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6P3P三極體接法甲類單端功放

admin @ 2014-03-26 , reply:0

概述

   許多發燒友很喜歡純三極體甲類單端無反饋放大器的音質。300B、2A3、845、211等三極體價格相對較高,6GA4、6RA8、6CA10等專為音頻功放設計的歐美功率……
    許多發燒友很喜歡純三極體甲類單端無反饋放大器的音質。300B、2A3、845、211等三極體價格相對較高,6GA4、6RA8、6CA10等專為音頻功放設計的歐美功率三極體國內又無仿製品。如將五極管改接為三極體,造價相對低廉,拓寬了器件來源,不失為一個好辦法。幾十年前的威廉遜功放就是這麼做的。但是,其理論支持何在,細心的發燒友已不滿足於照圖施工,追根究底一定要弄清楚是為什麼。
    五極管和三極體的構造原理如圖1所示。功率三極體板極離陰極較近,板陰之間的電場強度較大,電子在較大的電場力推動下(F=q·U/S)以較大的加速度飛向板極。在柵極離陰極距離和柵網密度等條件不變的情況下,板極離陰極越近,板內阻越小。如6AS7G (即6N5P)。但其功耗過於集中,板極損耗不易做大。而五極管或束射四極管的簾柵極離陰極很近,板極距陰極稍遠,板極大小就不太受限制了,因此板極損耗容易做得大一些。
 
圖1 五極管和三極體的構造(頂視圖)
    接成三極體后,在陰極與簾柵極間大的電場強度下,電子在電場力的推動下作加速運動,而經過簾柵極的電子已具有很高的速度。又因為在三極體接法中簾柵極已接通板極,兩極屬於同電位,在簾柵極與板極問的電場強度為零,電子便勻速飛向板極。這時的板極特性等效於從較遠處移動到了離陰極較近的簾柵極位置,具有了簾柵極與陰極間近距離板極的等效特性,即低內阻、低放大係數特性。這時,電子管的放大係數μ就是柵極對簾柵極的放大係數。一般功率五極管中,柵極對簾柵極的放大係數μ都在10以下,因為內阻Ri=μ/s,所以五極管改變為三極體后內阻非常小,而功率損耗卻可以做得很大。新型大功率音頻專用功放管6CA10便是這種構造,其簾柵極在管內就已接通了板極,對外呈現低內阻純三極體特徵,板極功率損耗相當大。
    五極管改接為三極體后,電路的計算與原五極管有很大的不同,這是因為板極特性曲線與原五極管的板極特性曲線完全不同。圖2為6P3P改三極體后的板極特性曲線,曲線中完全沒有了五極管板極特性中的飽和點。因此,輸出阻抗不像五極管那樣固定,有了一定的寬容度。對甲類單端機而言,影響工況的因素有最大板耗Pam 最高板壓Uam 最大板流Iam,以及該板流下的管壓降Us、靜態板流Ia、電路的效率η等。其中靜態板流Ia應為最大板流Iam的1/2。在Ua為一定值時,管壓降Us約為板壓Ua的60%,將達到最大輸出功率,但此時板耗很大,效率不高,電路阻尼特性也略差。而管壓降Us在總電壓Ua中所佔比例越小,效率便越高,電路阻尼特性也越好,但輸出功率下降太多。這是一對矛盾,因此要進行權衡,Us應選在輸出功率相對較大、效率相對較高之處。同時,輸出阻抗盡量採用整數,以便與成品變壓器相匹配。從以上多方面考慮,提高電源電壓是比較有利的。而管壓降Us與靜態板壓Ua的之比Us/Ua通常在50%到25%之間。具體計算方法可由以下實例說明。
    束射四極管6P3P為6L6GC的全等效管,其板極功耗為20.5W,接成三極體后內阻僅為1.7kΩ。作甲類單端功放很有利。該管價格低廉,來源充足,目前還有生產。純三極體甲類單端功放要做到較高效率十分不易。使用較高的板壓可使零柵偏壓時管壓降Us在總電壓Ua中的比例下降,管效率便可提高,但不應超過極限板壓,即在允許範圍內,板壓Ua盡量用得高一些。附表為6P3P三極體接法在250V板壓時的工況。管效率不高,目的是推動乙類功放,輸出功率只有1.4W,顯然太小,遠不如300B和2A3,但將板壓提高到400V后,情況則大不相同了。
 
附表 6P3P三極體接法在250V板壓時的工況
    下面進行功率級的計算:(6P3P三極體接法a+g2),條件為Ua=400V、Pam=20.5W。
 
(1)根據圖2板極特性曲線,取管壓降Us=160V,Us/Ua=160/400=40%,此時零柵壓板流Iam=100mA,板流Ia=Iam/2=50mA,此時柵負壓Ug=-37.5V。
(2)輸出阻抗Ro=(Ua-Us)/Ia=( 400-160)/0.05=4800Ω。
(3)輸出功率Po=(Ua-Us)·Ia/2=(400-160)×0.05/2=6W(RMS)。
(4)靜態板極損耗Pa=Ua·Ia=400×0.05=20W 。
(5)效率η=Po/Pa,由於最大正弦波輸出時屏流約增加5%,因此η=Po/(Pa×1.05)=6/(20×1.05)≈28.6%。
(6)阻尼係數DF=Ro/Ri=4800/1700≈2.82。
(7)電壓增益A=(Ua-Us)/Ug=(400-160)/37.5=6.4。
    從上述計算可以看出,6P3P採用三極體接法,板壓用到400V時性能足可與2A3相媲美。
    因為是無反饋機,所以前級電壓增益要控制好,增益不足則靈敏度不夠,增益太高則信噪比變差。可用12AU7雙三極體兩級放大,作前級和推動級,電壓增益約為150。也可用一級五極管電壓放大,電壓增益剛好。因此選音頻專用五極管6J8P作前級,它全等效於美6SJ7GT和俄6ж8C,也是低價位管。五極管電壓放大的高增益是與高負載阻抗相匹配的,所以它不適宜推動低阻抗柵漏電阻的固定偏壓功放電路。否則要增加一級陰極輸出電路來變換阻抗,電源電路也變得比較複雜,這裡不再贅述。
   本機總電路如圖3所示。前級由音頻專用五極管6J8P擔任,板極負載為100kΩ電阻,供電電壓很足,為420V,並經大電感雙Π型濾波電路充分濾波。下級柵漏電阻為470kΩ,負擔很輕,故簾柵降壓電阻為470kΩ,電壓增益為120。由於簾柵內阻很低,只有10kΩ左右,因此旁路電容較大,為1uF,否則低頻響應不足。因為燈絲為交流供電,所以陰極電阻一定要用電容旁路,否則易感交流聲 該220uF/16V電容換上150uF/10V鉭電容競收到意想不到的良好效果,眾發燒友一致評判低音表現彈力充沛、生氣勃勃。強放級6P3P簾柵經100Ω電阻接通板極,將束射四極管變為三極體,陰極電阻要有3W的功率,實際功耗為1.9W。220uF旁路電容耐壓要有63V,同時加並CBB 1uF/63V電容,以提高反應速度。0.1uF/600V耦合電容用CBB類無漏電的,若用油浸紙介電容則一定要確保不漏電。
 
    6P3P板極損耗接近滿功率,一定要選用無殘留氣體電離現象的J級品。要測有無離子逆柵流,可在充分預熱後用普通20kΩ/V靈敏度電錶50V檔(內阻1 MΩ)測470kΩ柵漏電阻兩端,電壓為零即可。
    本機總電壓增益A=A1·A2/N=120×6.4/25≈30.7,滿功率靈敏度Ui=(Po·Rr)1/2/A=(6×8)1/2/30.7≈0.22V (RMS),阻尼係數DF=2.9。
    電源電路使用5Z4P或5AR4電子管整流,濾波電容如用電解電容,第一級不應大於15uF,否則浪涌電流對整流管不利,並且每一級都必須由兩隻串聯加均壓電阻。有條件時,濾波電容還是採用CBB電容或油浸紙介電容為好,比電解電容性能好,可靠性高,音質好。濾波電感L1=10H,電流I=150mA。第二級不用電阻,而採用大電感量電感。其好處是顯而易見的:
①壓降小,對前級供電電壓大幅升高,使前級近乎工作於標準狀況,失真度 增益、輸出能力等都有提高;
②濾波效果好於電阻濾波一個數量級,電感量L2=330H,對100Hz電源紋波電流有200kΩ的感抗,給敏感的前級提供了乾淨的電源。電流只有10mA,可以採用很細的導線(φ0.07mm)在16×25的小鐵心上繞14000匝完成,所以體積並不大。由於本機都使用旁熱式電子管,故燈絲用交流供電也無妨,但燈絲線圈要用100Ω電位器平衡后入地。電源變壓器繞組不多,比較簡潔,電壓電流數據均已標在圖3中。電源變壓器採用100VA的,本機實際功耗約為70W。
    輸出變壓器的質量是電子管功放性能指標的保障,建議向專業廠定製或購買成品。輸出阻抗為5000Ω:4Ω、8Ω,一次側電感L≥50H,直流電阻r≤300Ω,效率η≥88%。因此,變壓器功率應在15W以上,有條件的請採用25W規格的。這樣可以確保本機有效輸出功率Po≥5.3W×2,頻響為20Hz~20kHz-1.5dB。
    本機電路簡潔、成本不高,但能欣賞到無反饋純三極體甲類單端機豐富偶次諧波的優美音質。

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