科學角度看音響5：真空管、電晶體實作差異性，電壓、電流、電阻關係式

電晶體與真空管配置不同

反觀電晶體，如果接成像真空管單端系統一樣，那麼問題就會有點大。首先，系統必需要有電壓，電晶體又沒有人在裝輸出變壓器，所以若是我們想做一台一樣約20W的系統，電壓就必需最少在12～15V之間。我們回頭看圖，Nelson Pass先生認為這顆電晶體聲音最好的區塊在Vg=-1V左右，我們看清楚來，Vg的變化只有0.5V就會讓電晶體的IDA變化從5A跳到20A，若是我們縮減Vg變化量，把輸入電壓先減小到0.1V左右，再接上電源，VDS=12V自然當場爆表。照筆者的經驗，電源一接上就會爆出一陣青煙，然後就再起不能，因為晶片燒了。

這是為什麼呢？因為Vg=-1V的時候，光是在VDS=4V的情況下，電晶體就會通過5A的電流，而電流的變化在Vg=-0.9V時僅僅為6A，也就是電晶體放過的電流比可用的電流變化區間還大得多。想想此時系統通上的電壓可是有12V，電晶體可能會放超過20A的電流通過，電晶體的功率可能會超過150W。這造成了一個大問題，我們要使用電晶體時，必然要加限制電流的電阻，但這個電阻又會吃掉不少電壓，造成輸出端無法有足夠的電壓變化，必需要用其它方法解決這個問題。

▲圖C

A類單端真空管設計範例

我們就再以KT-88為例來經驗一下設計者要考量到的鳥問題：要如何選工作點？如何開始？如何選偏壓？如何推動功率管？小編再度把單端A類擴大機圖例拿出來，我們現在選定的等效負載阻抗是1500歐姆，用的管子是KT-88，高壓端一般都有500V左右。第二柵極按原廠指示使用300V，走五極管模式。

先決定工作點

首先，要決定柵極輸入電壓的問題，剛剛我們在圖A中看到了，線性表現最漂亮的一段在Vg=-20～-35V之間，所以我們決定使用Vg=-27.5做為訊號零點。當訊號為正則對映到-20V～-27.5，訊號為負則對映到-27.5～-35。此時的電流變化量約在145mA到55mA，總變化量=90mA。因此輸出變壓器感應到的電壓為135V，功率最高為12.1W。若是我們覺得這功率不夠大，就得再把使用範圍往上移一點，用到Vg=-17.5～-35V，此時電流變化是由160mA～55mA共105mA，功率就會變為16.5W。但此時若開很大聲就會有些許的高次諧波失真被聽到。

拉高偏壓的2種方法

那麼如何才能把真空管偏移到這個工作點呢？假設我們選定-20V～-35V的範圍，那麼在訊號為滿載時偏壓點Ｘ的電壓就應該為35V，同樣有2種方式可以拉高偏壓。第一種就是使用固定偏壓直接接上27.5V的電源，第二種就是用升壓電阻，也就是要在訊號為零，電流為100mA時，通過時產生約27.5V的電壓，電阻值就等於275歐姆等等。記得小編說過吧，這裡的電壓可是會改變。

因此在這裡的電阻值就看設計者的理念了。光是看小編的需求，小編希望在零值平均電流的情況下有27.5V的偏壓，但是在最大電流流過時其實會產生40V，而最小電流時則會產生15.1V。此時馬上看見大問題，原來利用電阻產生偏壓會產生這麼大的誤差。我們現在只能基於聲音產生的原理，也就是聲音沒有直流，每個波只要有+V的變化必然會伴隨-V的變化，所以可以假設電流經過濾波電容後，多半會停留在100mA的零點附近。

▲表格

如何推動功率管

表格中有個欄位為輸入值，其實就是由前一級而來的輸入電壓值，由於輸出級的電壓都經過隔離，所以必然是以0為中心往正及負二端擴大。如果我們需要用到的電壓遠遠高於前面一級能輸出的，就必需使用另一組放大管先做一級放大。驅動功率管最方便的方式當然是再用1組真空管，一般而言我們買的小訊號管就是這種作用，它的放大倍率計算和功率管是一樣的方式。

唯一的不同在於大多是使用電容交連到下一級，而且在下一級看到的輸入阻抗是非常大，可達到約數百K歐姆之譜，因此沒什麼電流量大小和負載線斜率的問題。一般音響設備輸出電壓準位大多在2VRMS以下，也就是大多是介於+5.6～-5.6V之間，還需要稍做放大才能套用到我們現在使用的設定中。在這我們要的是+7.5～-7.5V的區域。在這裡要提一點，通常設計者不會只放大這麼剛好的倍數，因為我們看到的數值都是最大峰值，如果都用這樣子放大，那麼音響就都得轉到很大聲才會有聲音。很多設計者會弄成放大2～3倍以上，這樣帶來明顯的副作用，也就是音源轉到最大聲且音量控制旋扭也轉到很大聲的時候，聲音就會破掉。單靠音量旋扭轉到最大聲是否破音，藉此判斷音響好壞是很笨的事。

許多訊號小管都可以很方便地推動KT-88，如果用電容交連法，也就是用電容器做直流電壓隔離，就會需要交連電容，在此用的電容就會嚴重影響聲線。若是使用直接交連，那線路設計就非常困難，因為前一級的輸出大多會落在30V左右，偏壓點又得重新算過，同時也很容易因為前一級管子有問題就把後一級燒掉了。所以小編不敢搞直接交連。

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