拜網路之賜,真空管的資料,如案上取柑。
例如 歐洲廠 JJ 公布的 2A3 直熱三極管
廠家會建議一個工作條件、靜態工作點 稱之謂 typical operation 或 characteristics。
上面表列的
Ua= 250V是屏極 anode 對 陰極 k 的電位差, 美國Tung-Sol 則寫成 Eb
Ug= -45V是柵極 grid 對 陰極 k 的電位差,Tung-Sol 則寫成 Ec1
Ia= 60 mA 是 經屏極到陰極 的電流,Tung-Sol 則寫成 Ia
Eb 也有寫成 Vp 的。反正莫衷一是,約定成俗,會看的就懂。
再下來的說明要參見下面的特性曲線,它是靜態的參數。
s = 5.25 mA
表示在 Ua= 250 V 靜態不變之下,Ug 每變化 1 V 時 Ia跟著變化 5.25 mA 這是微分觀念的數值。
Tung-Sol 則寫成 gm。 中文稱之為 互導 吧
m = 4.2
表示在 Ia= 60 mA 靜態不變之下,Ug 每變化 1 V 時 Ua 跟著變化 4.2, 也就是柵極 跟 屏極 兩者 放大的比例。
這也是微分觀念的數值。
Tung-Sol 則寫成 mu=u、稱之為 Amplification Factor 。
中文稱之為 放大係數 吧。
第三個參數 ri = 800 Ohms 歐母 等於 m 除以 s,就是所謂的管內阻
4.2 / 5.25 mA/V = 0.8 歐母 = 800
3極管真正發生放大作用,是要加上 適當負載,從負載取得動態的變化,推動喇叭。
按照裡論,當負載等於兩倍的ri 管內阻的時候,可以取的最大的功率。
而當負載 落在 1到 5倍的 ri 時,可以維持最大功率的 80%以上。
負載越高,失真度 則是 越低。
同時喇叭負載是電感,負載高,可以抑制線圈前運動會產生的反向電動勢,負載比內阻倍數大,會得到好的阻尼。所謂的damping factor。
以因此 廠家建議2A3負載2500/800=3.1倍
45則建議 負載4600/1700=2.7 倍
傳統上,單端放大的線路像是這位日本達人做的 共陰極 common cathode架構:
這裡 電抗值 2.5k的屏極負載輸出變壓器 是透過直流供應電源 B+(古早時候是電池Battery,因此有簡寫的B)接通共地 0 V, 因為電源 B+內阻低,可以看做接地.
陰極則是透過旁路電容 220 uF,一樣做交流接地 0 V, 因此叫做 共陰極。
柵極透過 柵漏電阻( grid circuit resistance ) 270k 接地 0 V, 以便自前面驅動管的屏輸出取得 交流訊號,擺幅由靜態 43 V, 做 正、負 43 V 擺動的 Ug=Ec1 驅動電壓。
這樣共地的接法架構,稱之為 共陰極 common cathode, 柵極輸入 grid input
Ug=Ec1擺幅由靜態 43 V, 做 正、負 43 V 引起多大的輸出,簡單的計算是畫一條 通過 靜態工作點(圖上 O 點 Ep0= 250v, Eg= 43.5v ),純電阻的負載線,他的電流、電壓的斜率 = 2500歐,可以預估輸出的功率、也可以看出電壓的放大配數。
Ug=Ec1擺幅侷限於 讓屏流最低不至於截止到 0 mA (圖中ipmin=12 mA, Epmax= 360 V ) 稱之為 Class-A = 甲類放大
Ug=Ec1 正向擺幅 不超過 0 V( 圖中A點 ipmax=115 mA, Epmin= 107 V), 則在 A之後,掛一個 1,合併稱之為 Class-A1 = 甲1 類放大
當架構是 共陰極 common cathode, 柵極輸入 grid input的時候,柵極需要向前面的驅動管抽取的功率,按照 歐母定律 P=V*V/R 是:
有效電壓 V = 43 v/1.41= 30 v-rms ( root-mean-square ), R= 270
P= 30*30/270k= 3.3 mW,
很微小的功率,一般訊號管就可以應付,不一定要採用功率管。
如果 2A3採用固定偏壓,柵漏電阻,依照廠家建議,要低於 50k,抽取的功率也不過是 18 mW.
回到頁首 JJ 寫的 Capacitance 也就是 T.S. 寫的 Direct Electrode Capacitance. 我把它們整理成
2A3 柵極對共地的電容是 Cap IN = Cg-ca = Cg1= 7.5 pF
柵極對屏極的電容是 Cg-p = Cg1-a = 16.5 pF,但是這個電容經過放大約 3倍,膨脹為 4 倍,即是所謂的Miller 米樂電容 = 4*16.5= 66 pF
柵極對地還有潛佈的電容,如管座、引線(越長越不利) 一併加起來才是真的 INPUT CAPACITANCE.
籠總 算它 100 pF 如何?
按照電容阻抗的公式 Zc= 1/(2*pie*F*C) = 1/(6.3*Hz*100 pF)
當電容阻抗 等於 驅動管輸出阻抗的時候,柵極只能取到 輸出電壓的一半,
當時的訊號頻率 稱之謂 高頻截止頻率 F-3dB、它影響瞬間反應。
帶入公式,計算得到:
對於 F-3dB= 1k Hz, Zc-1k=~ 1600k
對於 F-3dB=10k Hz, Zc-10k= 160k
對於 F-3dB=20k Hz, Zc-20k = 80k
對於 F-3dB=100k Hz, Zc-100k= 16k
對於 F-3dB=200k Hz, Zc-200k= 8k
因此 要求 驅動管輸出內阻低於 10k, 高頻截止頻率 F-3dB 高過 160 kHz 並不過份
以上解說的是 共陰極的架構。
既然放大是依靠 柵極跟陰極電位差的變化,那麼改用 共柵極應該也一樣可以達到放大的目的。
兩個架構,畫成下圖供比較:
用 共柵極輸入 common grid 我沒能找到實例。
那我想這樣做,是祈望性能、聽感上 有什麼不同的表現?
A1.
柵極接共地 0V,在陰極跟屏極之間,建立一個零電位的屏障遮蔽。
即是在陰極跟屏極之間串接了兩個電容,也消除了 Miller 米樂電容 延伸高頻。
一般直熱3極管 實測到的高頻並不好看,實際是 跟5極管 6L6 鋼琴曲聽起來,非常明顯。
A2.
柵極電流直通共地,沒有柵漏電阻負迴授的困擾。
因此可以驅動到柵極對陰極是正壓,允許柵極電流。
所謂的 Class-A2, 有別於 Class-A1,得到較大的訊號擺幅,較大的功率輸出。
A3.
會在陰極電阻 750R造成一個局部電流負迴授。
我會碰到的難題是:
B1:
驅動的功率是 30v*30v/750= 1.2 W, 不再是 mW
B2:
陰極電阻 750R 是驅動管負載,對真空管是相當低的負載。
如果以一般負載是驅動管輸出阻抗的3倍以上,才能保有低的失真度來算,驅動管輸出阻抗需要低於 750R/3= 250R.
不用級間變壓器的話,只好用隨偶輸出了。
我擬定的線路是,高 s=gm=互導的5極管6AC7 放大,高 s=gm=互導的3極管 7119 隨偶輸出:
最擔心的是 7119單屏否推出 1W以上。
Colin 5687 單屏、單端高壓勉強做到 1 W,7119會好一點,但不保證。
最保險的作法是7119 雙屏並連。
但是 燈絲耗電 2*0.65A + 2* 0.45 A= 2.2A 超過 額定 2A.
7119 換 6DJ8 燈絲耗電 2*0.3A + 2* 0.45 A= 1.5 A 可以。
但多出一根管子,往那裡擺?
擺後面 靠近 電源變壓器,又怕感應哼聲。
說不定要改用 1*12AX7 + 2*7119 + 2*2A3 + 1*GZ34
此路不通的話,就乖乖的依古方炮製:
common grid 以及 cathode follower的計算是 上世紀的大教授 推論過:
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