前三次修改后的电路图如下:
八、第四次修改:第一级的阴极偏置器件由电阻并联电容改为发光二极管。
前面计算表明,5842需要采用3062uf电容与阴极电阻并联才能保证良好的低频响应。这么大容量电容有较大的自身电感,必然对高频响应有不良影响。除了因为大容量电容的自身电感造成的高频反馈会影响高频响应以外,大容量电容还会影响电路的瞬态响应。大信号到来时,阴极旁路电容积分作用会使电子管的阴极偏置电压偏离了其DC工作点;大信号过去以后,旁路电容两端电压的回复时间由f-3db时间常数决定,而此时间常数又由阴极电容容量和Rk‖rk决定,如果f-3db设定为1HZ,则对应的时间常数г=159ms。对于RC积分电路,要用5г=0.8s的时间才能恢复过来,电路的瞬态响应要延迟接近1秒的时间,这对于高保真重放电路来说显得太长,是不可接受的。
虽然5842的应用位置处于放大器的前级,属于小信号电路,但从对信号瞬态响应的延迟来说,前级比后级更为重要。试想:信号从第一级放大就被大幅延迟,再经过驱动级和输出级的延迟,相位失真就更大了。
基于上述想法,我就打算将5842的阴极偏置模式由电阻加并联旁路电容改为Morgan
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Jones在《电子管放大器》一书中一直很推崇的红色发光二极管偏置。Morgan Jones对各种二极管进行比较后得出结论:只有普通红色发光二极管交流内阻最小,最适合取代电子管的阴极偏置电阻。采用发光二极管偏置的优点是:它的交流电阻比常规电阻低很多倍,廉价的红色LED的正向电压是1.7V,交流内阻是4.3Ω,因此不需要并联交流旁路电容。 很偶然的机会,在高架桥下跑步时捡到6个焊在裸铜线上的无色透明环氧封装直径5mm的发光二极管,用万用表二极管档一测,发红光,正向导通电压1.728V,这不是正好合用吗?于是参照Morgan Jones在《电子管放大器》一书中的电路将5842改为发光二极管偏置。
由于功率管阴极电流表的背光照明灯已经坏了一只,所以我在它的背面开了两小孔,把发光二极管安装到电流表内,可以兼作背光照明,下图左右下角红圈是发光二极管安装位置:
如前所述,实际使用的电源电压是313V,阳极电阻是7.8K。实测5842的阴极偏置电压不是预期的-1.7V,而是-2.0V,阳极电压160V,阳极电阻上的压降152V,阳极电流19.5mA。
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发光二极管非常亮,很刺眼,见下图:
从上述特征可以判断我捡来的发光二极管不是Morgan Jones在《电子管放大器》一书中推荐的普通型,而是高亮度型。高亮度发光管的最大正向电流一般都是20mA。显然,长期连续工作于最大电流将缩短寿命并较早损坏;而且-2.0V偏置电压对于5842也太深了,已经脱离了其栅屏特性曲线的中间直线段,进入了下部弯曲段,容易产生失真;再就是刺眼的红光也使人感到不舒服。虽然用高亮度发光二极管偏置使得高低频响应都明显改善,动态范围明显增加,音量电位器处于相同档位时,音量明显增加,这表明它的交流内阻也是很小的,适合作电子管的阴极偏置器件,但由于存在上述缺点,我还是决定改用普通型的。
为了买普通型的,我用整整一天时间找遍电子市场,结果一无所获,只好从上世纪90年代旧开关电源上拆下2个直径5mm的红色发光二极管,用万用表二极管档测出正向压降1.55V,替换下高亮度型的。开机实测:
发光二极管导通电压是:Vd=-1.78V, 5842阴极偏置电压是:Vg=-1.7V, 阳极电压: R声道155V;L声道147V,
阳极电阻上的压降: R声道156V; L声道160V, 阳极电流:R声道20mA; L声道20.5mA。
发光二极管亮度适中,看来正是普通型的,见下图:
查发光二极管参数表,直径5mm普通型最大正向电流是40~50mA,在20mA的工作电流
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下显然可以长期连续工作。5842的工作点位于栅屏特性曲线中间偏下,也是合适的。
当第一级阳极电阻取17.8K时(开关拨向右侧)时,发光二极管导通电压变为1.73V, 5842(6C16)工作点改变为:
Va=125V左右(L声道:122V,R声道:129V), Vg=-1.656V,
Ia=10.8mA(10K电阻上压降108V左右)。
查5842(6C16)的特性曲线,新工作点是成立的,且可行。
此新工作点与阳极电阻取7.8K时(开关拨向左侧)相比,高低频响应、声场、动态、音量都没有丝毫差异(开关左右切换就像没切换一样)。由于此工作点偏置电压值与Morgan Jones在《电子管放大器》一书给出的完全一样,电流大于10mA,所以可以认为发光二极管交流电阻处于最小和最稳定的区域,而且5842工作于参数适中的位置,将有利于增加使用寿命。
当5842处于新工作点时,我试着将稳压管0B2插上,高低频响应、声场、动态、音量都没有丝毫变化(插上就像没插一样),测量此时工作点参数是: Vg=-1.65V,
左声道Va=115V,Ia=9.8mA;
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右声道Va=124V,Ia=9mA。
可见,与不稳压时相比,Vg几乎不变,工作点也没大的改变。再仔细比较稳压与不稳压的本底噪声,也没丝毫差异。使稳压管工作起来的唯一好处是:可以欣赏充气稳压管发出橘红色光芒时的灯火阑珊的场景,仅此而已,所以更多时候将会不用稳压管。
第一级采用6J5GT时能不能也用发光二极管做阴极偏置、取消阴极电阻和电容?Morgan Jones在《电子管放大器》一书中正是用两个发光二极管串联做6J5的阴极偏置的,见前一页图片的右图。
于是在功率输出管阴极电流表侧面开了四个孔,将6J5WGT的阴极偏置器件改为2个高亮度红色发光二极管串联。实测发光二极管串联正向电压3.95V(3.98V),6J5WGT的偏置电压两声道有些偏差:
右声道是-3.76V,阳极电压173V,电流8.2mA, 左声道是-3.80V,阳极电压160V,电流8.8mA。
高低频响应、动态范围都有所改善,音量也有些增加,但都没有5842改发光二极管偏置时那么明显。查6J5特性图,左声道管子直流特性正常,右声道管子直流特性偏小,但用信号发生器和示波器比较两边的交流特性,右边管子却比左边更好些。 然而对采用2个高亮度红色发光二极管串联做阴极偏置还有一点担心:它们的交流内阻的典型值是不是如Jones在《电子管放大器》一书表格中所列出的4.3欧姆呢?由于查不到高亮度红色发光二极管的交流内阻等参数,所以内阻值成了一个悬而未决的疑问。Jones在《电子管放大器》一书表格中列出正向压降2.0V发光二极管的交流内阻的典型值是10欧姆,是普通红色发光二极管内阻的2倍多。阴极偏置器件的交流内阻大就意味着在交流状态下会产生较大的负反馈,这就又回到了要并联大容量电解电容以减少交流负反馈问题的原点。因此我下决心即使当前电子市场买不到普通红色发光二极管也要想办法找到。幸好,在家里发现2003年搬进新居时买的多用接线板的本体和插头上各有1个直径5mm的红色发光二极管,拆下后用数字万用表二极管档测量其正向压降是1.54V,这正符合普通型的特征。于是将3组接线板的6个发光二极管全部拆下,替换掉高亮度型的,实测直流工作参数如下:
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