中國科技開發(fā)院廣西分院 林成剛

1.概述

上世紀60年代之前曾經(jīng)風(fēng)靡全球的電子管，如今已基本被晶體管或集成電路所取代，但電子管音響?yīng)毺氐囊羯珡膩聿环ψ冯S者。圖1是一張經(jīng)典的電子管放大器電路圖，筆者曾經(jīng)與許多玩機幾年的新手和玩機多年的老燒就有關(guān)信號走向或信號環(huán)路（回路）等進行交流，部分燒友給出的答案出乎意料，對電路分析概念，對電子管電路的放大原理等了解不多，部分燒友主要通過音響論壇了解膽機的制作方法，憑著一股興趣和毅力把玩膽機，對電路中各器件作用知之甚少，基本知識的缺乏讓人擔(dān)擾。

放大器運行存在暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)之分，工作正常的放大器其穩(wěn)態(tài)直流電無法流經(jīng)電容，而輸入的音樂信號為瞬變暫態(tài)（交變信號）電容阻力小，故穩(wěn)態(tài)直流電與瞬變暫態(tài)信號有不同的電路表現(xiàn)，由此產(chǎn)生信號環(huán)路概念。膽管和晶體管的放大原理是一致的，交變信號環(huán)路上的任何器件都將直接影響交變信號的運行，是影響聲音質(zhì)量的最直接因素。因此，理解信號環(huán)路原理是做好膽機和石機的基礎(chǔ)。

以下筆者按照信號環(huán)路原理，分析各種信號在傳輸過程中的相互干擾狀況（不分析有關(guān)負反饋、射極輸出等），從原理上了解各種信號干擾對聲音的影響。

2.信號傳輸

任何工作正常的電路都存在一個最佳的工作環(huán)路，環(huán)路斷裂將導(dǎo)致電子流中斷電路無法正常運行。分析電路有一個閉合環(huán)路的概念，電子管放大器也同樣如此，電路工作的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)對應(yīng)電子管放大器的直流與交變兩類信號狀態(tài)，直流提供工作基礎(chǔ)，交變即為輸入的音樂信號是我們要聽的“聲音”。

以電壓放大級為例，直流狀態(tài)閉合環(huán)路見圖2紅線所示。直流從B2經(jīng)R3－V1－R2－T1－V3－R7－R9最終回到B2，形成了一個直流通道閉合環(huán)路，這個似乎并不難理解。當(dāng)V1管子工作點建立之后，直流通道處于穩(wěn)定狀態(tài)，其工作點即為交變信號放大的基準點，放大后的交變信號圍繞這一基準波動。

信號輸入后電壓放大管的交變信號環(huán)路見圖3示。信號輸入V1后引發(fā)電子管陰極到陽極間的電子流數(shù)量變化，導(dǎo)致V1管工作狀態(tài)隨輸入信號而變化，形成信號的放大效應(yīng)。波動的“信號”經(jīng)V1－R2－C5－B2－R3，最終回到V1，形成交變信號的閉合環(huán)路。交變信號之所以如此運行，是因為輸入V1的交變信號引起V1電子流變化即V1的電流變化，變化的電流按照最小阻力原則形成閉合回路，我們從圖3可以看出V1－R2－C5－B2－R3－V1是交流最小阻力回路。

3.信號干擾

3.1 級內(nèi)信號干擾

將圖2與圖3合并后見圖4，虛線分別為電壓級直流傳輸線和交變傳輸線，兩條虛線有部分重疊干擾。

不改變電路原理，我們將圖3中的C5換一個位置，見圖5，其交變信號環(huán)路如圖中虛線所示。顯然，圖5更直觀更明確表達了各器件在交變環(huán)路中的作用，我們發(fā)現(xiàn)C5在圖3中起濾波的作用，在圖4中是有用的交變信號必經(jīng)之路。因此，C5這一電容同時擔(dān)負著有用交變信號通路和交流紋波旁路的作用，存在明顯的信號交疊問題。

3.2 級間信號干擾

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

電壓級直流與功率級交變傳輸線如圖6示，虛線有許多相互交疊干擾的地方。類似的，級間交變信號存在類似的干擾問題。

兩條虛線兩路電子信號在導(dǎo)線中發(fā)生著你我看不到也不期望的碰撞，功率級的強信號削弱或淹沒電壓級弱信號，導(dǎo)致聲音“蒙”、不清晰，音樂的細節(jié)在你我不斷升級投資摩機的持久戰(zhàn)中早已注定被電子“撞”掉了。同時，直流中的交流紋波成份疊加到電壓級和功率級，是討厭的交流嗡嗡聲的主要來源，即使加大投資C3、C4、C5也很難處理干凈這種因信號交疊而產(chǎn)生的交流嗡嗡聲。

與C5類似，C4既要負擔(dān)濾波又要讓有用的信號通過，同樣存在信號交疊干擾問題。

4.電路優(yōu)化

4.1 優(yōu)化思路與方法

從常見的電路圖可以看出，存在交流紋波與輸入信號干擾的C4和C5主要置于電源部分，電源部分是最常見、最容易忽略的信號交疊最嚴重的地方，電源不僅提供電路工作的電壓和電流，而且還參與交變信號環(huán)路的工作。既然信號交疊無法避免，那么通過器件接入點的優(yōu)化減小信號環(huán)路和相互影響，尤其是盡可能避免前后級強弱信號環(huán)路的交疊將是電路設(shè)計的要點之一，對無法避免產(chǎn)生交疊的地方必須弱信號、有用信號優(yōu)先，以減少信號間的相互干擾。接入點優(yōu)化的宗旨是避免信號環(huán)路的相互干擾，讓信號盡可能按我們設(shè)計的路線運行。

圖5給出了實際解決問題的思路和辦法。從交變信號環(huán)路原理不難理解，輸入信號經(jīng)V1放大后，在負載R3兩端產(chǎn)生交變壓降，導(dǎo)致V1陽極電位處于交變狀態(tài)，C1通過V1陽極電位變化將變化分量偶合至C1的另一極板形成信號輸出。理想狀態(tài)下，只要V1正常工作，V1、R3和C1這三個器件能完全反映和輸出該級的交變信號。因此，V1放大器信號交疊現(xiàn)象最少的優(yōu)化環(huán)路如圖7所示，交變信號環(huán)路中沒有一個多余的元件。

圖8是由圖1按信號環(huán)路初步優(yōu)化后的接線圖，對各元件的接入點進行了優(yōu)化，圖中也給出了交直流信號環(huán)路。經(jīng)優(yōu)化后的電路圖只是移動了幾條線和C4、C5二個電容的位置，但每個接入點都經(jīng)過了精心的設(shè)計，避免了原圖公共地線上多種信號的交疊以及減少了環(huán)內(nèi)交直流的相互影響，前級與后級環(huán)路分離，基本杜絕了前后級間干擾，實現(xiàn)了交變環(huán)路最短、交直流交疊最少的目的。

4.2 實際應(yīng)用電路

把圖8清理整潔完善之后見圖9。圖中清晰地顯示了該電路由電壓放大級、功率放大級和電源三個模塊組成，電壓與功率模塊間由交聯(lián)電容連接。交聯(lián)電容的意義在于電位變化量的傳輸，將上一級負載電阻下端的電位變化忠實、實時地反映（傳輸）到下一級，交聯(lián)電容必須有快速的反應(yīng)能力，具備高速充放電的特性。

圖9是筆者多年應(yīng)用于6550膽管的原理圖，特點是易制作、易出好的效果。但是，該電路對電源的要求極高，電源的紋波將流經(jīng)V1、V2管的陰極電阻引發(fā)管子電壓的波動，50Hz哼聲將極易聽聞，解決這一問題的方法是在V1、V2陰極電阻上并一個與C5、C4基本相同的電容C5’、C2，C5’、C2不再像圖1電路是控制音質(zhì)的電容，而僅是起到交流旁路的作用，不再參與交變信號的環(huán)路，影響音質(zhì)的電容是C1、C4和C5。

圖9

圖9與常見電路圖1在設(shè)計理念、對信號的理解上有較大的區(qū)別，無論是從電原理還是實際效果區(qū)別都是明顯的，特別是左右聲道共用一套電源輸出時，優(yōu)勢更為突出。

第一，傳統(tǒng)電路圖1的主要缺點是左右聲道無法分離。電壓級的電容C5與功率級的電容C4是兩聲道共用的元件，存在左右聲道信號的交疊，在兩聲道共用一套電源輸出的情況下這種信號交疊無法避免，這是傳統(tǒng)電路的致命缺陷，也是有些電路采用二套電源輸出的初宗。

第二，圖1的級內(nèi)交變環(huán)路元件數(shù)量多。以功率級為例，交變環(huán)路中的元件有V2、T2、C4、C2、R5，優(yōu)化后的交變電路元件只有V2、T2、C4，對音質(zhì)的影響因素大大降低。

第三，優(yōu)化后的電路，C5與C4左右聲道不再共用，左右聲道交變環(huán)路完全分離。一套電源輸出實現(xiàn)了傳統(tǒng)電路二套電源輸出的功效，這是圖9最絕妙出彩的地方。

總之，與圖1的傳統(tǒng)電路比較，圖9的交變信號環(huán)路元件數(shù)量少，環(huán)路短小，影響音質(zhì)的因素少，調(diào)校音更簡單和容易，容易制作出高水平的音響產(chǎn)品。