基于6n2設(shè)計(jì)靚聲膽前級的方法

基于6n2設(shè)計(jì)靚聲膽前級的方法

裝配一部膽前級實(shí)為DIY 膽機(jī)的朋友們的入門首選。

一、電子管前置放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn)
電子管是一種輸入阻抗高、工作電壓高、容易老化的放大器件，設(shè)計(jì)制作一臺夠得上Hi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)的電子管前置放大器要比晶體前置放大器相對難度大。

設(shè)計(jì)時特別注意下面幾點(diǎn)：
1。合理選用電子管：電子管的品種及型號很多，每種電子管都有不同的性能、結(jié)構(gòu)、工作條件及使用場合，且有一定的音色差別。正因?yàn)檫@樣，不同的電子管不能簡單地互換使用。在前置放大器中，一般應(yīng)選用三極管，因?yàn)槿龢O管的線性好，噪聲較小，放大倍數(shù)不會過高，用于音頻放大可獲得較好的綜合性能和音質(zhì)，電路也比較簡潔。三極管型號有多種，具體選用哪種型號則應(yīng)根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和增益來決定。三極管放大器的增益一般為0.6 μ左右，而其μ值大都20~100之間，故放大倍數(shù)一般不會超過70. 若電路只須一級放大，可選用μ值較高的三極管，多級放大器則以選用中μ或低μ管為宜，以求得較好的穩(wěn)定性。一些歐美品牌老式電子管被媒體炒得滾熱，價格連翻數(shù)番，似乎只有這些品牌的管子最靚聲，其實(shí)這里包含了不少人為炒做因素。

我國也有幾十年生產(chǎn)電子管的歷史經(jīng)驗(yàn)，是世界上生產(chǎn)電子管的大國，管子的壽命已可達(dá)一萬甚至十萬小時以上，不少品牌同樣被國外發(fā)燒友視為珍品。 因而在選用時應(yīng)科學(xué)、理智地看待這一問題，避免人云亦云，偏聽偏信。就三極管而言，國產(chǎn)6N1 、6N2 、6N3 、6N4 、6N6 、6N11等均是性能相當(dāng)不錯的管子，只要運(yùn)用合理，同樣可以獲得非凡的音質(zhì)。更何況現(xiàn)在網(wǎng)路上流行的許多國外二手管其使用性能幾乎到了生命的盡頭。

本次制作用管鎖定在6N2，6N2是一款很優(yōu)秀的音頻放大管，它與12AX7 的參數(shù)基本一致，音色相近，僅燈絲接腳不同，在使用中代換12AX7也極為簡便。6N2-PDF文件

2。正確選擇工作點(diǎn)：與晶體管一樣，電子管放大器的工作點(diǎn)也應(yīng)選擇適當(dāng)，才有最低的失真和較大的動態(tài)范圍。由于每種電子管的特性曲線都不盡相同，因而有各自的最佳工作點(diǎn)。選擇時應(yīng)按照手冊給出的特性曲線和既定的方法執(zhí)行，確保電子管在動態(tài)范圍內(nèi)能工作于最佳狀態(tài)。但音響器材被用來還原音樂的，忠于原作是它的天職，完成產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范是設(shè)計(jì)者的不二準(zhǔn)則，但它的制造又有別于一般電器設(shè)計(jì)，在技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上還需要產(chǎn)品的“藝術(shù)靈性”。

電子管的電壓放大，在柵極電壓有一微小的變化時，其屏極就會產(chǎn)生較大的變動，換言之，柵極電壓對屏極電流的影響是非常大的，在柵極電路無音頻信號輸入時，屏流為穩(wěn)定的直流，且柵壓越負(fù)其屏流就越小，當(dāng)柵壓負(fù)到一定程度時，屏流將等于零處于截止?fàn)顟B(tài)，如果柵極電路中輸入音頻信號U時，柵極與陰極之間的電位就會不斷變化，屏流也隨之產(chǎn)生變動，在屏極電路的Rl上，除了它本身工作電源的直流壓降外，還增加了一個音頻交流壓降，我們適當(dāng)選取Rl的數(shù)值，即可得到放大的信號電壓。

在實(shí)際制作中發(fā)現(xiàn)采用不同品牌的國產(chǎn)6N2其實(shí)際特性相差極大（下文再詳述），從另一方面也反影出個別國產(chǎn)品牌器件的素質(zhì)差別。

特性曲線（0）	特性曲線（1）	特性曲線（2）	特性曲線（3）	特性曲線（4）

3。采用行之有效的降噪措施：電子管的輸入阻抗很高，且須對陰極加熱，極易感應(yīng)或引入各種交流干擾噪聲，故電子管放大器的信噪比（S/N ）很難做好，對于前置放大器更是如此。

目前，比較有效的降噪措施主要有：
（1 ） 用穩(wěn)壓電源為燈絲供電。旁熱式電子管一般采用交流電源給燈絲供電。這樣，由于燈絲與柵極之間寄生電容的存在，交流電對該電容充放電，便會在柵極電阻上產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致較大的交流聲。此外燈絲在正常工作溫度下會發(fā)射少量的電子（尤其是燈絲兩端）。這些電子飛到陰極套筒內(nèi)壁，再經(jīng)陰極電阻入地形成交流干擾，若陰極電容容量不大或無陰極電容，這種交流干擾就得不到有效抑制。若采用直流穩(wěn)壓電源，如用三端穩(wěn)壓塊均構(gòu)成的穩(wěn)壓電源為燈絲供電，便何避免上述原因引起的交流聲，使S/N 得到明顯改善。
（2 ） 降低燈絲與柵極之間的電位。若不想采用直流穩(wěn)壓為燈絲供電，可采用傳統(tǒng)的方法在燈絲電源兩端并聯(lián)一只（50~100）Ω的線繞電位器，并將滑動臂接地，以降低燈絲與陰極之間的電位，減輕交流供電對S/N 的影響。此外，將輸入級電子管的燈絲腳之一接地也可收到類似的效果。
（3 ） 給燈絲繞組的中心抽頭加一定的正電壓加正電壓的目的是使燈絲對陰極為正電位，把燈絲發(fā)射的電子重新拉回?zé)艚z，抑制燈絲發(fā)射電子產(chǎn)生的交流聲。此外，在允許值內(nèi)適當(dāng)降低燈絲的供電電壓也有一定效果。
（4 ） 改善屏極電源的濾波效果。如今，高耐壓、大容量的電解電容已唾手可得，屏極電源濾波電容的容量可以用得大一點(diǎn)，如用220 μF 以上的。若是多級放大器，則可采用分要級退耦濾波的方法來改善屏極電源的濾波效果。要求較高的還可采用扼流圈濾波方式，直至采用穩(wěn)壓電源供電。
（5 ） 減小雜散電磁場對電路的干擾。電磁場干擾也是影響S/N 的主要因素，因而，高質(zhì)量的前置放大器應(yīng)采用電磁干擾小的電源變壓器，柵極信號引線應(yīng)盡量短，并使用屏蔽線。輸入級電子管最好加上屏蔽罩。燈絲引線要絞合起來，并遠(yuǎn)離柵極。
（6 ） 避免地線回路的干擾接地不當(dāng)?shù)姆糯笃?。通過地線回路竄入柵極回路的各種交流干擾對S/N 的影響可能比其他因素更大，應(yīng)引起高度重視。對于較為簡單的放大器來說，避免地線干擾最有效的方法是采用一點(diǎn)接地，即輸入信號與柵極電陰、陰極電陰、陰極電容的接地點(diǎn)焊在一點(diǎn)上，然后與電源濾波電容的接地點(diǎn)連接，再與機(jī)殼相聯(lián)。對于多級放大器，可先將各級的接地點(diǎn)分別匯集于一點(diǎn)，再按從前級到后級的順序?qū)⒏骷壍慕拥攸c(diǎn)與電源地連接起來，然后再與機(jī)殼相連。與機(jī)殼相連的最佳點(diǎn)可能是電源地端或輸入地端，究竟哪個更好一般由實(shí)驗(yàn)確定。

⒋確保阻容件有足夠的散耗功率或耐壓

前置放大器電子管的工作電流雖只有幾個毫安，但屏極電源電壓一般都在200V以上，功耗仍相當(dāng)可觀。故應(yīng)保證電路中所用電阻的散耗功率和電容的耐壓足夠大。選用時，兩者的取值一般應(yīng)為實(shí)際功耗和所加電壓的兩倍以上。否則，可靠性將降低。

二、三極管前置電壓放大電路的分析計(jì)算

三極管電壓放大電路通常由一級或多級阻容耦合電壓放大電路和阻抗變換電路組成，有的還加有負(fù)反饋電路。掌握這些基本電路的原理和計(jì)算方法，便可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)出種各樣的前置放大器。

電壓放大電路常用的有共陰極放大電路和SRPP放大電路。下面就其工作原理與計(jì)算方法兩方面分別簡單介紹。

A） 阻容耦合共陰極放大電路

共陰極放大電路可以由三極管或五極管構(gòu)成，但五級管構(gòu)成的共陰電路由于噪聲較大，一般只用于后級放大器。

① 工作原理

當(dāng)在電子管柵極加入信號電壓后，便使屏極回路產(chǎn)生肪動的電流ia，ia流經(jīng)Ra時，在Ra上產(chǎn)生電壓降Ua，這就是被放大了的信號電壓。其振幅的相位變化與ia相反。當(dāng)屏壓從高變低時，電容Ca放電；屏壓從低變高時，電容Ca充電。充、放電電流注經(jīng)RL時，在RL上產(chǎn)生的電壓降U。便是電路的輸出信號電壓。若放大器由兩級共陰電路構(gòu)成，則RL便是第二級電子管的柵極電陰Rg，輸出信號電壓U。將加入第二級電子管柵極作進(jìn)一步的放大。

② 計(jì)算方法

作為高保真的電子管放大器，我們希望其頻響盡可能寬些。電子管的低頻響應(yīng)主要由輸入耦合電容Cg、輸出耦合電容Ca及陰極旁路電容Ck決定，其中Cg與Ca取值應(yīng)滿足下式要求，即：

Cg（Ca）≥1/2πfLRg

式中，fL放大器的下限頻率，一般取20Hz，Rg為柵極偏置電阻的值，計(jì)算Ca時，Rg為后面一級電子管的柵極偏置電阻的值。陰極電阻Ck則可用下式估算：

Ck≥（3~5）/2πfLRk

而高頻響應(yīng)主要由負(fù)載電阻R’a。及分布電容Co決定。其高端截止頻率為：

fH =1/2πR’aCo

可見Co或R’a越小，頻響越寬。其中Co的值視所用電子管及電路形式而有一定差異，它約等于屏極輸出電容和下一級柵極輸入電容的和。因而應(yīng)選用輸入、輸出電容均較小的電子管，并且應(yīng)盡可能減小由布線形成的分布電容。而R’a較時，雖對高頻響應(yīng)有利，但也不能過小，因?yàn)殡娮庸艿碾妷悍糯蟊稊?shù)KO=SR’a，R’a較小時，KO在數(shù)值上等于內(nèi)阻Ri、Ra及下一級柵極電阻的并聯(lián)值，即：

1/ Ugm2=1/Ra+1/Ri+1/R’a

Ra的值可在（50~500）KΩ之間選取，而R’a的最大允許值一般為：

R’a=Ri·τa/（CoRi—τa）

式中，τa為電子管屏極時間常數(shù)，其值為：

τa =

式中，M為頻率畸變系數(shù)，一般取1.1~1.26。

電子管的柵偏壓可用下式求出，即：

Eg≥1+Ugm2/0.7μ

式中，Ugm2為下級所需的最大輸入電壓或本級的輸出電壓，μ為手冊給定的放大系數(shù)。柵負(fù)壓的絕對值一般應(yīng)比輸入信號電壓振幅大（0.5~1）V，以免陰極發(fā)射的電子打到柵極上，出現(xiàn)柵流。

一般情況下，下一級的柵極電阻和本極的交流屏壓可分別取：

R’a =（5~10）Ra

Ua =（0.33~0.5）Ea

柵負(fù)壓確定后，可在電子管屏極特性曲線上作出靜、動態(tài)負(fù)載線，并在其工作點(diǎn)上求出Ri、S、μ分貝值。若Ri與上面的設(shè)定值相差很大，則R’a應(yīng)重新計(jì)算。

這時，可用下式計(jì)算出中頻區(qū)的電壓放大系數(shù)Kz。

Kz=μ/（1+Ri/Rg+Ri/Ra）

再根據(jù)工作點(diǎn)電流Io與柵負(fù)壓求出陰級自偏壓電阻的值，即

Rk=Ez/Io

由于電子管特性曲線的非線性,會導(dǎo)致Ia與Ug不比例的輸出電流波形，產(chǎn)生非線性失真。此時，若用動特性曲線的線段代替表示電流的縱坐標(biāo)來分析其非線性失真會更方便些，所以，這些電流值可用對應(yīng)的線段來表示，線段的不對稱程度，反映了非線性失真的大小。

B） SRPP電壓放大電路

1）該電路特殊的電路結(jié)構(gòu)原是為高頻放大器設(shè)計(jì)的，由于它具有失真低，噪聲小，頻響寬等特點(diǎn)，能適應(yīng)高保真要求，因此被許多現(xiàn)代電子管音頻放大器所采用。

上管、下管的直流通路串聯(lián)。下管構(gòu)成三極管共陰極電壓放大電路，上管構(gòu)成陰極輸出電路，且作為下管的恒流負(fù)載。其輸入信號由下管的屏極提供，然后由上管的陰極輸出。由于陰極跟隨器的電壓放大倍數(shù)接近1，這種電路的電壓放大倍數(shù)取決于下管，與一般三極管放大電路差不多，但其輸出陰抗很低，帶載能力大為提高，易于和低阻負(fù)載匹配。由于上管、下管的電壓一并由上管的陰極輸出，故這種電路又稱為并聯(lián)調(diào)整式推挽電路。其特殊的結(jié)構(gòu)減輕了電子管分布電容對高頻的影響，高頻響應(yīng)可比一般三極管電路寬三個倍頻以上，但由于上管陰極電壓約為1/2 Ea，已超過一般電子管陰極、燈絲間的限壓值，故應(yīng)用時最好讓燈絲帶70V左右的正電位懸浮工作，否則，可靠性較差。

2）計(jì)算方法

由于無負(fù)反饋時，Ri=△Ua/△Ia；有負(fù)反饋時屏流為△Ia/（1+S RK）。所以，上管的內(nèi)阻

Ri=△Ua/[△Ia/（1+S RK）]= Ra+μRK

這個Ri即為下管的負(fù)載，它在交流時等效并聯(lián)于下管的屏極，故電壓放大倍數(shù)

KV=SRa（Ra+μRK）/（Ra+ Ra+μRK）

=μ（Ra+μRK）/（2Ra+μRK）

考慮到負(fù)載接入時，放大倍數(shù)會有所降低，這時

KV=μ（Ra+μRK）/（Ra+RK）（Ra+RL+1）（Ra+μRK）

電路的輸出阻抗等Ro等于輸出電壓的變化量△Uo與上管、下管的總電流變化量△I1、下管產(chǎn)生的電流變化量△I2之和的比值。即：

Ro=△Uo/（△I1+△I2）

經(jīng)過一系列推導(dǎo)，可得：

Ro=Ra（Ra+RK）/[2Ra+（1+μ）RK]

其他參數(shù)的計(jì)算可參考三極管電壓放大電路的計(jì)算方法進(jìn)行。