胆机这东西喜欢的人是喜欢的。喜欢的人很清澈,喜欢它在音箱里放出来的温暖的声音。今天聊聊胆机电路设计和星型接地的实战经验。
先说胆机是什么。胆机是电子管放大器的俗称,用电子管(真空管)做信号放大。电子管是上世纪 50 年代以前的主流放大器件,现在主要是音响爱好者用。胆机的输出是软失真,听起来温暖、柔顺,跟晶体管机的硬、冷不一样,各有各的味道。
典型的胆机电路包括几个部分。第一个,电源电路。给电子管灯丝、屏极、栅极提供各种电压。一般包括高压变压器(输出 200V 到 400V 高压给屏极)、灯丝变压器(6.3V 给灯丝加热)、整流滤波电路(二极管整流、电容电感滤波)。第二个,输入级电压放大。常用 12AX7、6N1、6N2 这类双三极管做电压放大,信号在这里放大 10 倍到几十倍。第三个,倒相级。把单端信号变成差分信号推动推挽输出。常见的有长尾倒相、阴地倒相、屏地倒相。第四个,输出级功率放大。常见有单端甲类(用 300B、2A3 这种直热三极管)、推挽甲乙类(用 KT88、EL34、6P3P 这种束射四极管)。
胆机电源是基础中的基础。第一个,高压变压器。高压电压要在 250V 到 400V 之间,根据输出管屏压需求选。电流要留足余量(输出管屏流乘以 1.5 倍)。第二个,整流滤波。现在很多用固态二极管整流(快),胆整流(用 5AR4、5U4G 这种整流二极管,声音更温暖但速度慢)。第三个,滤波电容。滤波电容要足够大(几百 µF 到几千 µF),用 CLC 或者 CRC 多级滤波,纹波要压到几 mV 以内,不然会有交流哼声。
灯丝供电有两种:直流供电和交流供电。直流供电用整流滤波把交流 6.3V 变成直流 6.3V,再稳压到要电平,听感更安静(不会像阴极发射电子时调制出交流哼声)。直流稳压用 LM7815、LM317 这种稳压芯片(要足够功率,灯丝电流从 0.3A 到几 A 不等)。交流供电直接用 6.3V 交流,但要用双线绞合走线(防止交流磁场感应到信号回路),而且灯丝中心点要接地(中心抽头接地的双线灯丝变压器可以)。
星型接地是胆机制作里最关键的一环。什么是星型接地?把所有接地点汇集到电源滤波电容的负极一个点(或者高压变压器次级的地端),其他电路的地都从这里引出去,而不是用一条地线串起来。这就是星型接地,英文叫 star grounding。
为什么需要星型接地?因为地线是有阻抗的(虽然很小),电流流过的地线会产生电压降。多个电路共用一条地线时,一个电路的电流会在另一个电路的地线上产生干扰电压,这就是公共地线阻抗耦合。星型接地把每个电路的地到独立点,公共地线的另一头,避免了这种干扰。
星型接地的实战要点。第一个,接地点选电源滤波电容的负极(或者高压变压器次级的地端),这是电源的"地",选择这里作基础,其他的虚拟电路从这里引出去。第三个,独立的滤波电容的独立接地。每个波电容的独立接地点引到一个独立点。多输入信号之间共享地。第四个多个偏置电阻独立接地。多偏置电路的独立接地点引到一个独立点。多信号之间共享地。看似复杂的电路会复杂,但能解决大部分问题。
信号回路也要设计。第一个,信号地和电源地分开走,最后再汇合。信号回路是小信号,对地线干扰敏感,要单独走。第二个,输入级、倒相级、输出级的地分开走,最后再汇合。小信号地和大信号地分开走,避免大电流回路干扰小信号回路。第三个,左右声道独立走线,最后再汇合。立体声左右声道独立走线,避免交叉干扰。
常见错误。第一个:错误地线接成"菊花链"——多个电路的地串联起来。这是单点故障的根源,看似简单,但很多干扰是这里产生。第二个:错误接地用了机箱地——机箱接地但没接信号地,机箱是接地的,信号地接到机箱地上会产生地环路干扰。第三个:错误地线太细——地线太细阻抗高,产生干扰。
机箱地、信号地、电源地的关系。机箱接地(保护接地,防触电),信号地(电路参考),这三个地要在一点汇合(一般是电源地)。其他地方分开走,避免地环路。接地线要粗(多股铜线,1mm² 以上),避免地线阻抗高。
输出变压器是另一个灵魂。输入声频信号通过铁电的变压器耦合到输出。输出阻抗降比降阻抗降比降比起,比起比起比起比起比起,比起比起比起,比起比起比起比起,比起比起比起比起比起,比起比起,比起比起。
调试实战。第一个:先测试看接地。用示波器或者毫伏表量各级电路的地线,看有没有交流电压(应该是 0 或者接近 0)。如果有,说明有地线干扰,检查接地。第二个:测灯丝供电。6.3V 直流供电应该纹波很小,电阻热稳定(烫手但不极热)。第三个:测高压。开机后高压慢慢升到额定值(一般要几十秒),不能瞬间加上去(容易冲击整流管)。第四个:调偏置。调输出管的偏置电阻(一般是阴极电阻上的电位器),让阴极电压到额定值(不同管子不一样,看 datasheet)。第五个:测静态电流。输出管静态电流调到 datasheet 推荐的 70% 左右(甲类要满,甲乙类要低一点)。
声音调校。第一个:调耦合电容。用不同品牌、不同容量的耦合电容(C1、C2 这些位置),声音味道不一样。第一个:调输出变压器。不同阻抗比的输出变压器声音味道不一样。第一个:调负反馈。加深负反馈声音更干净但更死板,减负反馈声音更活但更粗糙。
总的来说,胆机是个手艺活,电路设计、布线、接地、调校都有讲究。看似简单的事情做好了就能出好声音。简单的事情只要能做好,就能出好声音。
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