[技术帖(电子管类)] 为何帘入胆功放的失真极小？

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帘入胆功放放的失真非常小，几乎达到了线性放大的标准。我们可以从某些胆的帘入特性曲线明显地看出来。3D21WB是美国JAN公司出品的工业级电子管，除了高可靠性能与超长寿命，最让人惊奇是它竟然提供了帘入特性曲线，而且这特性曲线空前超后，根本就是一个线性放大器。

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2021-7-28 07:51

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这个曲线的线性度几乎叫人吃惊，难道真空电子管是线性放大器件？电子管的工作原理是基于电子在真空电场中的运行规律。电流与电场电压的关系用数学描述为
                                  Ia=G(Ua)之3/2次方。
这里Ia是屏极电流，Ua是屏极电压，G是常数。很显然，电子管中的屏流与屏压关系根本就不是线性函数关系。

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那为何帘珊控制的屏极电流是线性（正比率）变化？

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估计有人看特性曲线还不够顺畅，先来认真地分析一下3D21WB的帘入特性曲线。
首先这组曲线十分均匀，说明随着帘栅的改变，屏流按正比例随之变化。其次,这组曲线是斜率相同的平行线。每条曲线反映了屏压与屏流的关系，曲线的斜率就是管子的屏极内阻。既然是平行直线，斜率总是相同的。说明不管屏压，屏流怎么变，屏阻都是相同的，不变。既然是一组平行线，说明不管帘栅压怎么变，屏阻也仍然不改变，处处相同。这3D21WB还真是不简单，不光帘栅控制具有线性特点，连输出特性也是线性元件特点：屏极内阻阻值恒定不变。3D21WB帘入电路可称之为地道的线性放大电路，基本无失真。

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其实，对大多数音响受用者而言，对音响功放的失真度大小并不敏感。两台功放，一台失真0.5%，一台5%。问两台有何区别，那台更好？相信绝大多数人都是一脸茫然，无法区别。一台胆机，失真5%。一台石机，失真0.5%。大多数都会说胆机好听，是高保真。那为什么对功放的失真那么耿耿于怀呢？千方百计地想法降低失真，对绝对的天然的现性放大器更是如获至宝。事实上，自放大器件问世以来，就没有一种器件是线性放大的。胆管单端功放电路，一般失真都在10%左右。而对于这百分之10的失真，能分辨出来的人也不足10%。我们发现讲究减小失真的人，不是功放的设计者就是DIY者。他们都是内行，如此考究，是否有点吹毛求疵，多此一举？

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实际上，这些专业工作者也不在乎这百分之几的失真。他们在乎的是管子的非线性。因为放大信号一般不是单一的频率，而是高中低多种频率。当这些频率通过非线性器件时，就要发生混频效应，或者叫频率互调。结果会产生各种频率成分的和频与差频，这些新的频率成分与原有的基音完全不同，通常是不和谐音，听起来非常不适的不干净的杂音。放大器失真越小，这些杂音就越小，可以到不易擦觉的地步。但要完全消灭是不可能的，除非你使用没有失真的线性放大器，可惜这种器件当今世界还没有。放大器要减小失真，一般使用负反馈技术。但对于这种互调失真，负反馈不光无用，还会加大互调失真。恰恰是负反馈的缺陷。

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当我们明确了失真的真正作用后，我们回到最初的问题：为何帘入单端功放失真极小？
还是来看帘入电路的特性曲线。

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2021-7-29 21:33

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在特性曲线的左下角有一组曲线，它表征帘栅电压变化时，帘栅电流的变化。这组曲线是相似的，说明不管帘栅压如何改变。，帘栅的输入阻抗变化是基本相同的。帘栅输入阻抗不仅与帘栅压有关，而且受屏极电压变化影响更大。从曲线上看，屏压越低，曲线越上翘，斜率越大。而曲线斜率就是帘栅极输入阻抗。斜率大意味着阻抗小。

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当屏压从400V降到100V时，帘栅输入阻抗基本上达到最低。具体有多大？我们来计算一下。取上部第二条曲线，它对应着200V帘栅压，此时屏极电压为100V.当帘栅压从200V变化到225V时，帘栅流的变化为50mA.
那么帘栅的输入阻抗
                                         Z2=（225-200）/50=0.5(K).
此时帘入的推动功率是
                                         W2=25X50=1250（mW).
很显然，没有一瓦多功率，别想推动帘入功放。但是，不管用何推动电路，总会有内阻。推动电路内阻与帘栅输入阻抗的分压形成了控制屏流的帘栅电压。当帘栅压随信号变化时，输入阻抗也在变化，从而形成帘栅压的改变。当信号变大时，由于非线性，屏流会趋于更大。但是由于输入阻抗也变小，实际控制屏流的帘栅压也变小了，因而屏流的变化趋于线性。原来帘入功放电路帘栅压与信号变化是不同的，这就是帘入功放电路表现出高线性低失真的原因。可以认为帘栅压做了非线性化处理，进而导致帘入电路的线性特点。这正是非线性与线性辩证统一关系。帘入功放的实质是对非线性的胆电路进行非线性化改变，从而造就线性化没有失真的结果。