Blomley 放大器是 40 多年前设计的，是一种替代功率放大器设计，几乎没有失真，并提供传统放大器通常缺乏的声音。

现代高品质音响系统具有出色的规格和近乎完美的声音。几乎完美，但不完全。音频系统中缺少一个非常重要的属性——我们称之为“存在”的属性。本文讨论了另一种功率放大器设计，它具有传统放大器通常缺乏的声音。

注意：由于大众需求，本文底部提供了此处讨论的电路的 LTspice 文件。

即使是最好的市售音频系统也缺乏真实存在感——虽然声音可以非常清晰，但您永远不会将录制的声音误认为是真实的声音，或者将录制的钢琴误认为是真实的钢琴。人耳立即知道其中的区别。

作为听众，即使是发烧友的听众，我们也不会因为缺乏现场感而大惊小怪，因为我们已经开始接受我们从现代音频系统中听到的内容与它所得到的一样好。然而，这不是真的，也不必被接受。

缺少存在几乎完全是由于所有商用功率放大器的基本设计中固有的失真。您是否注意到耳机听起来更清晰？这是因为它们是由低功率放大器驱动的。

在本文中，我展示了另一种功率放大器设计，它几乎没有失真，并提供了传统放大器所缺乏的声音。这个放大器是四十多年前设计的，尽管它的保真度很高，但它从未见过商业生产。

我将介绍“流氓频率”的概念及其对我们聆听体验的影响。然后，我将继续展示这款原创且真正的郊区放大器如何成功地将失真降至最低，并且不会产生令人不安的恶意频率。

这种设计非常有效，输出非常纯净，以至于它创造了一种无法忽视的音频存在。

为了理解为什么商用放大器产生的声音非常好但缺乏临场感，我将从讨论人耳的灵敏度开始。然后我将检查失真的类型以及它们如何影响我们实际听到的内容。

最后，作为对原始设计的潜在附加，我将讨论由“削波”引起的失真以及如何降低其刺耳度。

关于留声机的简短轶事

最近，我去拜访一位发烧友，他想向我展示一个真正的 1890 年代发条留声机，带有一根真正的刺针和一个他刚买的真正的“他的主人的声音”号角。

他的主人的声音，由弗朗西斯·鲍罗（Francis Baurraud）于 1898 年绘制。

随着购买留声机，一些非常古老的 78rpm 唱片直接由原始蜡制大师制作——录音留声机的巨大号角被放置在管弦乐队附近，针在覆盖的盘子中仅使用声能切割出一个螺旋凹槽用一层薄薄的蜡。有一张完好无损的卡鲁索原声唱片，声音饱满！还有一些管弦乐和合唱团唱片。

这些都是在三极管发明之前制造的，因此在制造过程中没有使用电子设备。为了取悦我的朋友，我同意听，期待一个令人不快的失真声音。正如我所怀疑的那样，有嘶嘶声和噼啪声，但是音乐！纯净而清晰，即使使用合唱团和单声道录音源，您也可以完全独立且优美地听到每种乐器和声音。卡鲁索确实配得上他的声誉。尽管它是在 1902 年制作的，但它听起来还活着且存在。

那么，为什么现代放大器在我们在电子技术方面取得了显着进步，却缺乏这种必不可少的临场感呢？

人耳如何感知谐波失真

人耳异常敏感。在理想条件下，耳朵可以听到来自鼓膜的声音，其移动的距离只有氢原子的直径（~10-10 m）。奇怪的是，虽然人耳对某些事物非常敏感，但对其他事物却不是很敏感。例如，要注意音量的变化，功率必须加倍（3db）。

因此，如果你将 2 次谐波增加 5%，那将是一个非凡的人注意到了。因此，即使是最好的高保真音响，低于 10% 的真正纯谐波失真也几乎无法察觉且无关紧要。然而，谐波失真对于工程师来说很容易测量到很高的准确度和很低的水平——所以它被谈论了很多，即使从长远来看它真的无关紧要！

考虑一下您如何立即识别您母亲的声音，即使是通过低保真电话。它是通过谐波含量来完成的，人耳对谐波含量非常敏感：“你感冒了吗，妈妈！？” 可以在她一句话后问。

这向我们展示了额外谐波的引入确实是非常可听的（低至 0.01% 很容易被检测为不同类型的声音）。

互调失真

通过非线性放大器的任何两个频率除了原始频率外，还会产生和频和差频。这些附加频率（“流氓频率”）的幅度与非线性量有关。这是互调失真，很难测量，尤其是在对人耳仍然很重要的极低电平下。这些额外的不需要的流氓频率在我们的标准音阶上是偏离调的，即使是很小的频率也会使音乐听起来“浑浊”。

音乐或声音在任何给定时刻由数百个叠加频率组成（如数学家约瑟夫傅里叶所述）。当这些频率集合通过放大器时，额外的小幅度“流氓频率”被添加到原始信号中，人耳对这些额外的频率内容非常敏感，并立即识别出声音不是真实的。这就是为什么即使您在另一个房间，您也不会将电视或广播中的声音与真实访客混淆的一个重要原因。

即使是非常好的传统放大器也不会被误认为是真品！换能器（例如唱片或扬声器上的针）通常是相当线性的（当然是发烧友版本），因此它们不会引入许多流氓频率，尽管它们的谐波失真（通过共振等）可能非常大。高保真音响系统的弱点，无论其在数字上表现如何出色的规格，通常只是放大器。

交叉失真

功放分析表明，B类功放无反馈失真约为33%，A类功放无反馈失真约为8%，音质优于B类。B类失真大部分来自于使用输出晶体管作为整流器分离信号的正负半部分，然后分别放大这些半部分（“推挽”）。

当一个功率晶体管被驱动到低于大约 15mA 的集电极电流时，放大率会急剧下降。如果可以防止输出功率晶体管中的电流低于约 15mA 并进入这个非线性区域，那将大大改善情况。这种放大的变化会导致 B 类放大器的交叉失真特性。

请注意，这种交叉失真不应与音频失真相混淆，音频失真通常也称为交叉失真，当音频信号被分成多个频带时会出现，例如在扬声器电路中为每个离散的驱动器单元提供适当的频率范围。

瞬态互调失真

现代放大器失真是由负反馈控制的，它与反馈成比例地减少失真。放大很便宜，因此可以通过足够的反馈将明显的非线性降低到任意低的水平。

但是反馈信号需要时间才能通过放大器并反向返回输入以消除失真。所以当突然的变化（瞬变）发生时，会有一段时间裸露的放大器暴露在外面，非线性会在原来的基础上增加互调的流氓信号，这些信号并没有被反馈完全抵消。这是瞬态互调失真。在应用反馈之前，您需要的是一个没有失真的放大器 裸 B 类放大器的失真非常糟糕，以至于大多数分析似乎只考虑有反馈失真。

现代放大器听起来比旧的放大器更好的原因之一（使用基本上相同的 A 类或 B 类电路一如既往）是组件速度的提高。数千兆赫的分立元件是免费提供的，即使是便宜的功率晶体管也有数 MHz 的 f t。这意味着反馈时间现在确实非常短。

剪切失真以及如何软化它

晶体管放大器进入饱和状态听起来很可怕，因为波形的顶部被非常尖锐地削去，导致方角和令人不快的谐波的巨大爆炸。当传统的放大器被用力驱动时，我发现自己在等着退缩。

另一方面，在其削波点附近，电子管具有相当软的非线性特性，从而产生圆润的压缩正弦波，其中包含较少的杂散谐波，并且听起来比晶体管放大器驱动的方形削波正弦波好得多难的。

Carl F Wheatley, Jr.（美国专利 3 786 364 / 1974）发明的一个简单电路为每个输出晶体管使用一个晶体管和三个电阻器（TRP 和 RP1、RP2 和 RP3）（见下文）。

具有互补输出和削波保护的完整 Blomley 放大器。点击放大。

它测量输出晶体管中的电压 (RP3) 和电流（= RP2 两端的电压）的组合，当这两个电压的组合超过约 0.6V BE 时，它会打开 TRP 并移除对输出的驱动。

请注意，0.6V 是标称电压，当 Vbe 超过 ~0.45V 时，一些电流开始流动，因此这是“软”关断。它有两个优点：

1. 它使放大器轻柔地“削波”，与电子管设计非常相似，这使得声音非常宽容并防止“畏缩”。

2. 它保护输出晶体管免受大多数滥用。

Peter Blomley 的 B 类放大器设计新方法

在 1971 年 2 月和 3 月的 Wireless World 杂志上，Peter Blomley 发表了革命性的、高度集中的文章“ B 类放大器设计的新方法”（PDF），分为两部分（Plessey 的专利，No.53916.69，尽管该专利早已自过期以来）。

他描述的放大器非常聪明的一点是，Blomley 在将单独的信号施加到输出晶体管之前将输入信号分成上半部分和下半部分。然后，他能够轻松地设计输出晶体管，使其仅在其线性区域（高于约 15mA 的集电极电流）工作。

此外，他观察到，对于电压信号，二极管是非常非线性的，但如果你使用电流源，二极管非常接近理论理想，可以说它是完美的（正向和反向之间相差10 9廉价二极管中的电流）。

如上图所示，他使用了一个恒流源 (Tr6) 并有一个变化的电流吸收器 (Tr3)。电流差驱动二极管（实际上是用作二极管的晶体管）（Tr4 和 Tr5）对电流进行整流。通过在这里使用非常高频的晶体管，从“顶部”信号到“底部”信号的转换非常快，以至于超过了 100kHz。

其中 SUB 放大器偏置在非线性区域之上，并由二极管产生的单向信号馈入。这有效地将信号分离从子放大器转移到电路的单独部分。

这种难以理解的电路（我们习惯于电压电路）的最终结果是 B 类放大器，其失真低于 0.1%，根本没有反馈。并且在示波器上，没有明显的交叉失真，没有反馈。

施加一点反馈后，就会出现无法测量的互调失真、瞬态互调失真和谐波失真。该放大器的合成输出非常清晰，以至于录制的声音很容易被误认为是真人。Peter Blomley 的放大器是一款 B 类放大器，性能远优于 A 类。

然而，40 多年来，Peter Blomley 和他的放大器在音频界几乎无人知晓。我提出了两个原因。首先，他的设计是如此新颖和出人意料，以至于很少有人理解或认真对待它。其次，Blomley 从未将他的设计投入商业生产，因为 Plessey 拥有专利，因此能够聆听或评价其性能的人就更少了。

大多数构建自己的 Blomley 放大器的音频爱好者都修改了设计，并在这样做时引入了失真。我建议您构建原始设计（可能只是现代组件提供的微小修改）并聆听它。这将为您提供参考声音，以检查您可能想尝试的任何进一步修改。

不幸的是，由于长期忽视 Blomley 设计，音频世界已经剥夺了从根本上更好的放大器。相反，在过去的四十年里，我们竭尽全力试图减轻我们认为电子放大器，特别是 B 类放大器不可避免的固有特性。作为一名年轻工程师，Peter Blomley 的大胆之处在于质疑这些特性究竟是多么不可避免，然后着手从他的放大器中设计它们。

今天，可以使用一流的高压、高速晶体管，这使得 Blomley 放大器比他 1971 年的版本更好。

最初的放大器设计是为带有 60V 电源轨的 30W 放大器设计的，由于纯度高，这对于普通家庭使用来说绰绰有余。1971 年，100V 小信号晶体管很少见，但现在不再如此，现在可以使用 80V 电源轨，使用不同的晶体管，将功率增加到 50W。但是，不需要高音量，因为声音非常干净。大多数放大器都提供了巨大的动态余量，因此您可以以高音量播放它们，并将交叉引起的互调失真隐藏在高声级中（真的很伤心）。

结论

40 年前，我爱上了 Blomley 放大器声音的清晰度和纯度，但花了很长时间才了解电路并欣赏 Peter Blomley 的才华。现在，我已经制造了几个这样的放大器，如果我坚持原来的 Blomley 设计，它们听起来都比一流好。

人类的反应，包括我们自己的反应，通常很难解释，但我发现使用 Blomley 放大器的普通人发现自己比使用传统的高端放大器设计更想听音乐。他们不明白为什么，他们最终只是听了更多的音乐，更频繁——这无疑是终极考验。听 Blomley 放大器令人上瘾。我当然发现了这一点，许多其他有幸体验过这款非凡放大器的人也是如此。

事实上，它很难用于背景音乐；人们倾向于停止说话并开始听音乐。它的存在令人信服。

在他的文章中，Peter Blomley 表达了 1970 年代的想法：“在我看来，这种口径的放大器的性能在传统的音频设置中被浪费了。” 我建立了我的第一个 Blomley，并立即意识到我不能同意他表达的观点。嘴巴到极点的妈妈，一言不发地坐了整部《彭赞斯海盗》！那是 1970 年代，从那时起，音频系统中的其他组件已经走过了漫长的道路。

选择 Blomley 放大器现在肯定是有保证的，并且是充分受益于音频系统所有其他组件的技术进步的最佳方式。

电路注意事项

在我构建的大多数放大器中，我都使用了准互补输出晶体管布置，但现在很容易获得匹配的互补功率晶体管。好像真的没关系！

必须非常小心地将输入与输出物理分离，以防止高频反馈。该放大器足够快，可以在射频频率下使用。

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