热稳定,再一项项验证各路改法。你改的每一项都要能听出来、能测出来,才算真正掌握了这台功放。很多朋友一上来就换这换那,最后折腾出来的声音说不清是好是坏,问题究竟出在哪也说不明白——那才是真的把经典玩成了玄学。JLH1969教会我的东西,从来不只是怎么焊板子,而是一套"先用耳朵验证、再用仪器量化、最后才动手修改"的音频工程方法论。