805甲類單端輸出45W×2合併式膽機

    805是優秀的乙類功率三極體，主要用途是乙類推挽音頻功放，一對輸出管可輸出300～370W 音頻功率；另一個用途是射頻丙類功率放大。所以其板極由管頂引出，若是只為音頻設計，板極就不必從管頂引出了，可以和其他電極一併由管腳引出，如美國型號838。由於805產量較大，廣泛使用於大功率擴音機，故社會保有量較多，國產管型號為FU-5。許多發燒友嘗試用它做甲類單端功放，製作圖紙也比較多，但結果大多不太令人滿意，低音鬆散、高音不耐聽，音質明顯比功率相當的845管甲類單端機差。不過，發燒友們知難而進、屢敗屢戰，精神可嘉。

一、不足之處
    乙類功率管和甲類功率管是有很大區別的，甲類功率三極體一般柵負壓較深，最大板流時柵壓為零，在整個放大區內不產生柵流，理論上輸入阻抗為無窮大。板極內阻較小，電路對揚聲器有較大的阻尼係數。柵極對板極電壓放大係數很小，是所謂低μ管。如2A3、300B、211、845等。而乙類功率三極體，柵負偏壓較淺，甚至為正柵偏壓，在整個放大區內，柵壓在正柵壓與負柵壓之間交替變化，並且在正柵壓範圍中有相當幅度的擺動，產生柵流。該柵流隨板壓變化而變化，與柵壓不成正比，呈非線性狀態。板極內阻普遍較大，功放對揚聲器的阻尼係數很小，一般為零點幾。柵極對板極有很大的電壓放大係數，μ常有60～200，是所謂高μ管。如805、806、809、810、8l1A、812A、833、838、572B等。其中838的各項參數與805相同，唯一不同的是板極由管腳引出，沒有屏帽，都是乙類推挽功放用管。據說曙光廠也生產無屏帽的805，型號為FU-5A，即為838的全等管。805管約有11kΩ板內阻，μ值約為60。805管腳接線如圖1(a)所示，板極特性曲線如圖1(b)所示。板極最高工作電壓1500V，最大板極損耗125W。
 
 
    在乙類推挽功放電路中有乙1(即B1)類和乙2(B2)類之別，乙1類最高柵壓為零伏，乙2類是在動態過程中有正柵壓，有柵流驅動的，而805正是乙2類用管。如果用於甲類單端電路，其推動電路必須提供一定的柵流，該柵流與柵壓是非線性的關係。為使推動信號不失真，就必須具有很低的內阻。805柵極工作於正柵壓，大動態時，正半周有柵流而負半周沒有。在這種條件下，要做到不失真推動才可以(推動信號電壓不失真)。805管放大係數較大，故推動電壓要求不高。805管板內阻較大，約為11kΩ，故其對揚聲器阻尼係數較差，對10kΩ負載阻抗而言，阻尼係數約為0.9。這就是其低音鬆散、高音失真的原因。對干高保真功放顯然是不行的。這就一定要用負反饋來降低其輸出內阻。綜上所述，用805作甲類單端功放是比較困難的，這些問題對211、845一類甲類專用管來說都不存在。因此，甲類單端機還是用甲類專用管比較容易。

二、克服措施
    805管作甲類單端功放雖有上述不利條件，但如果採取措施逐一加以克服，還是可以製作出性能優良的甲類單端功放，有些方面還可以超出845一類甲類專用管的性能，這就是本文的目的。相信讀者會對805管刮目相看的。其要點之一低內阻推動，要點之二加適當負反饋。
    有的電路使用低內阻三極體300B由推動變壓器2:1降壓推動，使推動內阻降低至200Ω，效果就不錯，但推動變壓器是一個制約，製作成本高，頻響較差。該推動電路的805板流調整電路也較難處理。另一個方案是推動級使用陰極輸出器，大幅降低推動內阻。陰極輸出器失真小，內阻很低，Ri=1/S，以6L6GC接成三極體為例，Ri≈1/6(mA/V)=167Ω。輸出峰值電流可達100mA以上，而805在動態Us=150V板壓下，板流190mA時，柵壓UG=+57V，柵流IG=50mA，如圖1(b)所示，所以推動沒有問題。陰極輸出器電壓放大係數A≈1，增益為0dB。
    845管內阻為Ri=1.7kΩ，若使用7kΩ負載，負載與內阻之比為4，即其對揚聲器的阻尼係數為4。805要達到並超過其阻尼效果，負反饋量要有12～18dB，即4～8倍，此時加上805自身內阻的阻尼係數約0.9，即為(F-1)+0.9，在負反饋12dB時阻尼係數為(4-1)+0.9=3.9。18dB負反饋時，阻尼係數為(8-1)+0.9=7.9，都已達到或超過845管。這樣805管甲類單端功放音質不如甲類專用管的問題便迎刃而解。同時要求前級電路要有較大的電壓放大量，必須拿出4～8倍即12～18dB放大量用干負反饋。同時獲得兩個好處：
①降低了輸出內阻，使功放對揚聲器阻尼係數大幅提高；
②克服甲類單端輸出電路失真係數較大的缺點，使失真也大幅減小。

三、電路簡介
    基於上述特點與要求，本機總電路如圖2所示，輸入級高μ管1/2 6SL7GT為典型陰地阻容耦合放大電路，陰極接有負反饋取樣電阻RI=100Ω。陰極電阻2.2kΩ上接有旁路電容，有些電路省去旁路電容的做法不可取，一是陰極電阻產生的電流負反饋屬有害反饋，它將降低電路電壓增益，同時增大了輸出內阻。二是陰極與燈絲間漏電和分佈電容都會帶來雜訊，可由旁路電容濾除。板極電路接有像威廉遜電路同樣的超聲波抑制電路100Op電容串10kΩ電阻，以防負反饋量大時由相移引發的超聲波自激振蕩。本級電壓增益為40倍(32dB)，燈絲直流供電，星形接地。第二級電壓推動級，採用中 管1/2 6SN7GT，輸出大、失真小，有16倍(24dB)電壓增益，300V供電時輸出可達83V峰值，去推動805足夠了。陰極電阻也接有旁路電容。第三級為陰極輸出器，用6L6GC(6P3P)接成三極體，陰極輸出直聯805柵極，輸出內阻約170Ω，驅動電流可超過100mA，而805柵流最大隻需50 mA ，其驅動也是輕鬆的。6L6GC陰極經22kΩ電阻接-210V電源端，提供10mA偏流。剛開機時，805柵極立即處干-210V以下電壓，板流完全截止，只有當6L6GC陰極加熱完畢，805柵壓才處干正常狀態，這個過程約為10s，自然起到了延時電路所需功能，電源電路不必再加延時電路，這是一個一舉兩得的巧妙電路。6L6GC柵極通過柵漏電阻接於柵壓調整電路，通過調6L6GC柵壓，控制陰極電壓也就是805柵壓，從而達到調整805板流的目的。這樣的電路在6L6GC損壞或拔除時，805都處干截止狀態，因此也是一個十分安全的電路。本級電壓增益為1，即0dB。805燈絲由直流供電，可獲得儘可能低的背景雜訊。100Ω平衡電位器中點經10Ω電阻通地，是為測量805板流而設，若裝置電流表，就由電流表取代該10Ω電阻。805柵極由6L6GC陰極輸出端鉗位，不會產生固定偏壓電路由柵漏電阻上離子逆柵流引起的功率管板流漂移現象。從低失真、大功率輸出及推動輕鬆等諸方面考慮，選較高板壓有利。負反饋由8Ω輸出端經反饋電阻Rf注入輸入級R1完成。
 
    電源電路如圖2所示。電源變壓器用600VA的，圖中所標繞組電流都是電阻性負載電流，若是整流后電容輸入式電路，實用電流要乘以0.55的係數，這樣的繞組在長時間工作時就不會有較大的溫升。變壓器繞制數據列於表1。
 

四、工況計算
1．805的工況計算
例1：Ua=1100V Pa=105W(極限值125W)
(1)板流Ia=Pa/Ua=105/1100=0.095A
(2)根據圖1(b)的板極特性曲線，靜態1100V板壓，板流95mA時，柵壓為UG=10V。動態峰值板流Iam=2Ia=190mA時，取管壓降Us=150V，此時柵壓為UGm =+57V，柵流IGm=50mA，故推動電壓峰值△UG=UGm-UG= 57-10=47V
(3)輸出阻抗Ro=(Ua-Us)/Ia=(1100-150)/0.095=10000Ω
(4)輸出功率Po=(Ua-Us)×Ia/2=(1100-150)×0.095/2=45.125W
(5)電壓增益A= △Ua/△UG=(1100-150)/47=20.2倍
例2：Ua=800V Pa=105W
(1)板流Ia=Pa/Ua=105/800=0.131A
(2)根據板極特性曲線如圖1(b)所示，靜態板壓800V板流130mA時柵壓UG=+26V。動態最大板流Iam=2Ia=260mA時，取管壓降Us=150V，此時柵壓UGm=+70V，柵流IGm=75mA。故推動電壓峰值△UG=UGm-UG=70-26=44V
(3)輸出阻抗Ro=(Ua-Us)/Ia=(800-150)/0.13=5000Ω
(4)輸出功率Po=(Ua-Us)×Ia/2=(800-150)×0.13/2=42.25W
(5)電壓增益A=△Ua/△UG=(800-150)/44=14.8倍
    上述兩例分別為10kΩ輸出變壓器和5kΩ輸出變壓器的應用典型，各有千秋。從推動輕鬆、輸出功率大、+10V柵偏壓容易獲得和充分利用805管的高耐壓考慮，本機選用了前者。從前述兩例計算可以看出乙類功率管作甲類單端輸出使用時，效率高於甲類專用三極功率管，推動靈敏度也高，僅47V峰值。
2．電路計算
    下面再對電路的開環電壓總增益，閉環電壓總增益、靈敏度、負反饋電路及阻尼係數等進行計算。輸入級1/2 6SL7GT電壓放大量40倍(32dB)，推動級1/2 6SN7GT 電壓放大量16倍(24dB)，805在該工況下電壓放大量20.2倍(26dB)，輸出變壓器電壓比n=34(-30.5dB)。開環電壓總增益A=32dB+24dB+26dB-30.5dB=51.5dB(約380倍)。
    取負反饋F=-17dB=7倍，故整機閉環電壓總增益As=A/F=380/7=54.3倍，滿功率45W時，輸出電壓U =(Po·RL) =(45×8)^1/2 =18.97V，故靈敏度Ui=Uo/As=18.97/54.3=0.35V(RMS)。負反饋電阻Rf=(A·R1)/(F-1)-R1=380×100/(7-11)-100=6233Ω，取Rf=6.214Ω。
    負反饋形成的阻尼係數為F-1，805接10kΩ負載時的自身內阻形成的阻尼係數是0.9，故總阻尼係數=F-1+0.9=7-1+0.9=6.9，已超出845管功放阻尼係數72.5％。加之負反饋對甲類單端功放失真係數的大幅改善，本機的總體效果與無負反饋805甲類單端機相比，真有脫胎換骨之感。
    本電路在電路參數不變的條件下可把V1由6SL7GT直接更換為6SN7GT，這時負反饋量變為3.4，即-11dB，阻尼係數變為3.3，同時靈敏度為0.424V，這裡計算從略。前級用電壓放大係數不同的電子管換用，對電路參數影響不大，影響的主要是反饋量與電路對揚聲器的阻尼係數，這正是負反饋放大電路的特點。此舉可非常方便地欣賞不同負反饋量時功放的音質。

五、製作詳解
    2kV/1A橋堆也可選用彩電用行阻尼管2kV/2A 4隻搭接成高壓橋堆，可靠性一定要高。高壓濾波電容用油浸紙介電容為好，耐壓高、壽命長，頻率特性優良。
    濾波電感可採用擴音機電源扼流圈，成品如飛躍150型的，規格為10H/0.43A，安裝於底板上面。若自製，製作數據列於表2，注意其底筒與外殼必須具有高耐壓絕緣，要能長期承受1500V電壓才行。
 
    低壓300V電路橋堆1kV/1A可由4隻1N4007搭接，濾波電感L2、L3體積均較大，可安裝於底板下，低壓濾波第一級扼流圈L2因為要提供V1、V2、V3的板流，同時還要提供FU-5大動態時的柵流，故電流容量稍大，為100mA。第二級扼流圈L3則只需提供V1管6SL7GT板流，兩聲道僅2mA，使用330H/10mA的規格。L2、L3繞制數據見表2。3隻100 F/400V濾波電容沒有特殊要求，但要長壽請使用較好品牌，如松下、日本化工等。
    負壓整流與低壓300V電路使用同一隻橋堆，3.9kΩ/5W電阻作用為濾波、降壓，與電容接成π形濾波，因為不使用扼流圈故電容量要大些。
    濾波后負載有4路，兩路210V接6L6GC陰極電阻5W22 kΩ，另兩路降壓至-50V供兩隻20 kΩ電位器去控制左右聲道6L6GC柵壓，達到調整FU-5柵壓的目的。兩電位器手柄穿底板而上，在外面，方便更換FU-5或6L6GC時，調整FU-5板流之用。前級300V低壓供電濾波電路及負壓供電濾波電路集中在一塊小印製電路板上，可使電路體積小、整潔。同時6隻電容集中布置有利於星形接地，背景雜訊最小。印製板如圖3所示，其上E點為星形接地中心，因為要穿入多條接地導線，鑽孔為Φ5.5mm。電路板通過支架立式安裝於底板下在電源變壓器與放大電路之間。
 
    FU-5燈絲整流器可用一般10A橋堆，濾波電容C≥10/(ω·R)，R=10/3.35=2.985 Ω ，故C=10/(314×2.985)=0.010669F=10669 uF，用15000 uF電容完成。100 Ω平衡電位器中點通地電阻10 Ω要用1％誤差的五環電阻，有條件時還應裝置電流表為好，因為無論更換FU-5或更換6L6GC都會影響FU-5板流變動，有電流表時可方便調整板流。在信噪比非常高時前級燈絲直流供電的重要性便凸顯出來，不過直流供電僅供V1、V2兩級電壓放大管燈絲，而陰極輸出器6L6GC則為交流電供燈絲，與信噪比無關。這樣可以減小整流濾波負擔，再則若更換6L6GC為EL34作陰極輸出推動管時，不會因為燈絲電流加大而影響整流輸出電壓。用高跨導管EL34作陰極輸出推動管時內阻約為100 Ω。
    現在發燒友們偏愛使用膽整流，在本電路中主整流器若使用電子管，可使用4隻5Z4P或4隻5AR4取代高壓橋堆，這時因為電子管內阻稍大，要保證輸出電壓+1170V，電源變壓器繞組電壓要由450V×2增高為500V×2。同時要有兩組5V/2A燈絲繞組和1組5V/4A燈絲繞組。這幾個線圈間絕緣必須足夠好，要能長期耐受1500V以上高壓，最好用電纜紙加聚酯薄膜加電纜紙三層結構，並且一層內只能繞兩組。高壓用電子管整流的電源部分電路如圖4所示，輸入級高壓電容要更換15uF/AC660V為4 uF/AC660V以減小浪涌電流，保護整流管。汞氣整流管雖有耐壓高、壓降小的優點，但因其要有3分鐘預熱時間，並且在高壓接通瞬間將產生“通”的一聲，壽命也較高真空管短，故不選用。用膽整流的電源變壓器功率稍大，為700VA，繞組也較多，製作數據見表3。
 
 
    前級電路輸入級6SL7GT、推動級6SN7GT和陰極輸出推動級6L6GC三管電路使用元件較多，採用搭棚方式，由3隻接線架完成，力求元件單層布置，疏密得當，實體圖如圖5。所用阻容元件都是通過計算或查應用圖表獲取，並已裝機檢測證實。音量電位器使用ALPS100KA×2，電阻未標註功率的均為1/2W ，100pF帶通濾波電容宜用雲母介質的。4隻耦合電容均使用斯碧維他命0.1 600V油浸紙介電容。6L6GC陰極電阻22kΩ/5W 實際功耗2.2W請使用耐熱的金屬膜電阻，可靠性要高，一旦斷線將使FU-5板流大增而發紅，危及功放管安全。它接於-210V電源端給陰極輸出器提供一個10mA的靜態電流，可使推動內阻低且失真小。FU-5的燈絲平衡電位器用100 Ω線繞的大於2W即可，電位器手柄穿底板上只能使用內磁式，否則將產生較大誤差。該電流表中通過的電流為板流加柵流，所以大動態時，電流表指針向上擺動屬正常情況。這一點與甲類輸出管不同，而中等音量以下柵流近似於零，電錶指示則為板流。電流表滿度電流可選用125～150mA規格。
 
    本機輸出變壓器是關鍵部件，一次側與二次側線圈相位相反，這是應電路負反饋要求。當然，若發生音頻振蕩時，可把一次側B+與P接頭對調即可。一次側電感應大於110H (測試條件為220V/50Hz)。注意普通電感表所測電感為初始電感，其數值一般小於實際電感。本機所用輸出變壓器及電源變壓器均由凱立廠定製。發燒友若想自製，表4給出了製作數據。一次側分3段繞制，層間絕為0.08mm電纜紙，組間絕緣為電纜紙加聚酯薄膜加電纜紙三層結構。二次側分兩段夾在一次側中。
 
    電源變壓器線圈與輸出變壓器線圈必須垂直安裝，同時加1.5mm厚鐵質屏蔽外殼，盡量減小磁場耦合。單端輸出變壓器因為有氣隙屬於開磁路變壓器，它比推挽輸出變壓器的閉磁路鐵心更容易感應外部磁場干擾。當然電路中加入負反饋大幅降低輸出內阻后，阻礙了鐵心磁感應，輸出變壓器抵禦外部磁場干擾能力也將大幅增強。製作中有一個有趣的現象，在本機拔除高壓整流管后通電，電路不工作，揚聲器低音喇叭中有弱交流聲，而把高壓整流管插入后，電路正常工作，交流聲便消失殆盡。又將電源變壓器鐵心外包厚0.5mm寬度大於鐵心疊厚的鐵皮3層，再將外殼罩好，就可使磁干擾進一步降低至耳貼低音喇叭也聽不到哼聲。實踐證明此法是消除電源變壓器磁泄漏的最有效方法。
    試機時發現FU-5燈絲電壓為直流10.8V，超過了釷鎢陰極燈絲電壓±5％的誤差要求，這時解決的辦法是在整流橋堆與濾波電容間串入0.1Ω/5W 電阻一隻，如電源電路圖4所示。這樣做有3個好處，其一增加了輸入內阻約3倍，使峰值電流大幅下降，減輕整流器負擔。其二內阻增加后，濾波電容充放電角度增大，改善了濾波效果。其三調整該電阻阻值可精確確定輸出電壓，是使FU-5管長壽的保證。有一個非常簡易的辦法，即取 0.3mm 普通導線截取1.5m長即為0.1 Ω電阻，將其作為橋堆與濾波電容之間聯線即可，長出部分綁紮起來，這樣調整該導線長度，便可精確調整FU-5燈絲電壓為10V。該電阻不可串聯在直流輸出與燈絲之間，否則便沒有上述優點了。

六、調試聽音
    裝好后的膽機，性能的確一流，如圖6所示。用6P3P柵壓調整20kΩ電位器調805板流非常方便，而且很穩定，剛開機至數小時后板流並無變化。805燈絲平衡100Ω電位器調節也非常敏感(無其他干擾)，在中點附近有一點，低音揚聲器中聽不到一點哼聲。一切都如預計，毫無懸念，裝配過程出奇順利。說明本電路是一款優秀成熟的電路，看似有點複雜，其實並無難點。以信號發生器注入擴音機正弦波信號，同時輸出接純電阻負載，測定了輸出功率。確認輸出正弦波有效值功率在45W 以上，達到48W。估計原因是飽和壓降Us按150V計算略有保守，實際可達Us=120V。開機試音表現更不一般，以各種碟片聽人聲，如 羅海英第一集 ，嗓音柔和甜美，非常耐聽。再聽一些輕音樂及交響樂，如施特勞斯的《家族》，真是無愧於45W X 2之輸出功率，氣勢磅礴，場面宏大。尤其是聽 炎黃第一鼓》，低音鼓點凝聚結實，振人肺腑，再無鬆散之感，低音明顯比845管無負反饋甲類單端機下潛不少。高音如《101North)碟片中第4曲“鄉村之晚”在開始與結束時田野中“紡織娘”之絲絲叫聲表現得真如夏日夜晚步入田野一般。民樂如“鐵觀音”中流水聲、古箏曲、弦樂等，更是悅耳動聽，高音毫無失真的感覺了。高低音域明顯向兩端擴展。曾用EL34換6P3P作陰極輸出推動管，調好FU-5板流后試音，中小功率聽不出差別，只有在大功率輸出時，似乎更加有力。本機膽管皆為常用管，故選管範圍廣泛，成本不高。本機從前級管直到輸出級及整流管，全套均為曙光管。至此，筆者過去一直不贊成用乙類功率管作甲類單端功放輸出管之成見被徹底顛覆。對往日熟視無睹的805膽管的出色表現，真有相識恨晚之感。