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发表于 2025-2-17 10:45:39
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使用西电(Western Electric)**101D电子管**设计单端(Single-Ended)甲类(Class A)放大器时,**输出变压器(输出牛)的阻抗选择**需综合考虑其工作点、内阻、目标功率和失真特性。以下是具体分析:
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### **1. 101D电子管的关键参数**
- **内阻(\( r_p \)**:约 **10kΩ**(典型值,具体随工作点略有波动)。
- **典型工作点**(参考历史数据):
- **屏极电压(\( V_p \)**:200-250V(常用220V)。
- **屏极电流(\( I_p \)**:5-10mA(常用8mA)。
- **栅极偏压(\( V_g \)**:约-20V至-30V(自偏压或固定偏压)。
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### **2. 输出牛阻抗的理论计算**
三极管单端输出的**最佳负载阻抗(\( Z_L \)**通常满足:
\[
Z_L \approx 2 \times r_p \quad \text{(兼顾功率与低失真)}
\]
对于101D(\( r_p \approx 10kΩ \)):
\[
Z_L \approx 20kΩ \quad \text{(理论参考值)}
\]
#### **实际应用调整**
- **高保真取向**:选择 **15kΩ–20kΩ**(降低失真,牺牲部分功率)。
- **功率取向**:选择 **10kΩ–15kΩ**(提升输出功率,但失真略增)。
- **经典电路参考**:部分古董放大器采用 **20kΩ–25kΩ**(匹配高屏压、低屏流工况)。
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### **3. 工作点与负载阻抗的匹配**
#### **示例工作点(220V屏压、8mA屏流)**
- **负载线分析**:
在\( V_p = 220V \)、\( I_p = 8mA \时,根据电子管特性曲线,最佳负载线斜率对应的阻抗约为 **18kΩ–22kΩ**。
- **功率与失真平衡**:
- **20kΩ负载**:输出功率约 **0.8W–1.2W**,总谐波失真(THD)<5%。
- **15kΩ负载**:功率提升至 **1.5W–2W**,但THD可能增至5%–8%。
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### **4. 输出变压器设计要点**
1. **初级电感量**:
低频响应(-3dB点)需满足:
\[
L_{\text{pri}} \geq \frac{Z_L}{2\pi f_{\text{min}}}
\]
例如,20kΩ负载、低频延伸至20Hz时:
\[
L_{\text{pri}} \geq \frac{20,000}{6.28 \times 20} \approx 159H \quad \text{(需使用高质量铁芯)}。
\]
2. **漏感与分布电容**:
控制漏感(<5%初级电感)和分布电容(<100pF),以保障高频延伸(>20kHz)。
3. **次级阻抗匹配**:
若驱动8Ω扬声器,变比计算为:
\[
N = \sqrt{\frac{Z_L}{Z_{\text{spk}}}} = \sqrt{\frac{20,000}{8}} \approx 50:1。
\]
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### **5. 经典电路参考**
- **西电原厂应用**:早期通信设备中,101D搭配 **20kΩ–25kΩ** 输出牛,屏压250V、屏流6mA,输出功率约1W。
- **现代复刻方案**:
- **保守设计**:18kΩ(如Lundahl LL1663/20mA)。
- **高性能设计**:定制20kΩ镍基合金牛(如Tango NC-20)。
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### **6. 注意事项**
- **实际测量优先**:建议通过特性曲线绘制负载线,或使用示波器+信号发生器实测最佳阻抗。
- **电源供应稳定性**:101D对屏压波动敏感,需搭配稳压或低纹波电源。
- **散热与寿命**:直热管阴极易老化,避免长时间超屏耗(\( P_{\text{max}} \leq 5W \))。
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### **总结建议**
- **首选阻抗**: **18kΩ–20kΩ**(平衡功率与音质)。
- **备选方案**:15kΩ(功率优先)或25kΩ(极致线性)。
- **变压器品牌**:参考Tango、Lundahl、Electra-Print等厂商的定制型号。
如需进一步优化,可结合SPICE仿真(如LTspice)或实测负载特性调整参数。 |
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