電路名辭解釋

真空管的六種基本電路結構	功率級/驅動級/輸入級
米勒效應(Miller Effect)	固定偏壓/自給偏壓
電感負載的概念	級間變壓器交連電路
直接交連電路

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。

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。

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。

不管是上述的任何形式，只要兩級或兩級以上的電路並列，就叫做Cascade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。

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。

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，並安排在整個後級擴大機的最後一級，好用來驅動喇叭。

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裡去。

由於強放管的增益比較低，並需要很高的輸入電壓來驅動，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。

直接驅動強放管的放大電路稱為驅動級，驅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，驅動級除能輸出強放級所需的驅動電壓之外，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動級的，但是這類真空管的放大率通常也較低，又耗電凶，使用與否，端看設計者的觀點而異，以300B的驅動而言，我認為還用不到小型強放管。

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動級的電壓放大還是不夠的，因為驅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，因此就還需要在驅動級之前，再加上一級電壓放大級，才能讓驅動級輸出足夠電電壓來驅動強放管，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動級差不多，只不過驅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並不需要太低，但是還是不能太高。

其實不止是強放級與驅動級之間，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)

上面提到驅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之外，還與前面驅動級的輸出阻抗有關，驅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係，並不只是功率級與驅動級，只不過是功率管的極間電容較大，因此驅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：

•並聯真空管，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來驅動300B，根據規格12AX7/ECC83的rp為62.5KΩ，一般三極管的屏極負載電阻RL大多設定在屏內阻rp的3∼7倍之間，我們取其中間值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，放大電路的頻率響應只到7.4KHz，這支真空管可以用嗎﹖

又假設我們為求較低的輸出阻抗，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，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，根據真空管手冊ECC82屏內阻在屏壓在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，驅動級就需使用rp較低的真空管。

又假設我們用ECC82屏內阻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倍之內選擇之。

談到這裡，我們回過頭再來談為什麼我不喜歡並聯，依上例如果我們採用300B並聯的方式以求較大的輸出功率，則300B並聯之後其極間電容加大兩倍，那高頻的頻率響應又大幅下降，划得來嗎？

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。

請看上圖，圖中並未繪出燈絲的電源。我們可由圖中見到屏極的電源是由B電池提供，屏極電壓是正的，經過屏極負載電阻RL到屏極；而柵極的電源是由C電池所提供，電壓是負的。

真空管的陰極發射電子，被正電的屏極所吸，屏極的電流經由屏極負載電阻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係。

上圖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。

請看下圖的自給偏壓電路，我們看到自給偏壓電路的柵極並未供給任何電壓，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。

一、自給偏壓值會自動調整，因為自給偏壓是在真空管的陰極上加上一個陰極電阻Rk而產生，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，工作也比較穩定。

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、換管子時不必再調整偏壓。

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。

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式，因此可以任意調整負壓值，可根據不同的真空管來調出最佳的工作點。

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，並且還要再用一組整流電路與濾波電路，使得電路複雜化，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，工作較不穩定。

自給偏壓的聲音：

自給偏壓的聲音比較輕活，高音比較順，

固定偏壓的聲音：

固定偏壓的聲音速度感較夠，低音結實，低音的控制力，空氣感與定位都好很多。

我們最常見到的真空管放大級大多都是採用所謂的RC loaded stages，也就是用一支電阻做為屏極的負載(RL)，經過交連電容(C)將交流訊號交連到下一級。RL上的電流雖然屬於直流，它實際上包含直流與交流兩種成份，交流成份就是經過真空管放大後的訊號，交流成份流經RL在其上產生一交流電壓降，其波形與輸入訊號的波形相似，但已被放大，RL上的交流電壓就是輸出訊號電壓。

一般真空管放大電路幾乎清一色都採用RC loaded stages的方式，原因很簡單，因為電阻容易買，而且也很便宜。  

但是RC loaded stages有幾個缺點：

1. 通常跨在RL上的電壓都很高，大量電力都消耗在這支電阻上，因此電源利用率非常低，舉例來說，像5842WA-300B電路中，5842WA的屏壓為180V，B+供應電壓為320V，因此跨在RL上的電壓就有140V！

2. 由於RL跨壓高，溫度也高，像5842WA大電流的電壓放大管通常都需要使用高瓦特數的電阻，不但會很燙，而且大瓦特數的電阻聲音也比較粗(在5842WA-300B或5842WA-211的電路中，5842WA的RL需要用到6W的電阻)。

3. RC loaded stages的實際放大倍數比真空管的μ值要低很多，約只有μ值的七成左右，例如5842WA的μ值為45，實際上的放大率只有45×0.7=31.5倍。

為了要有更高的增益，我們可以採用屏極電感做為負載，也就是所謂的" LC Loaded"，就是用屏極電感取代屏極電阻，最大好處是放大倍數幾乎等於m值的九成，即使CD直入也有足夠的增益。

所謂LC loaded stages就是用電感(L)做為屏極負載所組成的放大電路，屏極電感與電源電路的抗流圈不同，因為屏極電感是做為音頻的用途，因此正確的名辭為"Audio Frequency Choke Coil "，亦即音頻抗流圈之意。

那麼LC loaded stages有什麼好處呢?

LC loaded stages具有下列優點：

1. 音頻抗流圈的直流電阻很低，屏極電壓幾乎就等於B+電壓，一般跨在音頻抗流圈的壓降約只有在5~10V之間而已，因此可用較低的B+供應電壓，電源利用率高。

2. 音頻抗流圈完全不會發燙。

3. 音頻抗流圈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(比SRPP電路略高，比Mu-Follow略低)。

4. 音頻抗流圈負載的最大輸出擺幅比電阻負載大很多，以5842WA-300B或5842WA-211的電路實際測試為例，5842WA以電阻負載時的最大輸出約為130Vp-p左右，用音頻抗流圈負載時的最大輸出擺幅高達200V p-p，而用45Π-E音頻抗流圈負載時的最大輸出擺幅 更超出300V p-p以上！！

但是音頻抗流圈也有缺點：

1.音頻抗流圈在音頻範圍的低端阻抗較小，增益較低，換句話說，也就是音頻抗流圈的低頻響應較差。

2. 音頻抗流圈的線圈分佈電容有分流作用，因此高頻響應亦較差。

因此我們使用LC loaded stages時，需要特別慎重選擇最適當的電感值，以及製作出寬頻帶的音頻抗流圈。

音頻抗流圈的製作並不容易，因為要有足夠的低頻響應，音頻抗流圈的電感量通常要大到幾十亨利甚至上百亨利，如以一般的鐵心製作，不但鐵心必需很大，而且繞線也需要多，這樣製作出來的電感不但體積大，而且由於繞線多，高頻響應會很差，因此非得採用特殊的鐵心來製作不可，那就是採用最昂貴，但是效率卻最高的鎳鋼片，很小的體積就可獲得極大的電感量，因此繞線也不必要多，再加上採用鐵弗龍做為絕緣材料，分佈電容更得以降低，因而使得高、低頻都得以改善，因此採用LC loaded stages並非不能，而是需要高價的材料來製作。

採用LC loaded stages時，最好配合低內阻的真空管，因為真空管內阻愈低，電感量可用的愈低，感量愈低，繞線也較少，對高頻也有利。像我們採用的5842/417A內阻為1.8K，雖然已屬低內阻的真空管，但音頻抗流圈至少需要80H以上的電感量才夠，而用45Π-E時只需40~50H就夠了。

級間變壓器交連電路

放大器有下列幾種交連方式：

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，但級間變壓器不僅可使用於較大型出力管，較小型的出力管如300B、2A3、50等中小型管亦 採用級間變壓器驅動，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，而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。

以前我們對級間變壓器的印象並不好，那是因為採用的鐵芯不好，但如採用鎳鋼片製作級間變壓器 就沒有這個問題，日本的級間變壓器幾乎清一色都是用鎳鋼片製作的，就是這個道理，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。

直接交連電路

直接交連電路 就是兩個放大級之間沒有電容或變壓器的阻隔，而是直接由前一級交連到下一級的電路，直接交連電路設計時需把第二級的陰極電壓加上第一級的屏極電壓。

直接交連電路優點是少掉電容器或變壓器的音色渲染，且不會產生相移失真，頻率響應也不會受交連電容或變壓器的限制。

如此說來直接交連就一定好了?

不一定！直接交連電路 也有許多缺點︰

1. 工作不穩定︰直接交連的兩支真空管如有其中一支因特性不同而會導至另一支真空管的工作點也不對，因此直接交連電路必需嚴挑真空管才能正常工作，且時間久了之後，兩支管子衰老程度不同也會造成工作不穩定。

2. 換真空管時也是如此，您不能享受隨時更換不同廠牌真空管的樂趣。

3. 直接交連所需的B+電壓要高很多，因為需要加上驅動管的電壓，例如300B典型的B+電壓為420V，驅動管的電壓如需150V，則B+電壓就要提升到420+150=570V。 又如2A3原本屏極到地電壓為295V，驅動管的電壓150V，則B+電壓就要升到295+150=445V，因此電源變壓器、濾波電容都需加大，成本高出甚多。

4.  直接電路不能享受換不同的交連電容來調整自己喜歡的音色。

5.  直接交連電路的聲音比較直接，缺少韻味，中頻比較薄。