6P3P三极管接法甲类单端功放

时间：2013-08-25 来源：123485.com 作者：9stone

许多发烧友很喜欢纯三极管甲类单端无反馈放大器的音质。300B、2A3、845、211等三极管价格相对较高，6GA4、6RA8、6CA10等专为音频功放设计的欧美功率三极管国内又无仿制品。如将五极管改接为三极管，造价相对低廉，拓宽了器件来源，不失为一个好办法。几十年前的威廉逊功放就是这么做的。但是，其理论支持何在，细心的发烧友已不满足于照图施工，追根究底一定要弄清楚是为什么。
五极管和三极管的构造原理如图1所示。功率三极管板极离阴极较近，板阴之间的电场强度较大，电子在较大的电场力推动下(F=q·U/S)以较大的加速度飞向板极。在栅极离阴极距离和栅网密度等条件不变的情况下，板极离阴极越近，板内阻越小。如6AS7G (即6N5P)。但其功耗过于集中，板极损耗不易做大。而五极管或束射四极管的帘栅极离阴极很近，板极距阴极稍远，板极大小就不太受限制了，因此板极损耗容易做得大一些。

图1 五极管和三极管的构造(顶视图)
    接成三极管后，在阴极与帘栅极间大的电场强度下，电子在电场力的推动下作加速运动，而经过帘栅极的电子已具有很高的速度。又因为在三极管接法中帘栅极已接通板极，两极属于同电位，在帘栅极与板极问的电场强度为零，电子便匀速飞向板极。这时的板极特性等效于从较远处移动到了离阴极较近的帘栅极位置，具有了帘栅极与阴极间近距离板极的等效特性，即低内阻、低放大系数特性。这时，电子管的放大系数μ就是栅极对帘栅极的放大系数。一般功率五极管中，栅极对帘栅极的放大系数μ都在10以下，因为内阻Ri=μ/s，所以五极管改变为三极管后内阻非常小，而功率损耗却可以做得很大。新型大功率音频专用功放管6CA10便是这种构造，其帘栅极在管内就已接通了板极，对外呈现低内阻纯三极管特征，板极功率损耗相当大。
    五极管改接为三极管后，电路的计算与原五极管有很大的不同，这是因为板极特性曲线与原五极管的板极特性曲线完全不同。图2为6P3P改三极管后的板极特性曲线，曲线中完全没有了五极管板极特性中的饱和点。因此，输出阻抗不像五极管那样固定，有了一定的宽容度。对甲类单端机而言，影响工况的因素有最大板耗Pam 最高板压Uam 最大板流Iam，以及该板流下的管压降Us、静态板流Ia、电路的效率η等。其中静态板流Ia应为最大板流Iam的1/2。在Ua为一定值时，管压降Us约为板压Ua的60％，将达到最大输出功率，但此时板耗很大，效率不高，电路阻尼特性也略差。而管压降Us在总电压Ua中所占比例越小，效率便越高，电路阻尼特性也越好，但输出功率下降太多。这是一对矛盾，因此要进行权衡，Us应选在输出功率相对较大、效率相对较高之处。同时，输出阻抗尽量采用整数，以便与成品变压器相匹配。从以上多方面考虑，提高电源电压是比较有利的。而管压降Us与静态板压Ua的之比Us/Ua通常在50％到25％之间。具体计算方法可由以下实例说明。
    束射四极管6P3P为6L6GC的全等效管，其板极功耗为20.5W，接成三极管后内阻仅为1.7kΩ。作甲类单端功放很有利。该管价格低廉，来源充足，目前还有生产。纯三极管甲类单端功放要做到较高效率十分不易。使用较高的板压可使零栅偏压时管压降Us在总电压Ua中的比例下降，管效率便可提高，但不应超过极限板压，即在允许范围内，板压Ua尽量用得高一些。附表为6P3P三极管接法在250V板压时的工况。管效率不高，目的是推动乙类功放，输出功率只有1.4W，显然太小，远不如300B和2A3，但将板压提高到400V后，情况则大不相同了。

附表 6P3P三极管接法在250V板压时的工况
下面进行功率级的计算：(6P3P三极管接法a+g2)，条件为Ua=400V、Pam=20.5W。

(1)根据图2板极特性曲线，取管压降Us=160V，Us/Ua=160/400=40％，此时零栅压板流Iam=100mA，板流Ia=Iam/2=50mA，此时栅负压Ug=-37.5V。
(2)输出阻抗Ro=(Ua-Us)/Ia=( 400-160)/0.05=4800Ω。
(3)输出功率Po=(Ua-Us)·Ia/2=(400-160)×0.05/2=6W(RMS)。
(4)静态板极损耗Pa=Ua·Ia=400×0.05=20W 。
(5)效率η=Po/Pa，由于最大正弦波输出时屏流约增加5％，因此η=Po/(Pa×1.05)=6/(20×1.05)≈28.6％。
(6)阻尼系数DF=Ro/Ri=4800/1700≈2.82。
(7)电压增益A=(Ua-Us)/Ug=(400-160)/37.5=6.4。
    从上述计算可以看出，6P3P采用三极管接法，板压用到400V时性能足可与2A3相媲美。
    因为是无反馈机，所以前级电压增益要控制好，增益不足则灵敏度不够，增益太高则信噪比变差。可用12AU7双三极管两级放大，作前级和推动级，电压增益约为150。也可用一级五极管电压放大，电压增益刚好。因此选音频专用五极管6J8P作前级，它全等效于美6SJ7GT和俄6ж8C，也是低价位管。五极管电压放大的高增益是与高负载阻抗相匹配的，所以它不适宜推动低阻抗栅漏电阻的固定偏压功放电路。否则要增加一级阴极输出电路来变换阻抗，电源电路也变得比较复杂，这里不再赘述。
   本机总电路如图3所示。前级由音频专用五极管6J8P担任，板极负载为100kΩ电阻，供电电压很足，为420V，并经大电感双Π型滤波电路充分滤波。下级栅漏电阻为470kΩ，负担很轻，故帘栅降压电阻为470kΩ，电压增益为120。由于帘栅内阻很低，只有10kΩ左右，因此旁路电容较大，为1uF，否则低频响应不足。因为灯丝为交流供电，所以阴极电阻一定要用电容旁路，否则易感交流声该220uF/16V电容换上150uF/10V钽电容竞收到意想不到的良好效果，众发烧友一致评判低音表现弹力充沛、生气勃勃。强放级6P3P帘栅经100Ω电阻接通板极，将束射四极管变为三极管，阴极电阻要有3W的功率，实际功耗为1.9W。220uF旁路电容耐压要有63V，同时加并CBB 1uF/63V电容，以提高反应速度。0.1uF/600V耦合电容用CBB类无漏电的，若用油浸纸介电容则一定要确保不漏电。
6P3P胆机电路图

    6P3P板极损耗接近满功率，一定要选用无残留气体电离现象的J级品。要测有无离子逆栅流，可在充分预热后用普通20kΩ/V灵敏度电表50V档(内阻1 MΩ)测470kΩ栅漏电阻两端，电压为零即可。
    本机总电压增益A=A1·A2/N=120×6.4/25≈30.7，满功率灵敏度Ui=(Po·Rr)^1/2/A=(6×8)^1/2/30.7≈0.22V (RMS)，阻尼系数DF=2.9。
    电源电路使用5Z4P或5AR4电子管整流，滤波电容如用电解电容，第一级不应大于15uF，否则浪涌电流对整流管不利，并且每一级都必须由两只串联加均压电阻。有条件时，滤波电容还是采用CBB电容或油浸纸介电容为好，比电解电容性能好，可靠性高，音质好。滤波电感L1=10H，电流I=150mA。第二级不用电阻，而采用大电感量电感。其好处是显而易见的：
①压降小，对前级供电电压大幅升高，使前级近乎工作于标准状况，失真度增益、输出能力等都有提高；
②滤波效果好于电阻滤波一个数量级，电感量L2＝330H，对100Hz电源纹波电流有200kΩ的感抗，给敏感的前级提供了干净的电源。电流只有10mA，可以采用很细的导线(φ0.07mm)在16×25的小铁心上绕14000匝完成，所以体积并不大。由于本机都使用旁热式电子管，故灯丝用交流供电也无妨，但灯丝线圈要用100Ω电位器平衡后入地。电源变压器绕组不多，比较简洁，电压电流数据均已标在图3中。电源变压器采用100VA的，本机实际功耗约为70W。
    输出变压器的质量是电子管功放性能指标的保障，建议向专业厂定制或购买成品。输出阻抗为5000Ω:4Ω、8Ω，一次侧电感L≥50H，直流电阻r≤300Ω，效率η≥88％。因此，变压器功率应在15W以上，有条件的请采用25W规格的。这样可以确保本机有效输出功率Po≥5.3W×2，频响为20Hz～20kHz－1.5dB。
    本机电路简洁、成本不高，但能欣赏到无反馈纯三极管甲类单端机丰富偶次谐波的优美音质。

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