为什么在电子管放大器中的真空管后放置一个降压变压器?

电器工程 放大器 真空管
2022-01-28 12:19:29

我正在研究电子管放大器。我找到了一个示意图:

图片

所以输入被第一个阀门放大,然后放大的信号被第二个阀门再次放大,对吗?

我的问题是,为什么在进入扬声器之前要降低电压?对我来说这似乎毫无意义,增加阀门的电压然后再次降低它。我可以在网上找到的所有原理图都是这样做的。为什么?

(上面的300V导轨是不是跟变压器有关?如果不是,那是干什么用的?)

4个回答

这是阻抗的问题。

管的阳极(板)电压在很宽的范围内变化,而电流在更小的范围内变化。如果将输出阻抗定义为

$$Z_{out} = \frac{\Delta V}{\Delta I}$$

对于典型的真空管来说,这通常会达到相当高的数值,大约为数千欧姆。

另一方面,大多数扬声器的阻抗较低——大约为 4 到 16 Ω——这意味着它们需要相对较高的电流变化以及相对较小的电压变化。

请注意,在这两种情况下,您都在谈论相同数量的功率(电压 × 电流),这正是放大器真正实现的目标——从输入到输出的信号功率增加。

变压器提供了这种阻抗变化。它以高电压摆幅换取高电流摆幅。没有它,您将只能获得实际传递给扬声器的可用信号功率的一小部分,受管中相对较低的电流的限制。


来自评论:

知道 300V 电源轨是干什么用的吗?它只是阀门的电源吗?为什么电压这么高?

需要 300V 电源的原因大致相同:管的阻抗输出本身就很高。

6V6管的额定板电流为50mA(平均),这意味着信号电流摆幅必须小于±40mA(峰值)左右。同样,该管的额定板电压为 250 V(标称值,但在这方面它经常过驱动),因此信号电压需要小于约 ±120 V(峰值)。

因此,输出端可用的信号功率是 RMS 电流乘以 RMS 电压,或者:

$$\frac{40 mA}{\sqrt{2}} \cdot \frac{120 V}{\sqrt{2}} = \frac{4.8 W}{2} = 2.4 W$$

如果您使用较低的板电压,则可用功率会按比例减少。

请注意,这可以得出以下输出阻抗:

$$Z_{out} = \frac{120 V}{40 mA} = 3000 \Omega$$

要驱动 8Ω 扬声器,您需要使用 3000Ω:8Ω 变压器(19.4:1 匝数比),这将为您提供 4.38 V RMS和 548 mA RMS的扬声器。

除了 Dave Tweed 所说的 (+1),这种情况下的变压器还消除了流向扬声器的直流偏置电流,并解耦了共模输入和输出电压。

V1 的板电流在空闲时位于中心值。输入信号使极板电流根据输入信号的波峰和波谷从中心值上下波动。

即使有一个扬声器与 6V6 的板阻抗匹配,通过它的直流偏置电流也是不可取的。变压器还阻止直流,同时通过信号的相关交流部分。

请注意,阻抗匹配仍然是主要原因。由于无论如何都需要变压器,因此电路的设计者利用了它还可以阻断直流的事实,并且共模输入和输出电压是去耦的。后一个事实允许扬声器的一侧接地,即使变压器初级连接到 300 V。

简短答案:降低输出阻抗以防止显着的电压负载

为了获得良好的低音响应,扬声器是一个线性马达/发电机,在底鼓脉冲上有反电动势。因此输出阻抗必须远低于扬声器。这也称为阻尼系数 = Zspeaker/Zout,在便宜的低功率放大器上仅为 20,在优质放大器上为 100,在大功率放大器上为 1000。

那么真空管放大器上有什么?

  1. 这取决于 Tube Zout 除以变压器匝数比的平方。

  2. 因此,匝数比 n² 的阻抗降低将高输出阻抗降低到略低于扬声器阻抗。

  3. 没有规格,它很难猜测,但永远不如固态,但实际上来自反电动势的谐波失真,不仅是电子管的软限制,而且阻尼系数差,对一些吉他手来说可能是“愉快的”,但对音频来说是“浑浊的”玩广谱的专家。

  4. 由于匝数比也会将电压降低 n,因此管电压摆幅必须是扬声器看到的 n 倍

  5. 例如,因此可能会增加 9 倍的摆幅和 Vdc 以及 /81 降低高输出阻抗.. . 可能更多的匝数比... 20;1 电压比为 400:1 阻抗比可能给出 <10 的阻尼因子,即差 DF所以他们经常使用 16 欧姆的扬声器。

  6. 顺便说一句,许多电子管放大器的设计都比这个好得多。

我需要纠正你的误导性术语。阻抗匹配电源变压器不是降压变压器!

为了让您理解答案,您需要知道:
1)放大器的目的是放大功率(不是电流或电压)。
2)真空管设备只能提供“小”电流,但可以处理高电压。
3)真空管的阻抗为K欧姆,而扬声器的阻抗为欧姆级。

由于 P = VI,要为小电流设备提供最大功率放大,必须使用设备可以处理的最大电压(这是您“为什么要使用高电压”问题的答案)。
由于两个设备之间的最大功率传输发生在它们的阻抗匹配时,阻抗匹配电源变压器是解决这个问题(以及其他答案中提到的其他问题)的理想解决方案。

由于“能量守恒定律” ,任何电路的电压轨都是必需的。尽管信号功率正在被放大,但它是以电压轨提供的功率为代价的。