真空管的几种基本电路结构（屏极接地电路 共阴极接地电路 共栅极接地电路）

真空管的几种基本电路结构

共阴极接地(Common Cathode)电路

是一个真空管最常用的电路，我们称做共阴接地(Common Cathode)，其特点是输入阻抗高，输出阻抗也高；有电压增益；输入讯号与输出讯号是反相。

共栅极接地(Common Grid)电路

是一个栅极接地(Common Grid)的电路，其特点是输入阻抗低，输出阻抗高；频率响应特别宽；有电压增益；输入与输出讯号是同相。

屏极接地(Common Plate)的电路

是屏极接地(Common Plate)的电路，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低；没有电压增益；输入讯号与输出讯号也是同相。

Cascade电路

不管是上述的任何形式，只要两级或两级以上的电路并列，就叫做Cascade电路。

Cascode电路

两级或两极以上的电路串叠，就叫做Cascode电路。Cascode电路的下面一支真空管是共阴接地，而上面一支是共栅接地，由於共栅接地的频率响应较共阴接地宽很多，因此Cascode电路的频率响应就要比一般Cascade的共阴接地电路宽许多，而且还不止差一点点。

SRPP电路

另一种串叠的电路，所不同之处是SRPP电路的下面一支真空管仍然是共阴接地电路，而上面一支则为共屏接地的电路。



功率级、驱动级、输入级

 

输出功率级
其实所有的放大器都是功率放大器，只不过由於喇叭是需要很大的功率才能推的动的，因此就需要挑选输出功率特别大的强放管(或称功率管)来担任这个工作，并安排在整个後级扩大机的最後一级，好用来驱动喇叭。
不过有好就有坏，输出功率较大的真空管，由於需要的电压与电流都较高，因此屏极就需要做得特别粗大，而栅极的网孔也要跟著大，才能通过足够的电流，因此强放管的放大率就不可能會很高，尤其是三极管。

像300B的放大因素只有3.85，但是它的输出功率却可达7W左右，而其他束射管或五极强放管的放大率也好不到那里去。

由於强放管的增益比较低，并需要很高的输入电压来驱动，才能达到额定的输出功率，像是我们设计的300B，需要74V的输入电压，才能达到7W的满输出功率，但是一般前级扩大机的额定输出才只有几伏而已，是无法用前级来驱动强放管的，因此就需要再加一支真空管，先将电压放大到能驱动300B的74V，才能让300B能达到7W的输出功率，而此时我们需要的是电压放大率，而不是功率要高，因此这种电压放大率较高的真空管，称为电压放大管。

驱动级
直接驱动强放管的放大电路称为驱动级，驱动级最重要的任务是能输出足够强放级所需的电压摆幅，例如WE300B的偏压为-74时，则驱动级的最大输出电压就需要超过74V以上，才能让WE300B能有足够的输出功率，驱动级除能输出强放级所需的驱动电压之外，最好还要输出阻抗低，这是由於强放管的米勒效应(Miller Effect)，也就是级与级之间的电容较高之故！强放管的极间电容愈大，高频响应就愈差，如果驱动强放管的输出阻抗低，米勒效应的影响程度就比较小，尤其是三极强放管的米勒效应比四极或五极管更大，因此驱动级不止是要输出电压的摆幅够大，而且还要输出阻抗低，这在下一节还會提到的，因此我们就要挑选输出阻抗较低的电压放大管来担任。

又强放管的屏内阻都较低，电流也较大，输出阻抗也较低，因此也有人用较小功率的小型强放功率管来做驱动级的，但是这类真空管的放大率通常也较低，又耗电凶，使用与否，端看设计者的观点而异，以300B的驱动而言，我认为还用不到小型强放管。

输入级
通常强放管需要输入的电压都很高，像是我们设计的300B就需要74V的输入电压才够，因此通常光只有一级驱动级的电压放大还是不够的，因为驱动级需要使用输出阻抗较低的真空管，而输出阻抗低的管子通常电压放大率都不高，因此就还需要在驱动级之前，再加上一级电压放大级，才能让驱动级输出足够电电压来驱动强放管，而这安排在後级扩大机放大电路中最前面的一级电压放大级，称为输入级。

选用输入级真空管的条件与驱动级差不多，只不过驱动管的极间电容通常都比强放管小的多，因此前面一级的输出阻抗并不需要太低，但是还是不能太高。

其实不止是强放级与驱动级之间，只要是任何两级之间，都可以用上述的公式估算出频率响应来，因此我们在选用输入级的真空管时，也需要用这个公式来演算一番。

原则上，功率输出级需要的是能输出较高的功率真空管来担任；驱动级需要的是能输出较大电压摆幅的真空管来担任；而输入级则需要的是电压增益较高的真空管来担任。



米勒效应(Miller Effect)
 

上面提到驱动强放管的电压放大管，除了要输出摆幅要大到74V或以上之外，还要输出阻抗低，这是因为强放管的米勒效应(Miller Effect)比较高之故！也就是极间电容之故！

我们知道真空管的极间电容愈大，高频响应就愈差，强放管的各极之间的距离比较大，因此极间电容比一般小型电压放大管要大得多，如果驱动强放管的输出阻抗低，影响的程度就比较小，而三极强放管的米勒效应比四极或五极管更大，因此驱动级的输出阻抗要更低。

强放管的高频响应除了与强放管本身级与级之间电容有关之外，还与前面驱动级的输出阻抗有关，驱动级的输出阻抗愈低，功率管的米勒效应愈可以忽视，因此驱动级除了要输出摆幅大之外，还要输出阻抗低。

其实任何两级放大之间都有这种关系，并不只是功率级与驱动级，只不过是功率管的极间电容较大，因此驱动级的输出阻抗就变得更为重要了。

我们都可以用前一级的负载电阻，与後一级的极间电容，计算出其概略的-3db高频截止点，其公式为：

fc=1/2πRL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

其中：

fc=後一级真空管的-3db高频截止频率，单位是KHz。

RL=前一级真空管的屏极负荷电阻，单位是MΩ。

Cin=後一级真空管的输入电容，也就是栅极到灯丝之间的电容，单位是pf。

Cgp=後一级真空管的栅极到屏极之间的电容，单位是pf

A=後一级真空管的增益。

由上式即可知前一级的屏极负载电阻愈低，後一级的Cgp愈小，增益愈低，高频截止点就愈高，换句话说，高频响应就愈好。

那要如何来选择电压放大级(驱动级)的真空管呢﹖当然是要挑选输出阻抗低的真空管，才能获得较佳的频率响应。

怎麼样的真空管输出阻抗低，又什麼情况之下的输出阻抗低呢﹖

·真空管的屏极电阻(屏内阻)愈低，输出阻抗就愈低。

·屏极负载电阻愈低，输出阻抗愈低。

·电流愈大，输出阻抗愈低。

·在阴极电阻上用一支电容器旁路，输出阻抗就會大幅降低。

下列方法也可以降低输出阻抗，但不符何「张八点」的原则，因此仅供参考用：

·并联真空管，可降低输出阻抗。

·用Cathode Follow电路，可降低输出阻抗。

·用SRPP电路，可降低输出阻抗。

举两个真空管的例子：

我们可用最常见的两种真空管代入上列公式，来看看频率响应：

例如我们已知300B的极间电容：

Cgp=15pf

Cgf(即输入电容Cin)=9pf

Cpf(即输出电容Cout)=4.3pf

假设我们用一支rp较高的真空管12AX7/ECC83来驱动300B，根據规格12AX7/ECC83的rp为62.5KΩ，一般三极管的屏极负载电阻RL大多设定在屏内阻rp的3￣7倍之间，我们取其中间值5倍为屏极负载电阻：

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

试想，在一个没有负回授的扩大机内，放大电路的频率响应只到7.4KHz，这支真空管可以用吗﹖

又假设我们为求较低的输出阻抗，所以取其最低的屏极负载电阻，即rp的3倍为屏极负载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

试想，在一个没有负回授的扩大机内，放大电路的频率响应比输出变压器的频率响应还要窄，这支真空管可以用吗﹖

又假设我们用一支rp较低的真空管来推300B，例如ECC82，根據真空管手册ECC82屏内阻在屏压在250V时，rp=7.7KΩ，如果我们也用7.7KΩ×5=38.5KΩ为RL代入上式：

fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/0.0385{9+15(1+3)}

=59.8KHz

这个真空管的频率响应还不错，也由此可知，想要频率响应宽，驱动级就需使用rp较低的真空管。

又假设我们用ECC82屏内阻3倍即7.7KΩ×3=23.1KΩ为RL代入上式：

fc=159/RL{Cin+Cgp(1+A)}

=159/0.0231{9+15(1+3)}

=99.7KHz

可知负载电阻愈低，频率响应宽，但反之负载电阻愈低，失真就愈高，因此我们只能在3~7倍之内选择之。

谈到这里，我们回过头再来谈为什麼我不喜欢并联，依上例如果我们采用300B并联的方式以求较大的输出功率，则300B并联之後其极间电容加大两倍，那高频的频率响应又大幅下降，划得来吗？



固定偏压/自给偏压
我们知道放大电路有自给偏压与固定偏压两种方法。

什麼叫做偏压﹖

在谈及偏压之前我们似有必要先来谈谈真空管的供电方式。一支三极放大管至少需要三组电源：

1.灯丝电源：交流或直流均可，我们称为「A电源」。

2.屏极电源：必需是直流，我们称为「B电源」。

3.栅极电源：也必需是直流，我们称为「C电源」。

其中C电源是负的，因此也称为「C负压」或「栅负压」。

最早期的真空管A、B、C电源是用电池来提供的，後来才改用变压器整流来提供。

我们先来看看真空管的电流是怎麼走的。

请看图六，图中并未绘出灯丝的电源。我们可由图六中见到屏极的电源是由B电池提供，屏极电压是正的，经过屏极负载电阻RL到屏极；而栅极的电源是由C电池所提供，电压是负的。

真空管的阴极发射电子，被正电的屏极所吸，屏极的电流经由屏极负载电阻RL、B电池、回到阴极。

屏极的电流大小决定於栅极上的电压，栅极负压值愈低(电压愈正)，屏极电流愈大；反之，栅极负压愈高，屏极电流愈小。我们可由原厂的FIG 3与图四特性曲线中看出这种关系。

图六的偏压是固定偏压的方式，我们只要在阴极上加接一支电阻就成为自给偏压电路。

请看图七的自给偏压电路，我们看到自给偏压电路的栅极并未供给任何电压，因此对地之间也是没有电压的，但是自给偏压电路的阴极对地之间却有一个正电压，因此同为对地的栅极与阴极而言，栅极较阴极为负，其负压值就是阴极上的电压值。由於栅极上不必提供另外一个负压，因此称为自给偏压电路。

自给偏压的优点：

一、自给偏压值會自动调整，因为自给偏压是在真空管的阴极上加上一个阴极电阻Rk而产生，會随著屏压的高低而自动调整。当市电电压升高时，屏极电压与阴极电压同时提高，因此具有自动调整工作点的功能，并可以防止电流因电压提高而过荷，有保护真空管的功能，工作也比较稳定。

二、自给偏压电路只要加一支阴极电阻就行了，使用的零件少，音染也少。

三、换管子时不必再调整偏压。

自给偏压的缺点：

自给偏压的最大缺点是需要提供较高的B+电源。

因为所谓的屏极电压Ep是屏极到阴极间的电压值，因此B+的电压要加上阴极上的电压值。例如我们需要供给350V的300B屏极电压时，则B+就要加上阴极上的74V电压值，即350V+74V=424V；但固定偏压的阴极是直接接地的，只要供给350V的B+电压就够了，因此自给偏压方式的电源利用率低。

固定偏压优点：

一、固定偏压电路提供的屏极电压较低，电源的利用率高。

二、固定偏压大多都设计成可调式，因此可以任意调整负压值，可根據不同的真空管来调出最佳的工作点。

固定偏压的缺点：

一、固定偏压需要一组独立的电源，因此在电源变压器需要另绕一组栅负压专用的线圈，并且还要再用一组整流电路与滤波电路，使得电路复杂化，需要增加许多零件。

二、负压值与屏极电压值相差很大，当市电变动时，负压值跟不上屏压的上升，而使的负压值过浅，而遭至屏流过荷，工作较不稳定。