老树发新芽EL34和KT88通用胆机一.docx

1、老树发新芽EL34和KT88通用胆机一老树发新芽 EL34和KT88推挽胆机（一）2011年12月，我开始实施筹划很久的将300B推挽胆机改用KT88和 EL34的计划。原来的机器底盘、一对输出变压器、1只扼流圈、8个高压大容量电解都不变，其余从电源到元器件和接线都有修改。每个双休日从杭州回到绍兴家中就一头扎进工作间，有时连续忙乎到第二天凌晨3点才去睡觉。2012年12月，机器开始发声调试，到2015年9月第4次修改完成，历经4年时间，终于磨好一剑。KT88和 EL34推挽机改好后，信噪比很高，达到95db，音量电位器开到最大，耳朵紧贴音箱也听不到一点哼声和噪音，背景非常干净。实际听感也很好，

2、高频细节很多且柔顺，中频醇厚饱满，人声尤其好，低频力度很足且富有弹性，高低频两端延伸很宽，整体音场很开阔，声音很开扬，比原来300B失真小。下图是EL34推挽正在工作。改制推挽机时的主要工程量是：（1）局部修改线路：由于没有采用直热管，旁热管阴极中毒问题没有直热管那么突出，所以取消高压延时电路。前级音调的衰减和提升从15db改为6db，电位器改为B型（直线型）。倒相级的恒流源改回最初的五极电子管，采用EF89。设置功率管三极管接法和超线性接法转换开关，用于切换工作状态。电源滤波改为CLC，每声道的后级高压增加第一级C滤波，采用法国苏伦4.7uf MKP电容和德国ROE 1uf MKT电容并联成

3、28uf，第二级10H电感滤波保持不变。每声道的前级高压增加第一级C滤波，采用德国西门子与松下合作的S+M电容660uf/400V（made in germany）两个串联，并且增加第二级5H电感滤波。（2）局部修改用料：100K音量电位器改为100K 24档步进电位器，以求改善左右声道平衡度。前级SRPP电路放大管改用12AU7（ECC82）代替原来的6N11（ECC88）,以达到在不改变前级稳压电路前提下使前级放大管的工作点处于A类的目的。由于12AT7有更高跨导（5.5 mA/V）和放大系数（60）及较适合的阳极电流（10mA），作阴极跟随器时将有更小输出电阻和更大的电流驱动能力，所以仿

4、照麦景图MC-275，阴随推动级的电子管改用与12AZ7等效的12AT7代替原来的5814A（ECC82）。（3）重新设计制作电源变压器。原因有四：1、原来并不想重绕变压器，但做负荷实验时一个整流桥击穿而导致变压器被烧；2、原来只有一个负偏压绕组，两声道公用，在没有条件做去耦测试的情况下，将影响声道分离度；3、灯丝改全交流供电，需增加灯丝绕组中心抽头；4、为改为用旁热式电子管整流做好准备高压绕组抽头要精确，两组电压要一致，以便由两组桥式硅整流合并为一组全波电子管整流，并且预留整流管的5V灯丝绕组。（4）增加元件或修改部分元件参数（a）增加元件：主要是增加五极管的栅极抑制电阻。五极管的的跨导比较

5、高，有可能产生射频振荡。根据Morgan Jones所著的电子管放大器的论述，EL34和KT88的栅极抑制电阻采用1.2K。（b）修改部分元件参数：主要是输入级的阴极交流旁路电容容量原先采用1000uf，可能并不合适，需要经过计算重新选择。（一）设计制作电源变压器和整流元件选择 一、次级电流功率计算1、后级高压电流：KT88最大电流固定偏压-59V，超线性，Va453V，2140mA=280mA 实际：Va400V，三极管接法，固定偏压-40V，2100mA=200mA 后级高压功率：电感负载桥式最大1.13700.282=228W，实际1.13700.22=162.8W，2、前级高压电流：工

6、作点电流212AU7_23.5mA，6E2_21mA,6SN7_25mA，稳压管电流26mA，EF89的帘栅极电流_23mA,12AT7_27.5mA,合计52mA ,最大不会超过64mA。功率(电容负载桥式)最大1.563400.0642=67.89W=68W3、后级灯丝电流：1.6A2=3.2A，功率6.33.22=40.32W4、前级灯丝电流：6.3V6E2_0.3A，6SN7_0.6A， EF89_0.2A,合计1.12=2.2A ,功率6.32.2=13.9W。12.6V12AU7_0.15A ,12AT7 _0.15A,合计0.156=0.9A，功率12.60.9=11.3W加上预

7、留负栅压电子管整流EZ81的灯丝供电1.2A，共计32.44W。5、预留电子管整流灯丝电流：后级用5Z8P，5.75A；前级用5Z4P，2.2A,39.85W 。总计77.41W。6、负偏压电流：主要是12AT7的阴极电流15mA。改用12BH7时，阴极电流18mA。功率(电容负载桥式)1.561410.0182=7.9W合计：最大2286840.377.417.9=421.6W 实际约250W初级功率最大397.3/0.9=441W，电流2.0A。实际250/0.9=278W,电流1.27A二、变压器制作英国缺口铁芯，B=10000GS，13311070mm，舌宽44mm,截面30.82，N

8、=1.5N/V,窗口：66mm22，除去骨架占用的，实际61.719.15 （1）灯丝：为了使6.3V绕组的中心抽头准确，圈数改为10N，在第5匝处抽头，改匝比为N=1.5873N/V。电流3.2A，线径D=0.73.2=1.25,外径1.33。2组6.3VKT884灯丝，20N；2组6.3V前级左右声道灯丝和EZ811(负栅压整流)灯丝，20N；1组12.6V前级部分管子灯丝，20N；在第10匝处抽头；4组5V为改电子管整流预留：5z8p15z4p1,48N=32N,合计92匝，1层46匝，2层正好可以绕下，厚度：21.330.05=2.71，29米S=1.232，M=0.32（2）前级高压

9、1、2：340V2，540N2，电流0.127A（晶体管整流时实际0.06A，改电子管整流时两绕组合并，0.12A），线径D=0.70.127=0.25,外径0.275，一层224N，2.41层（2.5）2=5，厚度50.275+30.05=1.525，342米，S=0.0492,M=0.15（3）后级高压1、2：370V2 50V20V300V,300V20V50V，头80N31N476N尾，头476N31N80N尾， 587N2,电流0.4A（晶体管整流时实际0.2A，改电子管整流时两绕组合并，0.4A）线径D=0.70.4=0.44,外径0.49，一层126N，4.66层2=9.32，1

10、0层，厚度100.4980.05=5.3，391米 S=0.152,M=0.53（4）负偏压1、2：140V2，222N2，0.08A，线径D=0.70.08=0.19,0.19线外径0.21，一层293N，1.5层（2），接着后级高压绕组绕，绕满后回头再绕，算1层厚度：0.210.05=0.26，128米（实际值，用已有线）（5）初级：220V+10V=230V,349N+16N=365N，电流2A，线径D=0.72=0.989，外径1.07，一层57N，6.4层（7），厚度71.0740.05=7.69，137米, S=0.7852,M=0.96（6）屏蔽层0.11.150.15=0.4（

11、7）绕组间绝缘：40.05=0.2（8）线包总厚度：2.71+1.252+5.3+0.26+7.69+0.4+0.2=17. 812mm,窗口还剩余22-17.812=4.188mm，可以绕下。导线重量计算公式：M=（14000）dL :比重，铜：8.89g/cm；铝：2.7g/cm。 ：圆周率 d：线芯直径。单位： L:长度，单位：米。重量M=8.89SL三、整流元件选择 整流元件必须留出足够的电压电流余量，否则一旦击穿，直接后果就是烧毁电源变压器，而此时保险丝往往是没有熔断的。由于次级高压绕组整流滤波输出电压达到450V，所以整流二极管的反向电压必须大于其2倍，选用1000V/35A整流桥

12、。 感到纠结的是要求高可靠性的负偏压整流元件的选择。手头有快恢复二极管FR-107（1000V，1A），负偏压电路的最大负载电流主要来自阴极跟随器，最大电流20mA，能不能用？根据Morgan Jones的著作电子管放大器，C滤波电路中整流二极管给滤波电容充电的脉动电流是：ip=2fcVpSin(2ft)其中：f=50HZ, =3.14，c：滤波电容容量（本案2200uf），Vp:次级电压峰值（本案：140V1.414=198V）, Sin(2ft)中的t是充电脉冲时间1ms，括号内的值是弧度，代入上式：ip=23.14500.0022198Sin(23.14500.001)=136.78Si

13、n（0.314）=136.780.31=42A 查手册FR-107正向峰值浪涌电流Ifsm=30A，小于充电回路浪涌电流计算值，采用有风险，于是在已有的元件中选用600V800V，10A的整流桥，正向峰值浪涌电流Ifsm=200A。整流桥都采用日本原装进口的（东芝10J4B41和新电元S10VB60）。 下图是KT88推挽正在工作：改好的电路图如下。图中括号外是供电220V时实测电压值，括号内是供电225V时实测电压值。变压器绕组直流电阻在热态时增大，测出的电压也比冷态时低3V，图中数值是工作6小时后的值。（二）各级电子管工作点的选择正确选择电子管的工作点是非常重要的。对于A类放大，正确的工作

14、点应该是选在VgIa特性曲线直线段的中点，这时失真最小，声音听感也最好。有的电路将工作点选在VgIa特性曲线弯曲段，靠近屏流的截止区，电子管工作在小电流状态，实际上是处于AB类放大状态，信号振幅大时，就会出现截止失真，设备已经不是工作于高保真状态了。电子管手册给出的特性曲线是正确选择电子管的工作点的依据，一般用作图法来选择。（1）前级工作点的选择为什么要用12AU7（ECC82）代替原来的6N11（ECC88）？一是因为Morgan Jones在电子管放大器一书中曾推荐用ECC82做前置线路放大，认为它的输入电容最小，而其他低失真的*SN7和*N7的管子Cin都大于50pf，将使f-3db=1

15、06KHZ（理想值为131KHZ），导致20KHZ处频响下跌0.15db。二是因为用示波器观察第二级SRPP电路输出到倒相级栅极方波响应波形有失真，且主要是在信号的下半周的截止失真。原因是：原来电路6N11（ECC88）的阴极电阻是1K，负偏电压是3.5V，阳极电压是约100V，从VgIa特性曲线查出，这样的工作点位于曲线弯曲段的下方，已经很接近阳极电流的截止点，信号振幅大时，就产生了截止失真。要使6N11（ECC88）工作于A类，就要把工作点选在VgIa特性曲线直线段的中点。作图得出：当Va=100V，Vg=-2.1V时，Ia=10mA，Rk=220欧，这就是6N11（ECC88）工作于A类

16、的工作点。见下图：如果将6N11（ECC88）的工作点改为A类，将使每声道前级增加13mA的电流，电源变压器负荷能力没有问题，但原来的前级稳压电路中的限流电阻必须更换为8.2K。这个限流电阻要通过至少28mA电流，降掉230V电压，功率约7W，发热量很大，必须在机外安装，但原先在机外直立安装的电阻是1993年从炼钢厂废钢里的国外军用旧电子设备上拆下的，现在买不到这种安装方式的电阻了，更别说特定阻值8.2K的了。手头有1993年从炼钢厂废钢里的美国和英国军用旧电子设备上拆下的12AU7（ECC82），就查了它的VgIa特性曲线，作图得出：当Va=100V，Vg=-3.5V时，Ia=3.5mA，R

17、k=1000欧，此点正位于VgIa特性曲线直线段的中点，这就是说原来的元件不要做任何改变，只要把灯丝电压改为12.6V，改用12AU7（ECC82），就可以使前级工作于A类。见下图： 12AU7是否适应SRPP电路对放大管特殊要求：阳极工作电压低、阴极与灯丝间的耐压高？查电子管特性手册知：12AU7可以在100V250V范围内很好工作，在屏压100V、屏流3.5mA时，放大因素仍然保持标准值u=17，跨导是S=1.6mA/V，比标准值（2.2mA/V）小28%。阴极与灯丝间的耐压是180V，比6N11（ECC88）的150V高不少。所以12AU7具有6N11（ECC88）那样的阳极工作电压低、

18、阴极与灯丝间的耐压高的特性，见下图：12AU7阴极电阻两边并联的交流旁路电容不仅影响增益，而且其容量大小对低端频响有很大影响。原线路电子管是6N11时选用1000uf，我进行了校验，看在12AU7工作点条件下，其容量是否合适。根据Morgan Jones的著作电子管放大器，电子管本身的阴极等效电阻为：rk=（RL+ra）/（u+1）Morgan Jones在电子管放大器一书中指出：“SRPP电路中，上臂管子的阴极电阻Rk是下臂管子的RL，由于其阻值相当低，这意味着必定有Avu。”据此，下臂管子的RL=Rk=1K。电子管的ra和u的值将随阳极静态工作电流大小而变化。在电子管特性曲线图上作图，Ia

19、=3.5mA下，ra=10k，u=17，代入上式：rk=（10+1）/（17+1）=0.611K阴极等效阴极交流电阻rk与阴极偏置电阻Rk是并联关系，阴极总电阻：rk=rkRk=（6111000）/（611+1000）=379.3欧姆 Morgan Jones的著作电子管放大器指出：“ 放大器要有良好的低频响应，不止靠正确的幅度响应，还需要相位和瞬态响应所受的影响最小，而相位和瞬态响应涉及的低频端比截止频率低10倍，所以通常将截止频率f-3db选取为1HZ。”所以我设定f-3db=1HZ，于是，与RK并联的交流旁路电容的容量为：Ck=1/2f-3db rk=1/23.141379.3=420u

20、f最接近420uf的电容量标准值是470uf。我选用了470uf/16V瑞典长寿命电容，型号：PEG124。当然，仍采用1000uf的阴极旁路电容也是可以的，只是它对应于截止频率f-3db=0.5HZ，本机低频响应已经很好（见后面的方波响应），没必要采用这么大的电容。（2）倒相级和推动级的工作点的选择倒相级的6SN7和推动级的12AT7也必须工作于A类。我根据电路中实测的电压和计算的电流，验证它们都工作于VgIa特性曲线直线段。6SN7的工作点:Va=180V，Vg=-6.5V，Ia=4.3mA，工作点在直线段中点偏下。 在此工作点下，从6SN7/12SN7特性图上求得：=19.5，Ra=10

21、000=10K，长尾式倒相级两臂的总增益：A=（RL）/（RL + Ra）=（19.533）/（33+10）=14.96515。单臂增益是其一半，约为7.5左右，当前级输出电压峰值Vpin=6V时，倒相级单臂输出电压峰值Vpout=VpinA/2=67.5=45V，Vrms=31.8V12AT7的工作点:Va=190V，Vg=-1.6V-1.8V，Ia=7mA，正好在直线段中点。 由于倒相级6SN7工作在放大状态，所以需要检验其工作点的最大不失真输出振幅是否合适，能否不失真地驱动EL34和KT88。首先，做出倒相管的负载线。长尾倒相电路与共阴极放大电路一样，负载线上Ia=0的电压端点是高压电源

22、经负载电阻至阴极的电压，即：VHT=440V-114V=326V，其中114V是倒相管的阴极电位；负载线上Va=0的电流端点VHT/RL=326V/33K=9.8mA。在6SN7特性曲线图上连接这两个端点做出负载线，正好准确通过工作点：Va=180V，Ia=4.3mA Vg=-6.5V，由此可见；负载线的作图准确无误。其次，找出限制点的电压振幅。沿负载线向左，找到即将产生栅流的饱和点Vg=-1V所对应的电压是90V；向右在相同幅度内没有限制点；于是最大不失真振幅峰值是：工作点电压与饱和点电压的差值的：VP=（180V-90V）=90V，这是双臂输出总峰值，单臂是其1/2，即45V，此值可驱动E

23、L34、KT88甚至2A3。倒相级6SN7的阴极恒流源工作点的设置同样重要。采用EF89做恒流管是因为1993年从从炼钢厂废钢里的英国和丹麦军用旧通信设备上拆下了十多只EF89，多数测试良好；查手册可得到：EF89的内阻高达900K，放大系数u=3280，Va75V以后屏流曲线比较平坦（屏压Va变动时屏流Ia变化很小），屏流加帘栅极电流超过10mA。这些特性决定了EF89在低屏压110V时有良好的恒流特性。EF89的工作点由6SN7阴极电位（也就是EF89的阳极电压）、EF89的帘栅极电压、阳极电流加帘栅极电流流过阴极电阻产生负偏压决定。6SN7阴极电位就是前级SRPP输出电位加偏压，这个电路

24、里是112V115V。EF89的帘栅极电压从手册查出是100V，最好稳定，所以采用了帘栅极100V稳压电路。选择工作点主要是调整EF89的阴极电阻，（本机调至约200欧），对应的第一栅极偏压约-2.2-2.3V左右，使6SN7两臂33K输出电阻上的压降为140V左右，对应的阳极电流为4.3mA左右。根据EF89的内阻Ra、放大系数u和阴极电阻Rk，计算恒流源所呈现的交流电阻：R=Ra+（u+1）Rk=900K+（3280+1）0.2K=1556.2K=1.56M这数值比常规长尾倒相电路的阴极电阻（2030K）大了50多倍。再查EF89曲线检验工作点是否合适，见下图：EF89的栅压-帘栅压-屏流

25、曲线栅压-2.3V、帘栅压100V，对应的屏流是8.5mA。EF89帘栅极电流曲线：帘栅压100V，栅压-2.3V，对应的帘栅极电流3mA由下图可见EF89工作于特性曲线的平坦区域。实际测试表明，管内两边三极管参数完全一致的管子的两臂直流电压没有差异，不完全一致的，两臂直流电压可能有0.5V2.0V的差异，但是两臂输出的交流电压的平衡度很好，即使屏流很不一致，只要跨导相差不大，输出电压也只有约0.2Vrms0.3 Vrms的差异。当阴随推动管采用12AT7时，尽管其自身栅压为-1.6-2V不等，但由于12AT7本身栅压-屏流（Vg1-Ia）特性和阴极深度负反馈作用，对栅压跟随得很好，加到栅极电

26、压是-32V左右，阴极也是-32V左右，相差不过零点几伏，所以麦景图MC-275图中标注12AZ7栅极电压是-57V，阴极也是-57V。开始我以为MC-275图标错了，实际做出来测量后才明白12AT7就是跟随得这么好。起初打算将功放级的偏压改为阴极电阻偏压，在底板上增加了2450欧姆的阴极电阻（美国西电后期黑色的矩形电阻）。这样的最大好处是：如果失去负偏压（阴极电阻开路），阳极电流也同时断开；如果负偏压改变（阴极电阻变值），阳极电流也同时改变，保证了功放管的安全。但是，由于十几年前从废钢场捡来的英国大盾EL34参数稍微有点不对称，推挽输出的两臂电流不完全一致，这不仅使谐波失真不能完全被抵消，而

27、且还会产生交越失真。所以，为了能用上这些大盾名管，还是采用原先固定负偏压，以便于单独调整偏压，使两管电流对称。实践表明，原先采用的WXD2-53线绕10圈指针式电位器可靠性很高，负压回路都采用高可靠金属膜电阻，可靠性基本是有保证的。调试结果是：各管偏压相差并不大，约0.4V0.6V，对管子的工作点影响不大。（3）功率输出级的工作点选择必须仔细设置EL34和TK88的工作点，使之满足中小音量时工作在A类，大音量时工作在AB1类的要求。对于EL34比较好办，因为手册给出了栅压屏流曲线（Vg1-Ia），只要把工作点设置在Vg1-Ia曲线直线段的中点（全A类工作点）偏下一点即可。对于KT88，没有栅压

28、屏流曲线（Vg1-Ia），只能根据手册给出工作点条件，到Va-Ia曲线中去找。最终确定EL34的工作点是：Va=400V，Vg=3132V，Ia=56mA。 KT88的工作点是：Va=400V，Vg=40V，Ia=76mA。 EL34工作点曲线最终调好EL34三极管接法的工作点是：Va=400V，Vg=3132V，阴极0.22欧电阻上电压降0.014V，阴极电流也就是Ia+Ig2=63mA复核EL34工作点与最大功耗：在最大功耗曲线与Vg=-32V交界处取点，由图可知：在负偏-32V时，电压可用到420V，电流可用到73mA；在负偏-32.5V时，电压可用到430V，电流可用到70mA。现在的

29、Va=400V，Ik（Ia+Ig2）=63mA绝对在安全区域内。做EL34负载线，校验最大不失真输出电压摆幅：根据Morgan Jones所著的电子管放大器，可以把推挽输出级的其中一臂当作单端输出级对待，因此，取输出级的屏-屏电压800V和屏-屏负载（输出变压器初级）阻抗5.5K的一半，则Va=0时的Ia=400/2.75=145.45mA，取全值也有：Ia=800/5.5=145.45mA。Ia=0时，在Va轴的延长线上找到Va=800V的点。连接Ia=145.45mA和Va=800V两点，正好通过Vg=-31V-32V的工作点Q，表明负载线正确。从工作点出发，沿负载线向右，没有遇到限制点，

30、向左遇到出现栅流的Vg=0V，作为限制点，此点对应屏压Va=127V，于是最大不失真输出电压峰峰值：Vpp=2（400-127）=546V最大不失真输出电压有效值：Vrms= Vpp/22=193V单管最大不失真输出功率：P= （Vrms）2/RL=(193) 2/2750=14W两管推挽最大不失真输出功率：14W2=28W。在输出变压器次级扬声器端子测得的电压是15V，P= （Vrms）2/RL=(15) 2/8=28W，与在初级计算结果完全一致。做KT88负载线，校验最大不失真输出电压摆幅：与EL34同样方法做出负载线：连接Ia=145.45mA和Va=800V两点，正好通过Va=400V

31、，Vg=-40V，Ia=76mA的工作点Q，表明负载线正确。从工作点出发，沿负载线向右，没有遇到限制点，向左遇到出现栅流的Vg=0V，作为限制点，此点对应屏压Va=108V，于是：最大不失真输出电压峰峰值：Vpp=2（400-108）=584V最大不失真输出电压有效值：Vrms= Vpp/22=206.5V单管最大不失真输出功率：P= （Vrms）2/RL=(206.5) 2/2750=15.5W两管推挽最大不失真输出功率：15.5W2=31W 复核KT88的最大功耗：在Vg=-40V与最大功耗曲线交界取点，可见阳极电压可以用到418V，阳极电流可以用到96mA。现在的工作点：Va=400V，Ia=76mA绝对在安全区域内。 （三）音调控制电路的分析验证本机音调电路采用SRPP电路。第一级SRPP电路的负载电阻的选择关系到失真度的大小。12AU7构成SRPP电路的负载RL=25K时失真度最小。最终的负载阻抗与RC衰减型音调电路输入阻抗有关。音调电路输入阻抗在最小值72.5K到最大值602K之间变化。当电容短路时，即把音调控制呈平坦特性的中频等效的阻抗可计