真空管的幾種基本電路結(jié)構(gòu)（屏極接地電路 共陰極接地電路 共柵極接地電路）

真空管的幾種基本電路結(jié)構(gòu)

共陰極接地(Common Cathode)電路

是一個(gè)真空管最常用的電路，我們稱(chēng)做共陰接地(Common Cathode)，其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗也高；有電壓增益；輸入訊號(hào)與輸出訊號(hào)是反相。

共柵極接地(Common Grid)電路

是一個(gè)柵極接地(Common Grid)的電路，其特點(diǎn)是輸入阻抗低，輸出阻抗高；頻率響應(yīng)特別寬；有電壓增益；輸入與輸出訊號(hào)是同相。

屏極接地(Common Plate)的電路

是屏極接地(Common Plate)的電路，其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低；沒(méi)有電壓增益；輸入訊號(hào)與輸出訊號(hào)也是同相。

Cascade電路

不管是上述的任何形式，只要兩級(jí)或兩級(jí)以上的電路并列，就叫做Cascade電路。

Cascode電路

兩級(jí)或兩極以上的電路串疊，就叫做Cascode電路。Cascode電路的下面一支真空管是共陰接地，而上面一支是共柵接地，由於共柵接地的頻率響應(yīng)較共陰接地寬很多，因此Cascode電路的頻率響應(yīng)就要比一般Cascade的共陰接地電路寬許多，而且還不止差一點(diǎn)點(diǎn)。

SRPP電路

另一種串疊的電路，所不同之處是SRPP電路的下面一支真空管仍然是共陰接地電路，而上面一支則為共屏接地的電路。



功率級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)、輸入級(jí)

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輸出功率級(jí)
其實(shí)所有的放大器都是功率放大器，只不過(guò)由於喇叭是需要很大的功率才能推的動(dòng)的，因此就需要挑選輸出功率特別大的強(qiáng)放管(或稱(chēng)功率管)來(lái)?yè)?dān)任這個(gè)工作，并安排在整個(gè)後級(jí)擴(kuò)大機(jī)的最後一級(jí)，好用來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭。
不過(guò)有好就有壞，輸出功率較大的真空管，由於需要的電壓與電流都較高，因此屏極就需要做得特別粗大，而柵極的網(wǎng)孔也要跟著大，才能通過(guò)足夠的電流，因此強(qiáng)放管的放大率就不可能會(huì)很高，尤其是三極管。

像300B的放大因素只有3.85，但是它的輸出功率卻可達(dá)7W左右，而其他束射管或五極強(qiáng)放管的放大率也好不到那里去。

由於強(qiáng)放管的增益比較低，并需要很高的輸入電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，才能達(dá)到額定的輸出功率，像是我們?cè)O(shè)計(jì)的300B，需要74V的輸入電壓，才能達(dá)到7W的滿(mǎn)輸出功率，但是一般前級(jí)擴(kuò)大機(jī)的額定輸出才只有幾伏而已，是無(wú)法用前級(jí)來(lái)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)放管的，因此就需要再加一支真空管，先將電壓放大到能驅(qū)動(dòng)300B的74V，才能讓300B能達(dá)到7W的輸出功率，而此時(shí)我們需要的是電壓放大率，而不是功率要高，因此這種電壓放大率較高的真空管，稱(chēng)為電壓放大管。

驅(qū)動(dòng)級(jí)
直接驅(qū)動(dòng)強(qiáng)放管的放大電路稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)級(jí)，驅(qū)動(dòng)級(jí)最重要的任務(wù)是能輸出足夠強(qiáng)放級(jí)所需的電壓擺幅，例如WE300B的偏壓為-74時(shí)，則驅(qū)動(dòng)級(jí)的最大輸出電壓就需要超過(guò)74V以上，才能讓W(xué)E300B能有足夠的輸出功率，驅(qū)動(dòng)級(jí)除能輸出強(qiáng)放級(jí)所需的驅(qū)動(dòng)電壓之外，最好還要輸出阻抗低，這是由於強(qiáng)放管的米勒效應(yīng)(Miller Effect)，也就是級(jí)與級(jí)之間的電容較高之故！強(qiáng)放管的極間電容愈大，高頻響應(yīng)就愈差，如果驅(qū)動(dòng)強(qiáng)放管的輸出阻抗低，米勒效應(yīng)的影響程度就比較小，尤其是三極強(qiáng)放管的米勒效應(yīng)比四極或五極管更大，因此驅(qū)動(dòng)級(jí)不止是要輸出電壓的擺幅夠大，而且還要輸出阻抗低，這在下一節(jié)還會(huì)提到的，因此我們就要挑選輸出阻抗較低的電壓放大管來(lái)?yè)?dān)任。

又強(qiáng)放管的屏內(nèi)阻都較低，電流也較大，輸出阻抗也較低，因此也有人用較小功率的小型強(qiáng)放功率管來(lái)做驅(qū)動(dòng)級(jí)的，但是這類(lèi)真空管的放大率通常也較低，又耗電兇，使用與否，端看設(shè)計(jì)者的觀點(diǎn)而異，以300B的驅(qū)動(dòng)而言，我認(rèn)為還用不到小型強(qiáng)放管。

輸入級(jí)
通常強(qiáng)放管需要輸入的電壓都很高，像是我們?cè)O(shè)計(jì)的300B就需要74V的輸入電壓才夠，因此通常光只有一級(jí)驅(qū)動(dòng)級(jí)的電壓放大還是不夠的，因?yàn)轵?qū)動(dòng)級(jí)需要使用輸出阻抗較低的真空管，而輸出阻抗低的管子通常電壓放大率都不高，因此就還需要在驅(qū)動(dòng)級(jí)之前，再加上一級(jí)電壓放大級(jí)，才能讓驅(qū)動(dòng)級(jí)輸出足夠電電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)放管，而這安排在後級(jí)擴(kuò)大機(jī)放大電路中最前面的一級(jí)電壓放大級(jí)，稱(chēng)為輸入級(jí)。

選用輸入級(jí)真空管的條件與驅(qū)動(dòng)級(jí)差不多，只不過(guò)驅(qū)動(dòng)管的極間電容通常都比強(qiáng)放管小的多，因此前面一級(jí)的輸出阻抗并不需要太低，但是還是不能太高。

其實(shí)不止是強(qiáng)放級(jí)與驅(qū)動(dòng)級(jí)之間，只要是任何兩級(jí)之間，都可以用上述的公式估算出頻率響應(yīng)來(lái)，因此我們?cè)谶x用輸入級(jí)的真空管時(shí)，也需要用這個(gè)公式來(lái)演算一番。

原則上，功率輸出級(jí)需要的是能輸出較高的功率真空管來(lái)?yè)?dān)任；驅(qū)動(dòng)級(jí)需要的是能輸出較大電壓擺幅的真空管來(lái)?yè)?dān)任；而輸入級(jí)則需要的是電壓增益較高的真空管來(lái)?yè)?dān)任。



米勒效應(yīng)(Miller Effect)
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上面提到驅(qū)動(dòng)強(qiáng)放管的電壓放大管，除了要輸出擺幅要大到74V或以上之外，還要輸出阻抗低，這是因?yàn)閺?qiáng)放管的米勒效應(yīng)(Miller Effect)比較高之故！也就是極間電容之故！

我們知道真空管的極間電容愈大，高頻響應(yīng)就愈差，強(qiáng)放管的各極之間的距離比較大，因此極間電容比一般小型電壓放大管要大得多，如果驅(qū)動(dòng)強(qiáng)放管的輸出阻抗低，影響的程度就比較小，而三極強(qiáng)放管的米勒效應(yīng)比四極或五極管更大，因此驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出阻抗要更低。

強(qiáng)放管的高頻響應(yīng)除了與強(qiáng)放管本身級(jí)與級(jí)之間電容有關(guān)之外，還與前面驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出阻抗有關(guān)，驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出阻抗愈低，功率管的米勒效應(yīng)愈可以忽視，因此驅(qū)動(dòng)級(jí)除了要輸出擺幅大之外，還要輸出阻抗低。

其實(shí)任何兩級(jí)放大之間都有這種關(guān)系，并不只是功率級(jí)與驅(qū)動(dòng)級(jí)，只不過(guò)是功率管的極間電容較大，因此驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出阻抗就變得更為重要了。

我們都可以用前一級(jí)的負(fù)載電阻，與後一級(jí)的極間電容，計(jì)算出其概略的-3db高頻截止點(diǎn)，其公式為：

fc=1/2πRL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

其中：

fc=後一級(jí)真空管的-3db高頻截止頻率，單位是KHz。

RL=前一級(jí)真空管的屏極負(fù)荷電阻，單位是MΩ。

Cin=後一級(jí)真空管的輸入電容，也就是柵極到燈絲之間的電容，單位是pf。

Cgp=後一級(jí)真空管的柵極到屏極之間的電容，單位是pf

A=後一級(jí)真空管的增益。

由上式即可知前一級(jí)的屏極負(fù)載電阻愈低，後一級(jí)的Cgp愈小，增益愈低，高頻截止點(diǎn)就愈高，換句話說(shuō)，高頻響應(yīng)就愈好。

那要如何來(lái)選擇電壓放大級(jí)(驅(qū)動(dòng)級(jí))的真空管呢﹖當(dāng)然是要挑選輸出阻抗低的真空管，才能獲得較佳的頻率響應(yīng)。

怎麼樣的真空管輸出阻抗低，又什麼情況之下的輸出阻抗低呢﹖

·真空管的屏極電阻(屏內(nèi)阻)愈低，輸出阻抗就愈低。

·屏極負(fù)載電阻愈低，輸出阻抗愈低。

·電流愈大，輸出阻抗愈低。

·在陰極電阻上用一支電容器旁路，輸出阻抗就會(huì)大幅降低。

下列方法也可以降低輸出阻抗，但不符何「張八點(diǎn)」的原則，因此僅供參考用：

·并聯(lián)真空管，可降低輸出阻抗。

·用Cathode Follow電路，可降低輸出阻抗。

·用SRPP電路，可降低輸出阻抗。

舉兩個(gè)真空管的例子：

我們可用最常見(jiàn)的兩種真空管代入上列公式，來(lái)看看頻率響應(yīng)：

例如我們已知300B的極間電容：

Cgp=15pf

Cgf(即輸入電容Cin)=9pf

Cpf(即輸出電容Cout)=4.3pf

假設(shè)我們用一支rp較高的真空管12AX7/ECC83來(lái)驅(qū)動(dòng)300B，根據(jù)規(guī)格12AX7/ECC83的rp為62.5KΩ，一般三極管的屏極負(fù)載電阻RL大多設(shè)定在屏內(nèi)阻rp的3￣7倍之間，我們?nèi)∑渲虚g值5倍為屏極負(fù)載電阻：

62.5KΩ×5=312.5KΩ

代入上式：

fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/0.3125{9+15(1+3)}

=7.37KHz

試想，在一個(gè)沒(méi)有負(fù)回授的擴(kuò)大機(jī)內(nèi)，放大電路的頻率響應(yīng)只到7.4KHz，這支真空管可以用嗎﹖

又假設(shè)我們?yōu)榍筝^低的輸出阻抗，所以取其最低的屏極負(fù)載電阻，即rp的3倍為屏極負(fù)載RL，即：

62.5KΩ×3=187.5KΩ代入上式：

fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/0.1875{9+15(1+3)}

=12KHz

試想，在一個(gè)沒(méi)有負(fù)回授的擴(kuò)大機(jī)內(nèi)，放大電路的頻率響應(yīng)比輸出變壓器的頻率響應(yīng)還要窄，這支真空管可以用嗎﹖

又假設(shè)我們用一支rp較低的真空管來(lái)推300B，例如ECC82，根據(jù)真空管手冊(cè)ECC82屏內(nèi)阻在屏壓在250V時(shí)，rp=7.7KΩ，如果我們也用7.7KΩ×5=38.5KΩ為RL代入上式：

fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/0.0385{9+15(1+3)}

=59.8KHz

這個(gè)真空管的頻率響應(yīng)還不錯(cuò)，也由此可知，想要頻率響應(yīng)寬，驅(qū)動(dòng)級(jí)就需使用rp較低的真空管。

又假設(shè)我們用ECC82屏內(nèi)阻3倍即7.7KΩ×3=23.1KΩ為RL代入上式：

fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/0.0231{9+15(1+3)}

=99.7KHz

可知負(fù)載電阻愈低，頻率響應(yīng)寬，但反之負(fù)載電阻愈低，失真就愈高，因此我們只能在3~7倍之內(nèi)選擇之。

談到這里，我們回過(guò)頭再來(lái)談為什麼我不喜歡并聯(lián)，依上例如果我們采用300B并聯(lián)的方式以求較大的輸出功率，則300B并聯(lián)之後其極間電容加大兩倍，那高頻的頻率響應(yīng)又大幅下降，劃得來(lái)嗎？



固定偏壓/自給偏壓
我們知道放大電路有自給偏壓與固定偏壓兩種方法。

什麼叫做偏壓﹖

在談及偏壓之前我們似有必要先來(lái)談?wù)務(wù)婵展艿?a target="_blank">供電方式。一支三極放大管至少需要三組電源：

1.燈絲電源：交流或直流均可，我們稱(chēng)為「A電源」。

2.屏極電源：必需是直流，我們稱(chēng)為「B電源」。

3.柵極電源：也必需是直流，我們稱(chēng)為「C電源」。

其中C電源是負(fù)的，因此也稱(chēng)為「C負(fù)壓」或「柵負(fù)壓」。

最早期的真空管A、B、C電源是用電池來(lái)提供的，後來(lái)才改用變壓器整流來(lái)提供。

我們先來(lái)看看真空管的電流是怎麼走的。

請(qǐng)看圖六，圖中并未繪出燈絲的電源。我們可由圖六中見(jiàn)到屏極的電源是由B電池提供，屏極電壓是正的，經(jīng)過(guò)屏極負(fù)載電阻RL到屏極；而柵極的電源是由C電池所提供，電壓是負(fù)的。

真空管的陰極發(fā)射電子，被正電的屏極所吸，屏極的電流經(jīng)由屏極負(fù)載電阻RL、B電池、回到陰極。

屏極的電流大小決定於柵極上的電壓，柵極負(fù)壓值愈低(電壓愈正)，屏極電流愈大；反之，柵極負(fù)壓愈高，屏極電流愈小。我們可由原廠的FIG 3與圖四特性曲線中看出這種關(guān)系。

圖六的偏壓是固定偏壓的方式，我們只要在陰極上加接一支電阻就成為自給偏壓電路。

請(qǐng)看圖七的自給偏壓電路，我們看到自給偏壓電路的柵極并未供給任何電壓，因此對(duì)地之間也是沒(méi)有電壓的，但是自給偏壓電路的陰極對(duì)地之間卻有一個(gè)正電壓，因此同為對(duì)地的柵極與陰極而言，柵極較陰極為負(fù)，其負(fù)壓值就是陰極上的電壓值。由於柵極上不必提供另外一個(gè)負(fù)壓，因此稱(chēng)為自給偏壓電路。

自給偏壓的優(yōu)點(diǎn)：

一、自給偏壓值會(huì)自動(dòng)調(diào)整，因?yàn)樽越o偏壓是在真空管的陰極上加上一個(gè)陰極電阻Rk而產(chǎn)生，會(huì)隨著屏壓的高低而自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)市電電壓升高時(shí)，屏極電壓與陰極電壓同時(shí)提高，因此具有自動(dòng)調(diào)整工作點(diǎn)的功能，并可以防止電流因電壓提高而過(guò)荷，有保護(hù)真空管的功能，工作也比較穩(wěn)定。

二、自給偏壓電路只要加一支陰極電阻就行了，使用的零件少，音染也少。

三、換管子時(shí)不必再調(diào)整偏壓。

自給偏壓的缺點(diǎn)：

自給偏壓的最大缺點(diǎn)是需要提供較高的B+電源。

因?yàn)樗^的屏極電壓Ep是屏極到陰極間的電壓值，因此B+的電壓要加上陰極上的電壓值。例如我們需要供給350V的300B屏極電壓時(shí)，則B+就要加上陰極上的74V電壓值，即350V+74V=424V；但固定偏壓的陰極是直接接地的，只要供給350V的B+電壓就夠了，因此自給偏壓方式的電源利用率低。

固定偏壓優(yōu)點(diǎn)：

一、固定偏壓電路提供的屏極電壓較低，電源的利用率高。

二、固定偏壓大多都設(shè)計(jì)成可調(diào)式，因此可以任意調(diào)整負(fù)壓值，可根據(jù)不同的真空管來(lái)調(diào)出最佳的工作點(diǎn)。

固定偏壓的缺點(diǎn)：

一、固定偏壓需要一組獨(dú)立的電源，因此在電源變壓器需要另繞一組柵負(fù)壓專(zhuān)用的線圈，并且還要再用一組整流電路與濾波電路，使得電路復(fù)雜化，需要增加許多零件。

二、負(fù)壓值與屏極電壓值相差很大，當(dāng)市電變動(dòng)時(shí)，負(fù)壓值跟不上屏壓的上升，而使的負(fù)壓值過(guò)淺，而遭至屏流過(guò)荷，工作較不穩(wěn)定。