2007年4月19日

1.2瓦的獨奏者~第三步

其實
這應該在第一步時就要討論的
當時因為偷懶
所以就只用了文字稍加敘述
可是為了要將此系列文章作為新手的敲門磚
所以就用最原始的方式將線路圖用powerpoint畫出
還好管機線路不是太複雜
所以這篇就當作是第一步的補述了
首先先秀出一張E55L的三極接法的曲線圖
用此圖來推出這台機器的工作點
要找出工作點最好先決定負載組抗
一般來說負載組抗最好是真空管內阻的3~5倍
而內阻可以在真空管的官方資料中查得
但真空管內阻會依工作點不同而有差異
所以先抓個大概即可
從E55L的官方資料上來看
此例中E55L的三極接法內阻大概是600歐姆
所以負載大概是在1.8K~3K左右
但負載太高或太低都會影響到功率大小和失真狀況
所以在此選用2.5K
這樣的負載阻抗是最容易找到合適的輸出變壓器
決定好了負載就在曲線圖上畫上負載線


此曲線圖的橫座標為電壓值
縱座標為電流值
將250V/100mA即得到2500的負載線
劃好負載線後再決定工作偏壓
基本上2.5K負載這條線只要斜率固定
其實是可以上下移動來找出最適的工作點
但是要注意的是不要超過真空管的屏耗
若是超過真空管的額定屏耗那可是會短命的
偏壓的設定要看輸入的訊號大小
當代訊源的輸出電壓都很大
所以我將此例的偏壓設定在-3.5V
以避免輸入時就產生過荷失真
再者這樣的設定可以得到較大的功率
在負載線畫完後可看到其跨過依不同的偏壓值所畫出的曲線
在0V,-3.5V和-7V曲線與負載線之交點處各畫一條垂直於橫座標的線
這三條線交於橫座標會分別對應到一個電壓
-3.5V曲線所交的的電壓值即為此工作點的屏壓
以屏壓與0V和-7V曲線與負載線所交得的電壓值比較
我們會發現兩端電壓與屏壓間的電壓差其實還蠻平均的
可見這個工作點還不錯
這時我們有了屏壓及偏壓
接下來找出偏流
在負載線與-3.5V偏壓曲線的交點向左劃一垂直於縱座標的線
與縱座標可交得一個電流值
這個值就是偏流
而偏流與偏壓就是要來決定陰極電阻的數值
依所敘來看
陰極電阻應該是-3.5V/46mA相當於76歐姆
因為75歐姆的電阻阻值較常見
所以就將陰極電阻設定為75歐姆
這一點小小的差異其實不會比真空管間的誤差來得大的
再來就要看看這樣的工作點可以得到多少功率
這也很簡單
將負載線所跨過最兩端的偏壓曲線之交點分別延伸至橫,縱座標
此時可得到兩個偏流值及兩個偏壓值
而這些點可以和負載線畫出一個三角型
將偏流差乘上偏壓差在除以8歐姆
即得輸出功率
此例的計算即為(212V-50V)*(80mA-16mA)/8 = 1.2 ~ 1.3W
這樣整個放大部分的線路就呼之欲出了
R1是柵阻
大約抓在真空管內阻的10倍上下
所以設為51K
R2是陰極電阻
如之前所述設定在75歐姆
C1是旁路電容
建議用品質好一點的
反正也就用上兩顆
再發燒也不會太心疼
在此我將使用220uF/50V的飛利浦臥式電容
若本夠粗可以依個人喜好自行選擇
使用220uF的電容大概可以讓-3dB點在159/(0.075*220)=10Hz附近
這應該是大多數的喇叭表現不到的頻段了吧
所以是夠低的了


此外
有同好問到如何求出真空管內阻
回答如下:
先參考文中的工作點抓法先找出工作點
再將所求得的工作點上之切線畫出
則此切線之斜率即為該工作點的內阻
放張圖比較容易理解:


本例中的工作點即為圖中135V與負載線的交點
而要畫的切線即是該曲線在此工作點上的切線
我也不敢說這條手繪的切線是否真的是標準切線
但看起來已經相當接近切線的定義了
此外
我習慣將此切線延伸至容易換算的點
最方便的就是讓它交於橫座標
這樣就可以較方便地求出dV/dA
此例:
dV=210V-105V=105V
dA=175mA-0mA=175mA
dV/dA=105V/0.175A=600 Ohm
哈!怎麼這麼剛好
和官方資料中寫的一樣
不過有心的同好不妨試試其他工作點的內阻
您會發現當工作點設定在曲線上越偏離線性的區域
也就是將工作點越往原點的方向移動
那麼該工作點的內阻也會越高
若在曲線越線性的範圍上找工作點
則該工作點切線之斜率也會越逼近曲線本身的斜率
這樣您應該就知道該如何找出失真較小的工作點了吧!
就這樣囉!!
說個秘密
我在設計唱頭放大器中RIAA線路的推算
也是先用此法找到真空管所設定工作點的的內阻後
才能再進一步去決定所有RIAA線路中的零件值
有興趣的同好請再回去看看"刻盤的舞台"中系列文章
http://tw.myblog.yahoo.com/fullranging
至於電源部分就請靜待下回分解囉

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