膽機產生失真的原因及消除的方法

    膽機工作時常會產生諧波失真。通過頻譜分析發現，多數膽機的低次諧波較強，且以二次諧波為主，各次諧波降冪減弱。高次諧波很小，聽感豐滿而明亮，充滿生氣，透明感好，聲底純靜，這是有益的一面。但是，如果我們在製作膽機時，因調整不當或使用的元件質量不好時，也會產生其他一些與Hi-Fi理念格格不人的失真現象。那麼應如何“揚長避短，打造精品”呢?

一、非線性失真
    非線性失真主要是由於電子管工作在特性曲線的彎曲部分而引起的。這又有兩種情形．一是工作點選擇得不當(偏高或偏低)，二是信號電壓過大。
    如圖1所示：非線性失真(a)柵負壓過大，工作點(Q)過低，使電子管工作到動特性曲線的下端彎曲部分，結果陽極電流的負半周變得扁平，產生顯著的失真。圖1(b)柵負壓又太小，使電子管工作到動特性曲線上端彎曲部分，結果陽極電流的正半周變得扁平，產生失真。圖1(c)柵負壓雖然選得正確，但信號電壓過強，因此陽極電流正半周、負半周都變得扁平，也出現失真。圖1(d)柵負壓和信號振幅選擇適當，所以失真很小。
 
    由上可知：當放大器有了非線性失真時，如果輸入的是正弦波，那麼放大了的信號就成了非正弦波，而非正弦波又可以分解成直流、基波及高次諧波成分。所以非線性失真的特點是放大器的輸出端出現了新的頻率成分。
    實驗證明，只要低頻放大器非線性失真係數不超過一定範圍，人耳是不易覺察的，在一般情況下．放大器的非線性失真係數不應超過10%，最大不超過15%。
    根據以上分析，我們可以肯定非線性失真對音質是有害的，通過實踐證明：這種失真使放大器在放大語言時，音質變壞，出現嘶啞聲，語言模糊。為了減小非線性失真，就必須正確地選擇工怍點(Q)及信號電壓，使放大器工作在電子管動特性曲線的直線部分，也就是在甲類工怍狀態(這一點尤其對初學者來說非常重要)，而乙類和甲乙類都會產生較大的非線性失真，必須採用推挽電路加以減小，才能應用。

二、頻率失真
    放大器所要放大的信號在很多情況下並不是單純的正弦波，比如語言，就是由許多頻率不同的正弦波按一定比例關係疊加而成的，要使放大后的波形和輸入的波形一樣，就要求放大器對所有頻率成分都有相同的放大倍數，如果對不同頻率成分放大倍數不同，那麼各頻率分量之間原來的比例關係就發生變化，從而使輸出波形與輸入波形不一致。如圖2所示：頻率失真(a)表示柵極輸入信號包含基波和二次諧波，圖2(b)表示經過放大后的輸出信號，它也有基波和二次諧波．但因放大器對二次諧波的放大倍數超過了對基波的放大倍數，因而經放大后的合成波形變形了，產生了頻率失真。
 
    我們常用頻率特性曲線來表示放大器的頻率失真，所謂頻率特性曲線就是放大器的放大倍數K與頻率f的關係曲線。一個理想的沒有頻率失真的放大器，頻率特性曲線是一條平行橫軸的直線，如圖3中的虛線。而Hi-Fi放大器的實際頻率特性曲線，如圖3中的實線。這條曲線表明，在(fn-fm)音頻範圍以內，放大倍數是均勻的，放大器所產生的頻率失真很小。但是，變壓器耦合的電壓放大器頻率特性就不是一條平坦的直線，如圖4實線部分所示。隨著頻率的降低，變壓器初級線圈的感抗要下降。變壓器初級線圈兩端的電壓和次級線圈電壓隨著減小，放大器的放大倍數下降。隨著頻率的升高，在某一頻率，可使Co(等效電容，它不但包括下級電子管的輸入電容和接線的分佈電容，還包括次級線圈的分佈電容)與漏電感產生串聯諧振，因此輸出電壓增高，放大倍數升高，出現峰值。頻率再升高，由於Co所呈現的阻抗很小，放大量很快下降。
 
    由於放大器的實際負載並不是純電阻，而是含有電感成分的。所以實際負載阻抗ZL將隨信號頻率的增減而增減，因而使得陽極負載阻抗Za也隨著信號頻率的增減而作相應的增減。這樣會引起兩種不良現象：
(1)頻率失真增大；
(2)非線性失真增大(因陽極負載阻抗不等於電子管所需要的最佳負載阻抗了)。
    當放大器有了比較嚴重的頻率失真時，放大后的語言將會模糊不清，如果語言中低頻部分不能得到很好的放大，那麼聲音就變得尖銳刺耳，很不耐聽。為了克服上述缺點，通常用一個RC電路並聯在輸出變壓器初級端，如圖5所示，使放大器總的負載阻抗儘可能不隨頻率變化而變化。
 
RC的常用數值是：
C=0.001 uF～0.01uF
R=(1.5～2)Za最佳
    有時候在輸出變壓器初級端，只並上一個(0.001uF～0.005uF)電容器，同樣能起到補償負載阻抗在高頻時的升高作用。
    在阻容耦合放大電路中；一般採用高品質大容量(3.3uF～10uF)的銅膜或者銀膜極品電容(如丹麥的JENSEN電容)作為耦合電容，以增強對低頻信號的驅動能力，使其頻率特性曲線趨於一條直線，確保Hi-Fi放大。

三、相位失真
  由於放大器中有電抗元件存在，非正弦波信號中各頻率成分間的相位關係發生變化，從而使得輸出波形與輸入波形不一致，這就是相位失真，如圖6所示。
 
    圖6相位失真(a)是輸入信號波形，圖6(b)是輸出信號波形。輸入時，信號中的基波和二次諧波相位都從零開始，但輸出時相位關係發生了變化，二次諧波產生了相移，所以合成波形與原來的不一樣了，這就產生了相位失真。解決的辦法：與頻率失真的解決辦法基本一樣。
    以上分析了非線性失真、頻率失真和相位失真，它們的一個共同點，就是輸出波形產生失真，它們之間本質的區別是：
    (1)產生失真的原因不同。頻率失真和相位失真是由於電路中存在電抗元件(電感、電容)引起，而非線性失真則是由電路中非線性元件(電子管、鐵心變壓器等)引起的。
    (2)放大器輸出信號中頻率成分不同。頻率失真和相位失真只能改變信號中各頻率成分的幅度和相位關係，而輸出信號的頻率成分和輸入信號一樣，沒有改變。非線性失真則要在輸出信號中產生新的頻率成分。
    在認識了它們的區別以後，我們就可以根據各種失真的特點和產生的原因，去減小或消除失真。
    實際上，三種失真可能在同一放大器中出現，哪一種失真對放大器工作影響最大，必須作具體的分析，例如對語言信號進行放大，人耳對相位失真就沒有明顯的感覺，就是非線性失真和頻率失真，人耳的感覺也不同，人耳對非線性失真更為靈敏。因此在音頻放大器中，應特別注意減小非線性失真，其次再考慮減小頻率失真，而對相位失真一般都不必注意它。