歐吉桑的真空管世界

一、真空管機功率放大回路
由於一般真空管的輸出阻抗相當高約數KΩ到十數KΩ之間，而喇叭的輸入阻抗則是4~8Ω而已，所以真空管屏極端與喇叭之間須經由一輸出變壓器作為阻抗匹配，同時兼具隔離一次側高壓直流電的效果。因此藉由變壓器電路設計可以發展出兩種回路的功率放大輸出電路，即單端放大(Single)與推挽放大(Push-Pull)。
單端放大電路是以單一功率放大管(V2)工作在A類放大的線性區，再用變壓器偶和來匹配輸出阻抗為4~16Ω，如(A)所示。單端放大電路的優點為電路設計與構造簡單、成本低廉，缺點為輸出功率較小、較容易諧波失真及產生交流哼聲問題，而且輸出變壓器在零信號時具有直流成份的磁飽和問題，較高的信號電平輸出時失真更為嚴重。

 
前置電平放大器的設計是使用三極管串級放大電路，一般音源設備(CD、DVD、PHONE放大等)輸出滿額電壓約是200mV，串級放大電路與SRPP電路類似，在dir_coup.pdf內p29有詳述其優點可以抑制燈絲電壓雜訊問題。由於輸入電壓為200mV，所以峰值輸入為200mV * 1.4142 = 282mV，故Vg設定為-0.5V，依12AX7 data sheet得屏極電流為1ma屏極電壓正好是85V，若設計成三極電路Rp = 85K，則工作曲線可以繪出如下：

常用的小信號放大線性度較佳的雙三極管有12AU7、12AX7、6992、6CG7、6DJ8等，本次電路因使用單一級的電壓放大電路，故選用廣泛使用在音響擴大機的12AX7作為電壓放大級，12AX7的特點為高μ值、低電流值的線性度特佳，燈絲電壓可用12.6V或6.3V搭配容易。
 

 
在真空管擴大機中每一電路設計環節均扮演很重要性的角色，設計步驟是先由輸出功率數來決定功率放大管的選擇，再次依序為變壓器、電壓放大、輸入電平放大等電路設計。時尚的功率放管三極管有2A3、300B等，但由於價格偏高所以不得不放棄，五極管或束射管更多有5881、6550、6CA7、6L6、6V6、EL34、KT-66、KT-88等均經常受各國銘機所青睞，由於決定設計功率希望介於10W~15W之間，所以選用的中功率管在5881、6CA7、6L6、6V6中決選，其中以5881三極管接法特性最佳，由data sheet獲得下表，故選用5881三極管接法來設計最為實惠，而日本發燒網站JK1EYP 真空管アンプ自作內6L6GC(5881WXT)全段差動プッシュプルアンプ亦以相同設計值得參考並給予修改。

早期學生時代對發燒音響是遙不可及的奢侈品(現在還是)，那時候的學生時期根本就沒有口袋，更談不到深不深的問題。1980年代當兵退伍之際正是微電腦興起，幾乎所以的電子材料行改為賣起微電腦、APPLE II等相關產品，一般電子科系人員不再為音響DIY而發燒了，而早期真空元件製造廠也一一消失匿跡。就此在導入第一部MARANTZ PM-88SE擴大機後就不在為追隨音響而著迷了，漸至子女長大及網路普及後真空管才再度現跡，真空管機組機的慾望再度在心中點燃。2007年再度組裝起真空管擴大機的念頭，由於工作在機械公司的研發部門從事電機、伺服控制相關設計，再度設計起真空管電路總覺得很容易上手。
 

先前發表真空管機線路分析_EL-34全段差動真空管擴大機一文中介紹到定電流二極體CRD的使用，歐吉桑在台灣的零件市場上尚未見過此類另件，如果要依樣畫葫蘆去組配的話勢必造成困擾。在我多年的A/D、D/A設計經驗中，會使用到TL431AC來設計穩壓電路或參考電壓，發現這是一顆很好的定電流設計元件，只要加上一顆NPN電晶體即可輕易設計出精密恆流原來，參考電路如下圖所示。
           
由於"EL-34全段差動真空管擴大機"的電壓放大管V1 6SL7-WGT，柵極偏壓在電流0.5ma屏極電壓143V時為-2V，換而言之是陰極電壓應為2V，本定電流電路電壓最好必須是在4V以上，所以必須將上圖加上-5V略為修改如下，這樣就能符合該電路的應用，而使用TL431AC作為恆流原設計的另一好處是電流值較不受溫升所影響。
           

 看過許多日本先進網站的真空管擴大機設計，在先前一篇真空管機穩壓IC定電流設計中引述日本Webな球設計的EL-34全段差動真空管擴大機，是一部簡潔易懂非常好的真空管擴大機設計典範。
在個人電路設計經驗中，對好的真空管機設計要求如下：
1. 差動放大優於單端輸入設計。
2. 定電流設計優於電阻自給偏壓方式設計。
3. 推挽式優於單端式功率放大。
先前設計之我的A計畫KT-88真空管差動後級擴大機，也就是遵循此原則下進行設計。

此書"真空管アンプ設計自由自在"為日本誠文堂新光社出版，作者為長 真弓。幾年前趁著出差日本之餘，抽空逛了書局，在眾多的真空管書籍中獨鍾此書，翻閱之後更發現實為一本不可多得的好書。原先購買時訂價是￥ 2,720，現今已飛漲至￥ 5,870，再加上日元匯率上漲，其價格真是不可同日而語了。
購買迄今先後完成A計畫KT-88真空管差動後級擴大機和B計畫真空管差動前級擴大機設計製作後，一直把他晾在旁邊未曾在參閱，近日心血來潮重寫部落格文章，覺得好書應該張貼出來讓愛好者也來分享。本書涵蓋範圍相當廣泛，從介紹、解析、設計、製作、調整等按部就班，若深入詳讀必能對真空管機有更深的體會，於此僅將章節介紹於此，有興趣者網友可以設法去購得此書。

定電流電路應用相當廣泛，早在半導體電路尚未風行時，許多真空管電路已經設計出定電流應用例。尤其在電晶體取代真空管後，所有的差動放大電路的共射極經常使用定電流來設計。
電晶體差動輸入擴大機參考電路圖如下：
上圖差動放大線路中，採用元件是CRD E202電流值是2ma，也就是差動電晶體工作電流每只是在1ma工作點上。另外第二級的NPN型電晶體定電流在5ma上，則可用CRD E152 和CRD E352並連一起使用。
由於先前發表之定電流二極體CRD（Current Regulative Diode）內的設計雖然簡單易懂，但其定電流值較小，倘若使用在真空管的功率放大端則稍嫌電流不足，無法推動較大電流了。因此一般傳統穩壓IC定電流回路應運而生，也是廣受日本真空迷使用設計之一。(參閱全段差動プッシュプル・ベーシック・アンプの製作)

一、概要
定電流二極體CRD，可以提供從小於1V至100V或更高的恆定電流電壓源。CRD廣闊的恆定電流工作區領域、高動態阻抗、複雜電路結構獲得恆流電路特性，可經由單一二極體來獲得低電源變動、負載變動、漣波電壓等。
其符號與外觀如下圖：