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電子管高μ三極和五極管RC耦合放大器
來源: 日期:2013-12-14 9:26:29 人氣:標簽:
高μ三級管的μ在30以上,后期開發的型號常達70~100,此舉完全為適應上世紀高增益放大器的要求,當時的信號源,電聲轉換器件輸出電平很低,例如mic的輸出 低可低至uv級。高級唱片拾音器也多在1mv以下,即使要驅動3w的2a3a類放大器,前級電壓增益也常在50000倍以上,高u管、五極管的高增益當時幾乎是不可或缺的設計。
無論高μ、低μ三極管,其結構原則相同,由于u的提高,根據u=rixs,則內阻和跨導兩者必有其一為高值方可,鑒于s的提高涉及技術水平、陰極發射能力的限制,故小功率電壓放大管均采取高內阻的方案(后期開發的高跨導三極管均用于uhf、tv,電子計算機除外)。所以說高μ三極管,同時必有高內阻。根據前文關于低μ、中μ三極管特性的分析,可以確認高內阻必有負面效應。同時,在目前高μ也并非完全必要,名膽機中采用高μ管無非是為了彌補其深度負反饋引起的增益損失,或者驅動低阻抗輸出的陰極輸出器。除上述情況以外,以目前音響輸入電平而言,采用高μ管是須謹慎的,為了說明高u管的特殊性,此處仍按負線特性分析其工作情況。
下圖a為常用高μ雙三極管6n9p、6sl7的特性曲線族。由圖中可直觀看出,在6sl7 高板極供電300v時,允許柵負壓變動在ug=-5v以內,如涉及截止區失真,則ug應在-4v范圍內。為此,圖中以ea=300v,各作出ra=50kω的負載線ab,和ra=150kω的負載線cb,兩種負載條件下的工作點分別為o點和01點,工作點ia0、ua0,以及板流動態范圍iamax-iamin如圖所注。由下圖a中可見高u管工作特點是:
1.ug和la動態范圍大為減小,由于工作點為ug=-2v,所以上述ra=50kω、ra=l00kω時輸入信號幅度均以2vpp為限。所以高μ三極管即使用于數字音頻放大器的第一級小信號放大,也難免有大信號失真,故負反饋是必不可少的。
2.ra值由50k0增大到100kω,單級增益由37倍增大到48倍(計算同前),但由于大信號失真的限制,此高增益放大僅適用于輸入0.5vpp以下的弱信號放大中。美國沙爾文公司給出的數據表明,為了使輸出信號失真度小于1%,輸入信號不宜大于0.1vpp,thd允許到5%,則可輸入0.5vpp的信號,此為高u放大器無反饋應用的限制。需注意的是,此為ea=300v時的限制,當ea降低,負載線的長度縮短,工作點ug進一步減小,而且負載線斜率變緩,負載線所涉及瞬時板流均處于ug~ia特性彎曲處,使非線性失真更大,輸入動態受限。使用中繼續增大ra的后果也相近,即使ea保持不變,另將ra增大到5xri以上,負載線跨度雖來減少,但已近似為平行于x軸的水平線,基本負載線處在ug~ia截止點附近,極難得到線性良好的放大。沙爾文公司給出12ax7在ea=l00v,ra=470k的應用警示例當輸入0.lvpp信號時thd為3.2%,信號輸入增大到0.17vpp,thd即上升到5%以上。上述結論說明,在無負反饋條件下采用高μ管,在數碼音源放大器中既無必要也屬自討苦吃。
3.u越高三極管動態范圍、柵負壓值必然越小,允許失真度下輸入信號也越小,6sl7的柵負壓以ug=-2v(ea=300v)為限,μ=l00的12ax7則ug=-1.5v,12au7的μ<20,ug=-8.5,因此在cd機中用12au7,即使無負反饋,輸入2vpp信號,前級失真也不會超出1%0如此結論是否說高μ管就無用武之地了呢?物盡其用,在某些特殊情況下高μ管仍有其優勢,在現代的hi-fi音響中也不能舍棄。
首先是高μ、高增益放大是負反饋電路的良好搭檔,為提高負反饋,必須有足夠的開環增益,如果要在不增加放大級數的條件下得到高開環增益,采用高μ放大管是 佳方案。音響放大電路中某些功能電路完全依靠反饋作用完成其特有功能,如自平衡倒相器、長尾式倒相器,其平衡度取決于反饋量。采用μ值較高倒相管,可保證高度平衡,兼顧到倒相器的動態范圍與全機的配合,當采用高μ管6sl7等作倒相時,倒相器宜置于前置級之后,且倒相器后需設置足夠動態的對稱平衡放大器。如果輸出級驅動要求不很高,也可選擇μ在30左右的6n7p、6dj8等中μ雙三極管,后期有足夠的平衡度且兼具較大的動態。
陰極輸出器的優良特性使之在名機音響中廣泛采用,為了彌補陰極輸出器的增益損失,高μ三極管也成為其良好搭檔。即使陰極輸出級本身為了有更低的輸出阻抗,μ也極其重要。當電子管μ遠大于1時,可以認為陰極輸出器輸出阻抗ro≈ri/μ,所以,采用高μ管可使陰極輸出器得到更低的輸出阻抗。但是絕不要忘記,千萬勿輕易讓高μ管介入ndnfb的hi-fi放大器。
高μ三極管的“同黨”五極管
從性能上說,五極電壓放大管屬高μ三極管的頂級產品,從放大系數而言,根據五極管的內阻和跨導推算出的μ可達1000以上(業界歷來不以μ區分五極管,因為ri過大,μ與增益的關系已無直接聯系,高μ五極管的提法是“外行語”)遠高于三極管,ri也近乎天文數字。
此條件使五極管可擁有高達200以上的單級電壓增益,遺憾的是僅此而已,它也把高μ三極管的負面效應發揮到極致。下圖b為五極管6j8、6sj7的特性曲線族,不難看出,高μ三極管的弱點更甚于三極管,同時線性又遠不如三極管(由曲線族看出,同樣△ug為o.5v的變置,ugl從-0.5v到-1.0v,板流變量比ug-3v~3.5v將近大過兩倍…)。所以,在目前hi-fi音響中五極電壓放大器已近銷聲匿跡,即使少數歐洲各機偶有采用,也必將伴有多路、大劑量的負反饋。
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