真空管的幾種基本電路結(jié)構(gòu)

共陰極接地(Common Cathode)電路

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

共柵極接地(Common Grid)電路

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

屏極接地(Common Plate)的電路

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

Cascade電路

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

Cascode電路

兩級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較共陰接地寬很多，因此Cascode電路的頻率響應就要比一般Cascade的共陰接地電路寬許多，而且還不止差一點點。

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、驅(qū)動級、輸入級

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輸出功率級
其實所有的放大器都是功率放大器，只不過由於喇叭是需要很大的功率才能推的動的，因此就需要挑選輸出功率特別大的強放管(或稱功率管)來擔任這個工作，并安排在整個後級擴大機的最後一級，好用來驅(qū)動喇叭。
不過有好就有壞，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，才能通過足夠的電流，因此強放管的放大率就不可能會很高，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7W左右，而其他束射管或五極強放管的放大率也好不到那里去。

由於強放管的增益比較低，并需要很高的輸入電壓來驅(qū)動，才能達到額定的輸出功率，像是我們設計的300B，需要74V的輸入電壓，才能達到7W的滿輸出功率，但是一般前級擴大機的額定輸出才只有幾伏而已，是無法用前級來驅(qū)動強放管的，因此就需要再加一支真空管，先將電壓放大到能驅(qū)動300B的74V，才能讓300B能達到7W的輸出功率，而此時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，稱為電壓放大管。

驅(qū)動級
直接驅(qū)動強放管的放大電路稱為驅(qū)動級，驅(qū)動級最重要的任務是能輸出足夠強放級所需的電壓擺幅，例如WE300B的偏壓為-74時，則驅(qū)動級的最大輸出電壓就需要超過74V以上，才能讓WE300B能有足夠的輸出功率，驅(qū)動級除能輸出強放級所需的驅(qū)動電壓之外，最好還要輸出阻抗低，這是由於強放管的米勒效應(Miller Effect)，也就是級與級之間的電容較高之故！強放管的極間電容愈大，高頻響應就愈差，如果驅(qū)動強放管的輸出阻抗低，米勒效應的影響程度就比較小，尤其是三極強放管的米勒效應比四極或五極管更大，因此驅(qū)動級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)還會提到的，因此我們就要挑選輸出阻抗較低的電壓放大管來擔任。

又強放管的屏內(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放功率管來做驅(qū)動級的，但是這類真空管的放大率通常也較低，又耗電兇，使用與否，端看設計者的觀點而異，以300B的驅(qū)動而言，我認為還用不到小型強放管。

輸入級
通常強放管需要輸入的電壓都很高，像是我們設計的300B就需要74V的輸入電壓才夠，因此通常光只有一級驅(qū)動級的電壓放大還是不夠的，因為驅(qū)動級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)動級之前，再加上一級電壓放大級，才能讓驅(qū)動級輸出足夠電電壓來驅(qū)動強放管，而這安排在後級擴大機放大電路中最前面的一級電壓放大級，稱為輸入級。

選用輸入級真空管的條件與驅(qū)動級差不多，只不過驅(qū)動管的極間電容通常都比強放管小的多，因此前面一級的輸出阻抗并不需要太低，但是還是不能太高。

其實不止是強放級與驅(qū)動級之間，只要是任何兩級之間，都可以用上述的公式估算出頻率響應來，因此我們在選用輸入級的真空管時，也需要用這個公式來演算一番。

原則上，功率輸出級需要的是能輸出較高的功率真空管來擔任；驅(qū)動級需要的是能輸出較大電壓擺幅的真空管來擔任；而輸入級則需要的是電壓增益較高的真空管來擔任。



米勒效應(Miller Effect)
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上面提到驅(qū)動強放管的電壓放大管，除了要輸出擺幅要大到74V或以上之外，還要輸出阻抗低，這是因為強放管的米勒效應(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，高頻響應就愈差，強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)動強放管的輸出阻抗低，影響的程度就比較小，而三極強放管的米勒效應比四極或五極管更大，因此驅(qū)動級的輸出阻抗要更低。

強放管的高頻響應除了與強放管本身級與級之間電容有關(guān)之外，還與前面驅(qū)動級的輸出阻抗有關(guān)，驅(qū)動級的輸出阻抗愈低，功率管的米勒效應愈可以忽視，因此驅(qū)動級除了要輸出擺幅大之外，還要輸出阻抗低。

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

我們都可以用前一級的負載電阻，與後一級的極間電容，計算出其概略的-3db高頻截止點，其公式為：

fc=1/2πRL{Cin+Cgp(1+A)}

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

其中：

fc=後一級真空管的-3db高頻截止頻率，單位是KHz。

RL=前一級真空管的屏極負荷電阻，單位是MΩ。

Cin=後一級真空管的輸入電容，也就是柵極到燈絲之間的電容，單位是pf。

Cgp=後一級真空管的柵極到屏極之間的電容，單位是pf

A=後一級真空管的增益。

由上式即可知前一級的屏極負載電阻愈低，後一級的Cgp愈小，增益愈低，高頻截止點就愈高，換句話說，高頻響應就愈好。

那要如何來選擇電壓放大級(驅(qū)動級)的真空管呢﹖當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。

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，輸出阻抗就會大幅降低。

下列方法也可以降低輸出阻抗，但不符何「張八點」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。

舉兩個真空管的例子：

我們可用最常見的兩種真空管代入上列公式，來看看頻率響應：

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

假設我們用一支rp較高的真空管12AX7/ECC83來驅(qū)動300B，根據(jù)規(guī)格12AX7/ECC83的rp為62.5KΩ，一般三極管的屏極負載電阻RL大多設定在屏內(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，在一個沒有負回授的擴大機內(nèi)，放大電路的頻率響應只到7.4KHz，這支真空管可以用嗎﹖

又假設我們?yōu)榍筝^低的輸出阻抗，所以取其最低的屏極負載電阻，即rp的3倍為屏極負載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，在一個沒有負回授的擴大機內(nèi)，放大電路的頻率響應比輸出變壓器的頻率響應還要窄，這支真空管可以用嗎﹖

又假設我們用一支rp較低的真空管來推300B，例如ECC82，根據(jù)真空管手冊ECC82屏內(nèi)阻在屏壓在250V時，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

這個真空管的頻率響應還不錯，也由此可知，想要頻率響應寬，驅(qū)動級就需使用rp較低的真空管。

又假設我們用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

可知負載電阻愈低，頻率響應寬，但反之負載電阻愈低，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，我們回過頭再來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，那高頻的頻率響應又大幅下降，劃得來嗎？



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談談真空管的供電方式。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，我們稱為「A電源」。

2.屏極電源：必需是直流，我們稱為「B電源」。

3.柵極電源：也必需是直流，我們稱為「C電源」。

其中C電源是負的，因此也稱為「C負壓」或「柵負壓」。

最早期的真空管A、B、C電源是用電池來提供的，後來才改用變壓器整流來提供。

我們先來看看真空管的電流是怎麼走的。

請看圖六，圖中并未繪出燈絲的電源。我們可由圖六中見到屏極的電源是由B電池提供，屏極電壓是正的，經(jīng)過屏極負載電阻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，柵極負壓值愈低(電壓愈正)，屏極電流愈大；反之，柵極負壓愈高，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，因此對地之間也是沒有電壓的，但是自給偏壓電路的陰極對地之間卻有一個正電壓，因此同為對地的柵極與陰極而言，柵極較陰極為負，其負壓值就是陰極上的電壓值。由於柵極上不必提供另外一個負壓，因此稱為自給偏壓電路。

自給偏壓的優(yōu)點：

一、自給偏壓值會自動調(diào)整，因為自給偏壓是在真空管的陰極上加上一個陰極電阻Rk而產(chǎn)生，會隨著屏壓的高低而自動調(diào)整。當市電電壓升高時，屏極電壓與陰極電壓同時提高，因此具有自動調(diào)整工作點的功能，并可以防止電流因電壓提高而過荷，有保護真空管的功能，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、換管子時不必再調(diào)整偏壓。

自給偏壓的缺點：

自給偏壓的最大缺點是需要提供較高的B+電源。

因為所謂的屏極電壓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，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：

一、固定偏壓電路提供的屏極電壓較低，電源的利用率高。

二、固定偏壓大多都設計成可調(diào)式，因此可以任意調(diào)整負壓值，可根據(jù)不同的真空管來調(diào)出最佳的工作點。

固定偏壓的缺點：

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

二、負壓值與屏極電壓值相差很大，當市電變動時，負壓值跟不上屏壓的上升，而使的負壓值過淺，而遭至屏流過荷，工作較不穩(wěn)定。