音响侠客行五十七: 薜邪劍法: 三極管接法的甲類單端功放

第尾才子

音响侠客行五十七: 薜邪劍法: 三極管接法的甲類單端功放

辟邪剑法第一句！欲練神功，引刀自宫。許多發燒友很喜歡純三極管甲類單端無反饋放大器的音質。只是300B、2A3、845、211等三極管價格相對較高，6GA4、6RA8、6CA10等專為音頻功放設計的歐美功率三極管國內又無仿製品。當中也有人以平價的6N6，6C19, 6N5P, 6N13P來做機, 也有人以相對便宜的805及6N7P來做機。而另一個可能是將五極管自宮改接為三極管，造價相對低廉，拓寬了器件來源，不失為一個好辦法。幾十年前的威廉遜功放就是這麼做的。但是，其理論支持何在，細心的發燒友已不滿足於照圖施工，追根究底一定要弄清楚是為什麼。而当中经常被淨身的包抱6L6,6V6,6BQ8等。

五極管和三極管的構造原理如圖1所示。功率三極管板極離陰極較近，板陰之間的電場強度較大，電子在較大的電場力推動下(F=q•U/S)以較大的加速度飛向板極。在柵極離陰極距離和柵網密度等條件不變的情況下，板極離陰極越近，板內阻越小。如6N5P及6C19)。但其功耗過於集中，板極損耗不易做大。而五極管或束射四極管的簾柵極離陰極很近，板極距陰極稍遠，板極大小就不太受限制了，因此板極損耗容易做得大一些。
  
圖1 五極管和三極管的構造(頂視圖)


接成三極管后，在陰極與簾柵極間大的電場強度下，電子在電場力的推動下作加速運動，而經過簾柵極的電子已具有很高的速度。又因為在三極管接法中簾柵極已接通板極，兩極屬於同電位，在簾柵極與板極間的電場強度為零，電子便勻速飛向板極。這時的板極特性等效於從較遠處移動到了離陰極較近的簾柵極位置，具有了簾柵極與陰極間近距離板極的等效特性，即低內阻、低放大係數特性。這時，電子管的放大係數μ就是柵極對簾柵極的放大係數。一般功率五極管中，柵極對簾柵極的放大係數μ都在10以下，因為內阻Ri=μ/s，所以五極管改變為三極管后內阻非常小，而功率損耗卻可以做得很大。新型大功率音頻專用功放管6CA10便是這種構造，其簾柵極在管內就已接通了板極，對外呈現低內阻純三極管特徵，板極功率損耗相當大。

五極管改接為三極管后，電路的計算與原五極管有很大的不同，這是因為板極特性曲線與原五極管的板極特性曲線完全不同。以6P3P為例, 改成三極管後功率大減, 圖2為6P3P改三極管后的板極特性曲線，曲線中完全沒有了五極管板極特性中的飽和點。因此，輸出阻抗不像五極管那樣固定，有了一定的寬容度。對甲類單端機而言，影響工況的因素有最大板耗Pam 最高板壓Uam 最大板流Iam，以及該板流下的管壓降Us、靜態板流Ia、電路的效率η等。其中靜態板流Ia應為最大板流Iam的1/2。在Ua為一定值時，管壓降Us約為板壓Ua的60％，將達到最大輸出功率，但此時板耗很大，效率不高，電路阻尼特性也略差。而管壓降Us在總電壓Ua中所佔比例越小，效率便越高，電路阻尼特性也越好，但輸出功率下降太多。這是一對矛盾，因此要進行權衡，Us應選在輸出功率相對較大、效率相對較高之處。同時，輸出阻抗盡量採用整數，以便與成品變壓器相匹配。從以上多方面考慮，提高電源電壓是比較有利的。而管壓降Us與靜態板壓Ua的之比Us/Ua通常在50％到25％之間。具體計算方法可由以下實例說明。

束射四極管6P3P為6L6G的全等效管，其板極功耗為20.5W，接成三極管后內阻僅為1.7kΩ。作甲類單端功放很有利。該管價格低廉，來源充足，目前還有生產。純三極管甲類單端功放要做到較高效率十分不易。使用較高的板壓可使零柵偏壓時管壓降Us在總電壓Ua中的比例下降，管效率便可提高，但不應超過極限板壓，即在允許範圍內，板壓Ua盡量用得高一些。附表為6P3P三極管接法在250V板壓時的工況。管效率不高，目的是推動乙類功放，輸出功率只有1.4W，顯然太小，遠不如300B和2A3，但將板壓提高到400V后，情況則大不相同了。

  
附表 6P3P三極管接法在250V板壓時的工況


下面進行功率級的計算：(6P3P三極管接法a+g2)，條件為Ua=400V、Pam=20.5W。
  


(1)根據圖2板極特性曲線，取管壓降Us=160V，Us/Ua=160/400=40％，此時零柵壓板流Iam=100mA，板流Ia=Iam/2=50mA，此時柵負壓Ug=-37.5V。
(2)輸出阻抗Ro=(Ua-Us)/Ia=( 400-160)/0.05=4800Ω。
(3)輸出功率Po=(Ua-Us)•Ia/2=(400-160)×0.05/2=6W(RMS)。
(4)靜態板極損耗Pa=Ua•Ia=400×0.05=20W 。
(5)效率η=Po/Pa，由於最大正弦波輸出時屏流約增加5％，因此η=Po/(Pa×1.05)=6/(20×1.05)≈28.6％。
(6)阻尼係數DF=Ro/Ri=4800/1700≈2.82。
(7)電壓增益A=(Ua-Us)/Ug=(400-160)/37.5=6.4。

從上述計算可以看出，6P3P採用三極管接法，板壓用到400V時性能足可與2A3相媲美。

因為是無反饋機，所以前級電壓增益要控制好，增益不足則靈敏度不夠，增益太高則信噪比變差。可用12AU7雙三極管兩級放大，作前級和推動級，電壓增益約為150。也可用一級五極管電壓放大，電壓增益剛好。因此選音頻專用五極管6J8P作前級，它全等效於美6SJ7GT和俄6ж8C，也是低價位管。五極管電壓放大的高增益是與高負載阻抗相匹配的，所以它不適宜推動低阻抗柵漏電阻的固定偏壓功放電路。否則要增加一級陰極輸出電路來變換阻抗，電源電路也變得比較複雜，這裡不再贅述。



本機總電路如圖3所示。前級由音頻專用五極管6J8P擔任，板極負載為100kΩ電阻，供電電壓很足，為420V，並經大電感雙Π型濾波電路充分濾波。下級柵漏電阻為470kΩ，負擔很輕，故簾柵降壓電阻為470kΩ，電壓增益為120。由於簾柵內阻很低，只有10kΩ左右，因此旁路電容較大，為1uF，否則低頻響應不足。因為燈絲為交流供電，所以陰極電阻一定要用電容旁路，否則易感交流聲 該220uF/16V電容換上150uF/10V鉭電容競收到意想不到的良好效果，眾發燒友一致評判低音表現彈力充沛、生氣勃勃。強放級6P3P簾柵經100Ω電阻接通板極，將束射四極管變為三極管，陰極電阻要有3W的功率，實際功耗為1.9W。220uF旁路電容耐壓要有63V，同時加並CBB 1uF/63V電容，以提高反應速度。0.1uF/600V耦合電容用CBB類無漏電的，若用油浸紙介電容則一定要確保不漏電。

  
6P3P板极损耗接近满功率，一定要选用无残留气体电离现象的J级品。要测有无离子逆栅流，可在充分预热后用普通20kΩ/V灵敏度电表50V檔(内阻1 MΩ)测470kΩ栅漏电阻两端，电压为零即可。也可以改用FU-7或6L6GC以适应高压。

本機總電壓增益A=A1•A2/N=120×6.4/25≈30.7，
滿功率靈敏度Ui=(Po•Rr)1/2/A=(6×8)1/2/30.7≈0.22V (RMS)，阻尼係數DF=2.9。
電源電路使用5Z4P或5AR4電子管整流，濾波電容如用電解電容，第一級不應大於15uF，否則浪涌電流對整流管不利，並且每一級都必須由兩隻串聯加均壓電阻。有條件時，濾波電容還是採用CBB電容或油浸紙介電容為好，比電解電容性能好，可靠性高，音質好。濾波電感L1=10H，電流I=150mA。第二級不用電阻，而採用大電感量電感。其好處是顯而易見的：

①        降小，對前級供電電壓大幅升高，使前級近乎工作於標準狀況，失真度 增益、輸出能力等都有提高；
②        濾波效果好於電阻濾波一個數量級，電感量L2＝330H，對100Hz電源紋波電流有200kΩ的感抗，給敏感的前級提供了乾淨的電源。電流只有10mA，可以採用很細的導線(φ0.07mm)在16×25的小鐵心上繞14000匝完成，所以體積並不大。由於本機都使用旁熱式電子管，故燈絲用交流供電也無妨，但燈絲線圈要用100Ω電位器平衡后入地。電源變壓器繞組不多，比較簡潔，電壓電流數據均已標在圖3中。電源變壓器採用100VA的，本機實際功耗約為70W。

輸出變壓器的質量是電子管功放性能指標的保障，建議向專業廠定製或購買成品。輸出阻抗為5000Ω:4Ω、8Ω，一次側電感L≥50H，直流電阻r≤300Ω，效率η≥88％。因此，變壓器功率應在15W以上，有條件的請採用25W規格的。這樣可以確保本機有效輸出功率Po≥5.3W×2，頻響為20Hz～20kHz－1.5dB。

本機電路簡潔、成本不高，但能欣賞到無反饋純三極管甲類單端機豐富偶次諧波的優美音質。

yiqifei1988

不错,顶一个.~~~~

二玄古月

看了好几遍，似乎看懂了一点儿。总算明白了什么叫做三极管接法。这理论不仅深奥，而且奇妙。光是6J8P和6P3P管子的计算公式就这么多，记是记不住了，收藏下来，留作将来磨机时照本宣科的用吧。