1880年,當愛迪生在發明電燈泡時,發現在燈泡內多餘的導電體與燈絲之間會有少量的電流通過。 根據這原理,Sir John Ambrose Fleming的二極真空管加以改良,成為有放大功能的三極 真空管。一直到1908年1月25日,他註冊了版權後,這世界便從機械世界跨入了另一個新的電子科技 世界。當時的第一台真空管放大器就是單端甲類放大器,雖然已經是早期第一代的設計,單端放大 器的設計還是一直延用到現在,其中原因是沒有交叉失真、三次諧波失真小等好處。唯輸出功率 小於推挽輸出電路。 單端甲類電路的設計在原理上不是非常困難的。首先,我們需要一些真空管的特性資料, 這不難找到。(可上網www.mif.pg.gda/pl/homepages/frank/vs.html尋找) 當決定了所要用的真空管型號,在特性表內可查得最高工作電壓、最高工作電流、最高屏 耗功率等等。照以下的步驟小心的計算,相信大家都可以設計出自己理想中的單端甲類真空管 放大器。 (一)計算零訊號時的靜態偏壓(Eq),公式如下:Eq = -(0.68 x Epk)/u Epk為真空管屏陰极電,不可超出特性表的規格。u為真空管放大系數 (二)在特性曲線表上找出剛算出的Eq偏壓線,由Epk點垂直繪一條直線向上與Eq線的交叉處點個點,稱為P點。 (三)在這P點向左邊畫一橫線到y軸,從這線可找出靜態電流Iq,單位為毫安(mA) (四)在y軸,以剛找出的Iq再乘2,這點為最高電流Imax。 (五)在特性曲線表中,查看偏壓曲線,找出偏壓為0V的偏壓線,與以上的Imax的交界處為x點。從這x點畫一垂直線連接至 x 軸,得 Emin(最小電壓)。 (六)用尺畫一直線,從x點畫到P點一直延下去,這線稱為負荷線(Load Line) (七)用剛才算出的Eq乘以2,查看偏壓曲線的數值與Eq X 2一樣的偏壓線在與負荷線交界處各畫一垂直線及一水平線各連接至x軸及y軸。得最小電流Imin及最大電壓Emax。 (八)計算負載阻抗RL,也就是輸出變壓器的初級阻抗,公式如下: RL= (Emax-Emin)/(Imax-Imin) (九)檢查整體是否工作在安全範圍內,用Epk乘Iq得屏耗,單位是瓦(Watt),如得到的屏耗高於特性表內註明的最高屏耗,就要減少Epk或Iq從新再算,直到合格為止。 (十)計算的真空管是三極管,查特性表內的真空管屏內阻(Plate Resistance)應該在剛算出的輸出變壓器初級阻抗的三分一或二分一左右,變壓器阻抗太高功率會變小,反則失真大。 (十一)推動極的輸出正負擺幅應不小於Eq,確保有足夠的推動電壓。 (十二)最大輸出功率 Pmax 的算法如下: Pmax= (Imax-Imin) X (Emax-Emin) / 8 ,I是以安(Ampere)為單位,E是以伏(Volt)為單位。 (十三)二次諧波失真為:[0.5(Imax+Imin)-Iq ] / (Imax-Imin) X 100% (十四)算出陰极電阻, R1=Iq X Eq 可能在以上的計算看來很難明白,但只要參考圖一就不難理解了。以下以2A3真空管為列子,供朋友們參考。 -選擇Epk=269V, 表上查得u=4.2, Eq=-(0.68 X 269) / 4.2 = -43.5V -從已畫好的圖一曲線,得知Iq為60mA。 -Imax=60mA X 2 =120mA,已經畫在圖一內。 -在圖內找出偏壓為0V的偏壓線,得知Imax大約為120mA,Emin大約為100V。 -看看用43.5V X 2然後畫出的負荷線,得知Imin為20mA左右,Emax為360V。 -算出輸出變壓器的初級阻抗RL,(360-100)X(120-20)= 2.5Kohm -屏耗為269 X 0.06 = 16.14瓦 -屏耗為 269 X 0.06 = 16.14瓦 -檢查真空管屏阻800 ohm與輸出變壓器的比值,2500 ohm / 800 ohm = 3.125,大約為三分一 ,符合條件。 -輸出功率Pmax = (0.12-0.02) X (360 100) / 8 = 3.2 5Watts -失真為[0.5(0.12+0.02)-0.06] / (0.12-0.02) X 100% = 10%。 接下來請看圖二的電路,為什麼剛才計算時會選擇Epk = 269這樣怪的數值?先來看看如何 得到R1的阻值,Eq= 43.5V, 就是說R1之間有43.5V,電流是0.06A照公式R=V/I算,43.5 V/0.06 = 725 ohm左右,可用市場上現有的750 ohm,而這電阻的瓦數為P = VI,43.5 X 0.06 = 2.61W,電阻的瓦數可耐度一般上是用至少7倍的瓦數以防止過熱。所以R1的規格為750 ohm。20 Watt。那麼就是說屏極對地有43.5V + 269V = 312.5V,選擇Epk = 269V的原因是由於在用電表 測量輸出變壓器直流內阻得到125 ohm ,就是說輸出變壓器初极兩端有125 ohm X 0.06A =7.5 V的電壓降。把Epk加Eq再加上輸出變壓器的電壓降就是等於我們需要的電源供應值了。(312.5 + 7.5 = 320V ) 電源部份的供應就以320V為標準。Epks設在269V目的是能得到總電源供應為 320V一個整數,以方便製作電源部份。 現在以上的計算大致上已完成,加上推動極就完成了一台單端甲類放大器了。如果設計出來 的成績不滿意或不符合要求,就要改變一下負載線的斜率,從頭再算起了。下次有機會再談談推 動極、電源部份及其他與音質有關的題目。希望借此能拋大塊大塊磚頭,引一小小片玉, 增加讀者們對DIY的興趣。善哉!
|