玩盡211三極管

6C45Π-E 級間變壓器交連

211 SE A₂固定偏壓擴大機

如果有人覺得這麼大的211輸出功率只有12W是不是有點浪費了呢。是的， 因為211允許柵極產生柵流，也就是可以工作於A₂ 放大， 輸出功率將會大幅增加，何樂而不為呢!!!

另外， 為了能有更有效的電源利用率，這個版本也改用固定偏壓的方式，在未改A₂ 放大電路之前， 我們先來比較一下自給偏壓與固定偏壓的聲音究竟有何不同。

固定偏壓與自給偏壓的比較

在電路名辭解釋一文中，我們曾提過自給偏壓電路即是在真空管的陰極上加上一個陰極電阻Rk而產生，優點是偏壓值會隨著屏壓的高低而自動調整， 當市電電壓升高時，屏極電壓與陰極電壓同時提高，因此具有自動調整工作點的功能，並可以防止電流因電壓提高而過荷，有保護真空管的功能，但是自給偏壓的缺點是電源 利用率低，因為屏極電壓Ep是指屏極到陰極間的電壓值，而不是B+的電壓值，因此無形中就浪費了陰極電阻上所產生幾十伏的電壓，因而使得輸出功率較低。

由自給偏壓改為固定偏壓並不困難，只要增加負壓供應電源即可，由圖我們可以見到電源變壓器的負壓線圈組，經過二極體的整流，再經過一組平衡式的濾波電路，以及一組可以調整輸出電壓的電路，即可獲得211柵極上所需的負偏壓值C-。

改為固定偏壓後，除了輸出功率較高之外，失真度也較低， 陰極上的電阻是做為測量211的靜態工作電流之用，只要調整負壓電路中的VR即可調整強放管的工作點。

改為固定偏壓之後的聲音與自給偏壓的比較又如何呢? 相信這是大家最關切的問題。

根據我們的實際比較，自給偏壓的聲音比較輕鬆，柔和，高頻比較圓順，而固定偏壓 的聲音比較強勁有力，速度比較快， 低音較結實，音場規模感與動態都大很多。

A1與A2

我們知道音頻用途的放大有A類放大，AB類放大與B類放大三種，其中AB類中又有AB₁與AB₂之分，但您知不知道A類放大中也有A₁與A₂之分呢 ?

A₁與A₂之分別在於柵極偏壓有沒有驅正，若柵極電壓永為負壓，屏流在任何時間都能流通，此放大類別的右下方加一「1」字；若柵極偏壓可由負趨正，趨正時的柵極即產生電流，此放大類別可在類名的右下方加一「2」字。

通常如不特別指出為A₂時，則一般通稱的A類均屬A₁類放大，如果您還不明瞭，且看下面的說明：

當一個訊號輸入到真空管的柵極時，屏極即隨著變化，真空管特性規格中的柵壓-屏流特性曲線(Eg-Ip曲線)就是用來表示真空管柵極電壓與屏極電流的關係，各種真空管各有不同的Eg-Ip曲線， 我們先以300B的特性來加以說明，下圖就是300B的Eg-Ip曲線圖。

↑300B Eg-Ip曲線特性曲線圖

真空管放大器的柵極偏壓通常都選在特性曲線的直線部份，也就是訊號的正半週最大只到0偏壓線，如果工作點選的正確，如此不論是訊號的正半週與負半週都可以獲得同樣的放大，300B也自不例外。

例如我們選300B的工作點為-70V，則最大訊號時的正半週在0至-70V之間，負半週在-70V到-140V之間，亦即峰到峰值為0~140Vp-p，只要在這訊號範圍之內，其輸出波形的正負都不會被切。

↑正負波形都不被切

如果輸入的訊號過強，峰到峰值超過140Vpp時，則訊號在柵極的正半週電壓只能到0偏壓線，超過的電壓將使偏壓無法升起，柵壓不能增加，屏極電流就不能隨著增加，因此輸出的正半週波形就被切，如下圖：

↑正波形已被切

以上為300B為例，但有些真空管可以允許柵極帶正電壓， 如211，573，805等，此等真公管的柵極一驅正，就會吸引電子，在柵路中產生電流，如何知道真空管可允許正偏壓呢，只要看真空管的特性曲線圖即可明瞭， 例如像211的特性曲線圖，偏壓線到0偏壓線之後還一直往左邊的正壓走，如下圖所示 ：

↑211特性曲線圖

以SV572-3的特性曲線圖為例，我們可見到A₁偏壓的範圍為0V至-170V，而A2偏壓的範圍為+40V至-170V，驅動級的擺幅就要比A₁大40V之多，看起來似乎只要驅動級能增加40V的擺幅就夠了，但實際上572-3的柵極也會產生柵流(請看特性曲線圖的最右邊)， 並不是只要加大擺幅就能使柵極產生柵流，而同時驅動級的輸出要能使強放管產生足夠的柵流能力才行，因此驅動級的設計就甚為重要了。我們知道訊號在負半週時，在柵級呈現的阻抗是非常高的，但當訊號在正半週時，此區域的阻抗就變得非常低，而且是不定的，因此除非驅動級的輸出阻抗非常低，否則失真會很大，驅動級的輸出阻抗愈低，失真就愈低。

有一個網站裡面有一篇211製作一文中寫到： "A1 區14W，A2 不計功率，這個一大一小的波算功率?? 我不承認"!!!

為什麼他的211在超過14W後的輸出的波形會一大一小呢?

有兩個原因， 第一個原因是他的驅動級輸出能力不足，第二個原因是他的211的工作點不是設定在A₂的範圍，如果驅動級的驅動能力夠，211的工作點改為A₂的工作點， 即使輸出功率高達30W， 甚至到40W，其上下波也 可同時切的。

因此一大一小的輸出功率不僅是只有這位網友不承認， 其實任何人都不會承認的!!!。

其實這14W的輸出功率已經屬於A₂的範疇了，您可再回顧一下原廠推薦的工作點實例卽知。

話回正題，驅動級如再用5842/417A就不能適用於A₂放大電路了，那怎麼辦呢?

更換驅動管!!!

更換驅動管的原因有三：

一、更低的輸出阻抗

我們曾多次提到強放管的極間電容較大，尤其是三極強放管，而極間電容又與頻率響應與及驅動級的輸出阻抗有關，驅動級的輸出阻抗愈低，頻率響應愈佳 (詳情請參考米勒效應一文)。

二、更足夠的輸出擺幅

雖然5842WA的輸出擺幅要比417A大一些，再加上採用屏極電感而使得5842WA的最大輸出擺幅達到極致，但是用來推A₂類放大還是勉強。

三、更足夠的輸出電流

A₂類放大最主要的是會產生柵流，因此驅動級要能提供足夠的電力才能使輸出功率更大。

電力(功率)輸出的基本概念：

以下是解釋上三項目的基本概念。

一、當負荷電路的阻值等於電源內阻時的輸出電力最大。

假如有一個2V的電池，它的內阻是1Ω，我們分別用1Ω、2Ω、0.5Ω的負荷電阻R接到這個電池上，看看這電池輸送給R的電力分別是多少?

由圖我們可見電池的內阻是與外接負荷電阻是串聯的，也就是電池的內阻是全電路

總電阻Ro的一部份。

1. 負荷電阻為1Ω時：

Ro=1+1=2Ω

通過此電路的電流：

I=E/Ro

=2/2

=1A

此時這負荷電阻R得到的電力(電池輸出的輸出電力)：

P=I²R

=1²x1

=1W

2. 負荷電阻為2Ω時：

Ro=1+2=3Ω

通過此電路的電流：

I=E/Ro

=2/3

=0.67A

此時這負荷電阻R得到的電力：

P=I²R

=0.67²x2

=0.9W

3. 負荷電阻為0.5Ω時：

Ro=1+0.5=1.5Ω

通過此電路的電流：

I=E/Ro

=2/1.5

=1.33A

此時這負荷電阻R得到的電力：

P=I²R

=1.33²x0.5

=0.88W

由上面三個例子可見當負荷電路的阻值等於電源內阻時的輸出電力最大，這個道理亦可用於真空管。

二、內阻愈低，輸出電力愈大。

例如有兩個真空管的內阻分別為1000Ω與2000Ω，輸出的電壓同樣是200V的情況下，那一支真空管能輸出較大的電力?

我們已經知道當負荷電路的阻值等於電源內阻時的輸出電力最大，因此我們就用真空管內阻相同的阻值做為負荷，亦即內阻1000Ω的真空管接1000Ω的負荷，內阻2000Ω的真空管接2000Ω的負荷，讓我們算一算兩支管子的最大輸出電力：

1. 1000Ω內阻真空管最大輸出電力：

Ro=1000+1000=2000Ω

電路流通的電流：

I=E/Ro

=200/2000

=0.1A

最大輸出電力：

P=I²R

=0.1x0.1x1000

=10W

2. 2000Ω內阻真空管最大輸出電力：

Ro=2000+2000=4000Ω

電路流通的電流：

I=E/Ro

=200/4000

=0.05A

最大輸出電力：

P=I²R

=0.05x0.05x2000

=5W

由上可見以同樣的輸出電壓而言，真空管的內阻愈低，輸出電力愈大。

三、內阻相同，輸出電壓愈高，可供的電力也愈大。

假如有兩支真空管的內阻同樣為1000Ω，其中一支最大輸出電壓為200V，另一支為300V，那一支真空管的輸出電力較大?

1. 最大輸出電壓200V真空管：

P=I²R

將I=E/Ro代入上式：

P=(E/Ro)²R

=(200/1000+1000)²x1000

=10W

2. 最大輸出電壓300V真空管：

P=(E/Ro)²R

=(300/1000+1000)²x1000

=22.5W

由上可見真空管的內阻既小，輸出電壓又高，則這支真空管的輸出電力就一定是比較更大。

這也是我們要找一支內阻更低與輸出擺幅更大的驅動管。

LC-Loaded亦是內阻愈低愈好!!

裝過211 Ver.的朋友們都一致認為用屏極電感負載的聲音要比用電阻負載的聲音好，除了聲音較為有勁之外，也較為清晰，透明，細節也較多，但是缺點是低頻的量感較為不足，這是由於我們的屏極電感量只有50H之故。

有人曾問我們使用屏極電感有沒有公式可計算?

有!!請看下面的公式：

fo=Rp / 2 ´ p L

其中Rp為真空管的內阻，L為負荷電感的感量。

但是這個公式將會因各種複雜的因素而使得計算出來的數據並不準確，因此只有根據實際經驗來決定，例如5842WA內阻約在1800Ω左右，需要至少80H左右的電感量，低頻才會夠，像6SN7等內阻為7700Ω的真空管，需要 更高的電感量才夠，當然電感量愈高，繞線就愈多，高頻響應就較差，因此最好的辦法是選用更低阻的真空管，真空管的內阻愈低，例如在1000Ω以下，則只要有40H左右的屏極電感，低頻響應就已經非常好了。

曾經有人問過我們，為什麼輸出變壓器的功率容量與初級感量劃上等號? 答案就在這裡，輸出變壓器的功率容量愈大，初級感量就愈大，除此之外，輸出變壓器的功率容量愈大，變壓器磁飽和的現象也愈低，低頻當然會更好。

超級低內阻、高放大因素真空管

有沒有比5842內阻更低與輸出更高的高放大因素真空管呢?

有!!

但不是像300B、2A3等三極管，或是像6L6，EL34等五極管接成三極管之類的真空管，雖然這些真空管的內阻都在1000Ω以下，而且擺幅也足夠用以驅動A₂類放大的211，但是這些真空管的μ值都不高，都必需再增加一級放大才有足夠的增益，要做兩級放大的驅動管就必需一支內阻低，輸出擺幅高與m值高的真空管。

那是什麼真空管?

美國的WE437A，英國的3A167M，或歐洲軍用規格的CV5112，以及最近年來歐洲全新設計的6C45Π-E，這些真空管的內阻都只有900多Ω ，μ值都在40以上，而且跨導也都比417/5842更高，同時也都是單三極真空管，其中WE437A與STC 3A167M及CV5112的規格非常類似，且讓我們來看看他們的規格，並且與5842做比較。

由上表我們見到WE437A的最大屏耗高達7W(5842為4.5W)，最高屏壓250V(5842為180V)，跨導43000(5842為25000)，而內阻更低到950W(5842為1800W)，可見WE437A的規格樣樣都比5842/417A好。

那為什麼不用呢?

原因只有一個，就是價格太高，美國WE新廠再製的WE437A每支350美元，約台幣一萬元左右，而舊型WE437A或甌洲編號的3A177M/CV5112的價格也便宜不到那裡去，大約要六千元左右一支，而且還很難買到。

那，還有沒有其它的真空管呢?

有!!

那就是6C45Π-E!!!

同樣是單三極管，而且管座也是最常用的9P管座，而不像WE437A需要用到特殊規格的大9腳管座，且讓我們來看看規格：

由上表可見這支真空管的最大屏耗更大，內阻更低，最重要的是放大因素m值更高達52，而且價格還甚為合理，因此這次的211 什麼都不換，只換一支真空管，根據我們的實測，這支真空管最大輸出擺幅可高達315Vpp，堪與300B，2A3，或EL-34，6L6GC抗衡，而m值卻又是這些管所不及的。

在台灣，417A/5842真空管是我們最先提倡及推廣的，這次我們更進一步，提 倡更好的單三極真空管6C45Π-E!!!

級間變壓器交連電路

除了更換驅動管之外，我們也改為級間變壓器交連電路，為什麼呢?

我們先來談談放大器有哪幾種交連方式。

1. 電容交連

2. 變壓器交連

3. 直接交連

這三種方式採用最多的是電容交連，再 來為直接交連，而較少採用的是變壓器交連，交連變壓器又稱級間變壓器(Interstage Transformer)，之所以較少採用級間變壓器的原因是造價太高，因此只用於較為特殊的電路，例如A₂類放大，或較大型真空管，但日本人卻很喜歡用級間變壓器，不止用於較大型出力管，較小型的出力管如300B、2A3、50等中小型管亦用級間變壓器驅動，原因無他，因為級間變壓器有其他兩種交連電路所沒有的好處，且讓我們來分析一下：

採用級間變壓器好處之一是變壓器的初級直流電阻非常低，因此可用較低的B+供應電壓，電源利用率高。好處之二是變壓器完全不會發燙。好處之三是變壓器負載對屏極電流交流成份的阻抗非常大，因此可獲得幾乎與真空管μ值差不多的放大率，也因此最大輸出擺幅比電阻負載大很多， 尤其是A₂類放大 需要較大的輸入擺幅，其實這幾個優點都與使用屏 極電感一樣。

除了上述的優點之外，級間變壓器卻也有屏極電感所沒有的優點，其一是級間變壓器可以升壓或降壓，其二是級間變壓器可以做阻抗匹配的工作，其三是級間變壓器可以傳送功率，就如同輸出變壓器一樣，後兩點與推動A₂類放大很有關聯，因為A₁類放大的輸入電阻接近無限大，因此柵極是沒有電流的，不會從前一級吸取電流，因此並不需要功率來驅動，而A₂類放大當柵極驅正時會自前一級吸取一些電流，此時的輸入阻抗也會降到極低，因此前一級需要功率來驅動，此時級間變壓器就能產生最大的功能了，因為級間變壓器與輸出變壓器一樣，可以提供功率給A₂時的柵流。

我們知道交連電容器是有通過交流而阻隔直流的作用，因此曾有網友提出A₂類放大不能用電容交連的說法，這是對的，但卻對了一半，因為用較大一點數值的交連電容與用較低一點的柵極電阻還是可以讓211產生A₂的動作的，只不過此A₂的動作較淺，因此有人稱之謂"Soft A₂"。當然，如需較深的A₂就不能再用交連電容的方式了，有兩種方法，一是陰極隨藕直接交連，一是級間變壓器交連，本次的製作採級間變壓器交連方式。

級間變壓器也是一種只能傳遞交流而不能傳送直流的元件，由於級間變壓器的初級連接驅動管的屏極，需通過DC，因此初級線圈必需要在磁氣回路中要有空氣間隙以免磁飽和，否則會失真。

以前我們對級間變壓器的印象並不好，我們曾與張俊哲君試過用級間變壓器推300B，結果聲音既霧又髒，直到有一天，一位已裝過數十台211或更大型直熱三極管的前輩告訴我，用鎳鋼片製作的級間變壓器聲音很乾淨，日本的級間變壓器幾乎清一色都是用鎳鋼片製作的，可以試一試，因此就找了一對Tango NC-20的級間變壓器來推211，結果果然聲音乾淨清楚，而且勁道不是交連電容可比的，因此開始對級間變壓器有了信心。

雖然如此，我們對日系變壓器的音色並不滿意，主要是日系變壓器的頻寬雖足，卻韻味不夠，因此我們決定自己繞製級間變壓器。

影響變壓器音色的除了鐵心之外就是絕緣材料，當然，用鎳鋼片已是極究，只有從絕緣材料下手了，因為絕緣材料的介質對於聲音的影響也非常重大的，不管是理論上或實際上，絕緣材料的介質係數愈低愈好，最好的絕緣材料當然是空氣，介質係數只有1，一般變壓器常用的Mylar絕緣材料介質係數在6左右，而絕緣材料中除了空氣之外最好的是鐵 氟龍，介質係數只有2左右，而有一種更特殊的鐵氟龍是網狀鐵氟龍，而使得介質介質係數更低，只有1.2左右，已非常接近空氣的介質，這就是我們所稱的特殊絕緣材質。

如果您想比較鐵氟龍的音色的話，可比較RelCap聚丙烯 電容與鐵氟龍電容的聲音便知，但鐵氟龍的電容幾乎是聚丙烯十倍的價格，可見好聲是需要代價的。

如果您 想增加一支300B、2A3純三極管、或EL34、6L6、6V6、6F6、6550/KT88等接成三極管作為驅動時亦可，但前面需增加一支電壓放大級。

本機的整個電路圖如下：

至於使用零件，請參考5842WA RC Loaded 211se-A₁自給偏壓兩級放大擴大機內文說明。