直热管交流点灯的噪声分析

pli

最近想开始玩玩直热管子，因为手头有几个307A，直热5极功率管。看到这里和隔壁不少人玩300B，2A3和FD422。大家都在谈交流点灯和直流点灯的交流声问题。感到一些说法是错的，至少是不严格的。所以我也仔细想了想。有些心得，写出来和大家分享。有不妥的地方请大家指正。

不过这里完全是理论计算，没有实际测量值，各位朋友可以根据自己实际的经验，看看是否合理。

实际上无论是直热管还是旁热管，交流点灯一定会引进交流声的。如果我们从等效电路出发，不但可以了解交流声的起因，还可以定量计算交流声的大小，从而可以比较不同管子的交流声大小，点灯的方法以及电路设计上的一些考虑。这里的讨论仅限于功放级。

图1是典型的共阴放大。
图2是相应的等效电路。因为我们仅讨论低频的交流声，极间分布电容就忽略不计了。输入信号Vin加在栅极, 在屏极回路产生电流Gm*Vin. 这个电流在负载上形成电压Vout。Vout经输出牛变换加到扬声器。

让我们再来看交流点灯的情况。从定性的角度来说，对直热管来说，交流点灯实际上是在管子的阴极注入了一个交流电压。对旁热管来说这个电压是经过一个电容到达阴极。这个电容就是灯丝和阴极之间的分布电容。而整个功放级对这个交流电压来说是一个共栅放大。就像图3所示。这个注入的电压在屏极回路也会形成电流Gm*Vjgk. Gm是功放管在共栅极情况下的跨导。

Vjgk是交流点灯引进的栅阴电压。同样，这个电流也在负载上转换为输出电压，这就是交流点灯在喇叭形成噪声电压的过程。

如果理解了这一点，我们就可以定量的计算交流点灯电压在杨声器上的交流声电压值了。

lxhj

这么说还是直流电灯噪声小了

五十六条大汉

关键还是看噪音的大小，如果不影响听音，随他去吧。

tailai_chen

个人观点，要想降低灯丝带来的噪音，只有采用灯丝直流供电。有一部分人说交流点灯，韵味会好一些，我不赞同，至少我没有分辨出来。最处很多电子管都是采用电池供电的，这说明什么呢？

五十六条大汉

原帖由 lxhj 于 2009-4-12 10:27 发表
这么说还是直流电灯噪声小了

你可以试一下DC点灯的结果，反正我是喜欢AC点灯的味道，做机的时候也是少花不少功夫，DC点灯可得多不少考虑的，效果是否就真那么理想？

五十六条大汉

原帖由 tailai_chen 于 2009-4-12 10:27 发表
个人观点，要想降低灯丝带来的噪音，只有采用灯丝直流供电。有一部分人说交流点灯，韵味会好一些，我不赞同，至少我没有分辨出来。最处很多电子管都是采用电池供电的，这说明什么呢？

直流灯丝得整流滤波，搞不好又引入了噪音，还有就是电池，老充电很麻烦的。

五十六条大汉

分辨不出不代表没有差异，还得看系统组成的情况，说真的，如果分辨不出二者对声音的影响，那直流灯丝和交流灯丝那丁点噪音的差别又何必执着？

BTW：噪音控制得好的话，灯丝那丁点噪音完全可以WS之，over。

Julien

不过注意一个现象，不接通高压，不少直热管也会使得扬声器有低频交流声。有时间讲一下

hahalong

J版说的是不是退偶的电容和输出牛和管子形成回路？

BoYa_DIY

上升到理论的层面来看待问题、分析原因，进而指导时间，是一种科学的态度、积极的方法。
好帖，支持LZ的工作！

忘记咪咪

如果用电桥的原理来解释可能更好。期待pli兄继续。

BoYa_DIY

建议LZ 将标题后面括弧里“理论为主”后的几个字去掉，可能更显理性

pli

原帖由 Julien 于 2009-4-12 14:37 发表
不过注意一个现象，不接通高压，不少直热管也会使得扬声器有低频交流声。有时间讲一下

谢J版加分鼓励。
我想交流声是由许多不同机制产生的。这里讨论的只是其中的一种。而且应该是影
响最大的一种。您说的现象肯定有但我还没有想出来应该是出于何种机制。

MC275

这话才够意思！这个问题还真难到不小人呢！

海河

   楼主分析的相当精辟，可是直流点直热管子好像有损管子寿命啊.....  有没有两全的办法呢？？

SamLiu2006

如果做量化是比较繁杂的,实际使用并没有那么复杂

pli

有了上面的等效电路。其计算就比较简单了。

设喇叭上的噪声电压为Vnoise.

Vnoise=VNout/n.

VNout是屏极上的噪声电压。n是输出牛的降压比。

VNout=Gm*Vjgk*RL.

Gm是功放管的跨导，Vjgk是交流点灯在管子形成的栅阴电压，RL是功放级的负载。

从等效电路可以看出，当交流点灯电压为Vj时，交流电压安比例分配在ZC，Rin和Z 上面。Vjgk为在Rin上的分压。

Vjgk=Vj*(Rin/(ZC+Rin+Z))

对旁热管来说，ZC是灯丝阴极分布电容的等效阻抗。对直热管来说，ZC=0。Z是栅极回路里的等效阻抗。

重新整理得

Vnoise=Gm*RL*Vj*(Rin/((ZC+Rin+Z)*n))

先讨论旁热管情况。

对共栅放大器来说。输入阻抗Rin=1/(Gm)。以6L6为例，跨导取5500，Rin=180欧姆。

我找不到灯丝阴极分布电容的数值，但估计最大也应该远小于uF, 我们取1000pF(比6L6的极间电容大100倍). 在50Hz低频，ZC=3。18M欧姆。ZC>>(Rin+Z)

Vnoise=Gm*RL*Vj*(Rin/(ZC*n))=Vj*(RL/(ZC*n))

因为：n>10, ZC在M欧姆量级，RL在k欧姆量级，Vnoise应该是小于0。1mV

由此可见，对旁热管来说，由交流点灯引进的交流声可以忽略，因为绝大部分交流电压降在灯丝和阴极之间的分布电容上了。

现在讨论直热管的情况。对直热管来说。ZC=0。交流点灯的电压按比例分配在Rin和Z上。

Vnoise=Gm*RL*Vj*(Rin/((Rin+Z)*n))

同样，Gm=1/Rin

Vniose=Vj*(RL/((Rin+Z)*n)

有意思。交流点灯引进的噪声电压可以用这个十分简单的公式来计算。

忘记咪咪

我从另一个角度尝试解释一下，我的结论是输出端的交流声不可计算。下图是一个简化的三极管放大电路，对于功率三极管它的阴极、栅极、屏极面积较大，可以看成n个三极管并联，小功率三极管同样可以看成n个更小的三极管并联，下面我做出灯丝电源与输入回路和输出回路之间的等效电路图。

忘记咪咪

下图可以看出，A、B两点的电压是串入信号源的，通过调节R可以使A、B两点之间的电压接近0，A、B之间的电压决定于电子管的物理结构和电阻R。就是说灯丝平衡电位器不一定就是绝对的中点，与电子管的结构差异发生变化，可以实验，一个声道调到交流声最小，然后换一个管子，交流声不是最小。同样可以利用这个思路来解释输出回路。就是不知道能不能解释J版8楼的问题。

Julien

其实还有一个现象就是 ，同样的屏极，栅极，不同结构的灯丝，20V 0.3A会和6V 1A的灯丝供电形成不同的干扰。805拥有不接通高压就产生灯丝干扰噪音的可能。这两者其实是相关的。