音频放大器设计中电子管特性曲线的应用

　　其中，首先应确定板极的供电电压Ea，原则是以电路设定输出信号峰值三倍作为Ea最低值，以避免大信号输出时的非线性，Ea最高值可选择在极限值的附近而低于极限值。

　　其次，是选择负载电阻Ra的值，一般在Ra=3～5Ri范围内选择，Ra越大电压增益越高，当Ra大到5Ri以上再增大，不只增益提高不明显，还会产生诸多负面效应。不同功能的电压放大器选择适当的Ra对放大器增益、谐波失真、动态范围提高、性能改善都有利，以下在下图b中作出不同Ra值的负载线加以比较说明。

　　设以下图a组成的6SN7单三极管组成电压放大器为例，板极供电电压取350V，在下图b中画出Ra=24kΩ的负载线：当电子管在完全导通状态时，供电电压Ea全部加在Ra两端，则通过电路的电流的Ea/Ra=14.6mA，以此为A点，表示板压Ua=0、电流为14.6mA的点。再以Ua=Ea=350V的点为B点，表示板流为0、Ua=Ea的点，以直线连接AB的斜直线即为6SN7在Ea=350V，Ra=24k0的负载线。从图中可观察到，在AB线上交叉的有Ug=0V～Ug=-16V的栅负压曲线，从Ug=-18V起，栅压一板流曲线与负载线交叉处已明显弯曲，舍弃此部分，使动态板流不进入此范围，可降低大信号波形失真。在Ug=0V～16V范围内可认为属线性区，因此，以其中点为静态工作点可实现正负半周信号进行无失真的对称放大。下图b中0点即为此状态的工作点，由0点读出静态工作点电流lao=5.4mA，以0点栅负压Ug=-8V，可求出阴极自给栅负压电阻RK为　　可选用标称值为1.5kΩ±5%的电阻，功　　（选用0.25W)的金属膜电阻。

　　由AB负载线上的0点还可从×轴上读出电子管静态板压Ua0，如下图b0点对应X轴投影点：Ua0=220V。6SN7的μ=20，Ri=7.7kΩ，所以，当Ra=24k0时，可求出中音lkHz附近增益　　≈15，也即说明输入信号8Vpp，输出120Vpp的信号。

　　从下图b还可估算在24kΩ负载下是否能对大于120Vpp的信号有不失真的输出能力。为此在负载线AOB读取输入8Vpp信号时瞬时板流的摆幅，当输入信号幅度与栅负压相等时，正半周使Ug瞬时电位为Ug=0v，从负载线上读出板流为最大值Iamax=10.6mA。当信号为负半周最大时Ug=-16V，对应瞬时板流达到最小值Iamax=1.3mA，对应此板流变化△Ia=10.6mA-1.3mA=9.3mA，则在24kΩ的Ra两端形成△Ua=10.6mA×24k-1.3mA×24k=223.2V，构成输出信号。

　　此输出信号与输入相位成1800反相，上述△Ia、△Ua完全处于Ug．la关系的线性区内；即Iamax10.6mA距Ra最大饱和电流14.6mA，和Iamin1.3mA距B点板流截止点电流都有充分的余量，说明此负载线Ug=0V～Ug=-16V的范围内。Ug控制la的关系属线性关系，按此工作状态，放大器非线性失真极小，可达到忽略的程度。

　　为了说明RC耦合放大器保真度和Ea、Ra的关系，以下仍以6SN7为例，将Ra增大到1000观察其结果。

　　为此以板极供电电压Ea=350V，Ra=l00kΩ以上法作出负载线CB，C点为电子管完全导通时Ea=350V在100kΩ电阻上的饱和电流，约为3.5mA，由于Ea不变仍为350V，CB线所涉及的Ug范围仍为0V～-16V之间，线性区中点仍位于Ug=-8V的01点。其数据由01坐标点读出Ia01=1.5mA，Ua0=200V，由负载线CB与Ug=0V交叉点坐标得到Iamax=3.lmA，Iamin=0.8mA，则△la=3.1-0.8=2.3mA，在Ra=l00k0端形成电压变动△Ua=3.1mA×100kΩ-0.8mA×100k0=230V，与Ra-24k0结果相差极小，可认为在坐标点数据读取差之范围内。

　　Ra=l00kΩ时放大器中音段增益K为：

　　K=20×l00kΩ/107.7kΩ=18.6，可见Ra增大4倍，增益并不同比增大，只增大为24kΩ时的1.24倍，但电子管各极对地分布电容不变，负载电阻的增大却使输出高端截止频率大幅下降，以致在高音区5kHz以上响应变差。

　　更有甚者，负载电阻增大使负载线在坐标区下移，与各Ug线交叉点进入曲线下部弯曲部分，此现象随Ug增大而越严重，当处01点更负的栅压区工作，瞬时板流完全进入la和Ug关系的弯曲点，如Ug=-10V……Ug=-16V均可看出。此结果意味着在输入信号的负半周（形成输出波形正半周）将出现明显的压缩失真，所以，Ra过大的后果是：
　　
　　1、电压增益K并无明显增大，Ra由24k0增大4倍成为100kΩ，K只由15上升为180Ra增大到板流大幅减小，使动态范围随之减小，对大输出驱动级反而不利。

　　2、由下图b的C、B负载线可见，Ra过大使静态工作点右侧Ug曲线与负载线交点处明显处于弯曲点，致使输出波形正半周被压缩，出现正负半周不对称的失真。

　　3、Ra过大输出电容的影响增大，出现严重的高端频响下跌。

　　由此可见，6SN7、5687/6922等中μ管，Ra不宜超过47kΩ，如作为小信号前级可用47kΩ，用作驱动级以24kΩ为限。

　　板极供电电压Ea降低的后果，在失真、动态范围减小等方面和Ra过大有相同的负面效应，除非是用作小信号前级，一般不宣低于300V。上述简单数字计算例得出的结果和美国RCA公司、沙文公司发表的6SN7RC耦合数据表完全吻合，为使6SN7电压放大器THD＜5%，应按此原则设计电路参数。

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