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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