電子管又叫真空管，美國(guó)人稱(chēng)為T(mén)ube，英國(guó)人稱(chēng)為Valve。J.A.Fleming于1904年制造出第一只二極管Diode，使整流直流電源的使用成為現(xiàn)實(shí);De Forest Lee于1907年在二極管的基礎(chǔ)上研制出三極管Triode，使放大器從此登上了歷史舞臺(tái);之后衍生出的五級(jí)管Pentode和束射四極管Beam Tetrode，使電子管可以工作于更高的頻率和輸出更大的功率。實(shí)際上還有其他類(lèi)型的電子管，由于跟本文關(guān)系不太緊密，所以略過(guò)不提。

　　相對(duì)于晶體管放大器，電子管放大器體積大、重量重、效率低，而且從指標(biāo)上來(lái)講失真大，所以當(dāng)上世紀(jì)60年代晶體管放大器面世時(shí)電子管遭受了人們的冷遇。直到1970年情況才有了改觀，美國(guó)Audio Research公司的William Zane Johnson先生在美國(guó)HiFi大展上展出了他研制的電子管放大器，引領(lǐng)了電子管放大器的偉大復(fù)興。歷史的必然在于電子管放大器雖然有自身固有的缺點(diǎn)，但是也有難以替代的優(yōu)勢(shì)。電子管的非線性失真指標(biāo)雖然高，但大多發(fā)生在低次諧波上，實(shí)際上對(duì)聽(tīng)感的惡化不大，反而往往更加好聽(tīng);晶體管的非線性失真則有發(fā)生在高次諧波上，對(duì)聽(tīng)感的惡化較大。電子管有助于聲音的人性化，甜美自然的聲音聽(tīng)來(lái)更加讓人愉悅放松，同時(shí)電子管的失真特性也有利于掩蓋音源的不足;而電子管的不足在于低頻控制能力稍欠和大電流輸出能力不足，不過(guò)在推動(dòng)耳機(jī)時(shí)的表現(xiàn)不會(huì)讓人無(wú)法接受。電子管電路的特點(diǎn)則是構(gòu)架簡(jiǎn)潔，用管數(shù)量和放大級(jí)數(shù)都少，很有些Simple is the best的味道，也可以讓我們集中財(cái)力拿下盡量好的管子。

　　下面盡量簡(jiǎn)單地說(shuō)一下電子管工作原理，了解這些原理將直接有助于處理實(shí)際電路問(wèn)題。電子管由外部的玻璃殼體、內(nèi)部的幾個(gè)電極和連接電極的管腳組成。二極管是最簡(jiǎn)單的電子管，里面有燈絲Filament(跟白熾燈的燈絲看起來(lái)差不多，通常用f表示)、陰極Cathode(緊靠燈絲的一塊金屬板或者燈絲本身，通常用K表示，直接使用燈絲作陰極的電子管叫直熱式，有獨(dú)立陰極的則叫旁熱式)和屏極Plate(位于最外面的一塊金屬板，通常用P表示)。電子管實(shí)際電路工作時(shí)，燈絲上有電流通過(guò)就會(huì)發(fā)熱，當(dāng)自身或加熱陰極到達(dá)一定溫度之后，會(huì)有電子獲得足夠的能量而從上面發(fā)射出來(lái)，這些電子將被屏極吸收，但由于燈絲或者陰極不能吸收電子，所以這個(gè)方向不能反過(guò)來(lái)，這個(gè)單向?qū)щ娞匦允请娮庸艿墓ぷ骰A(chǔ)。三極管是在二極管的陰極和屏極之間增加了一個(gè)柵極Grid(一片比較致密的金屬網(wǎng)格，通常用G表示)以控制電子的運(yùn)動(dòng)，而正是柵極的控制作用使得電子管擁有了放大電壓信號(hào)的能力。五級(jí)管則是在三極管的第一柵極G1和屏極之間依次增加了第二柵極G2(稱(chēng)為簾柵極)和第三柵極G3(稱(chēng)為抑止柵極)，目的主要在于減小各極間電容和抑止二次電子發(fā)射。電子管各極在電路中的連接方式請(qǐng)參考本文后面章節(jié)中的電路部分。

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　　直熱式雙二極管、旁熱式三極管和五級(jí)管的結(jié)構(gòu)示意圖

　　(五級(jí)管從上到下：P、G3、G2、G1、K和f)

　　由于電子管玻璃殼體內(nèi)部存在空間電子流和燈絲，電子管內(nèi)部需要抽成真空(實(shí)際上也有少部分型號(hào)的電子管出于特殊需要而在內(nèi)部充以低壓氣體)，這就是電子管又叫作真空管的原因。從實(shí)際生產(chǎn)工藝來(lái)講，電子管連接外部電路的管腳和玻璃殼體之間是無(wú)法保持理想密封而不讓空氣通過(guò)的，所以在電子管的內(nèi)側(cè)頂部會(huì)蒸鍍上一些用于吸收氣體的消氣劑，用以與進(jìn)入殼體內(nèi)部的空氣發(fā)生作用，從而保持內(nèi)部的真空程度?？雌饋?lái)這些消氣劑就像是一層附著在玻璃殼體頂部?jī)?nèi)側(cè)的銀鏡。

　　在實(shí)際的電子管電路中間，由于電子管和變壓器都會(huì)發(fā)出很多的熱量，這也會(huì)影響到元件的狀態(tài)，所以電子管設(shè)備往往在開(kāi)機(jī)一段時(shí)間之后才會(huì)進(jìn)入完全穩(wěn)定的狀態(tài)——就放大器而言就是穩(wěn)定后聲音才會(huì)最好。

　　簡(jiǎn)單說(shuō)了說(shuō)原理以后，我們就開(kāi)始考慮具體的電路。

　　電源方面決定采用傳統(tǒng)的電子管全波整流加CLC濾波的方式。電子管全波整流是指用一支雙二極管來(lái)把兩個(gè)極性相反的正弦交流電壓變成直流電;而后面的CLC濾波是指使用并聯(lián)的電容和串連的鐵芯電感(即扼流圈)來(lái)將直流電壓的紋波盡量抹平。

　　由于用于推動(dòng)耳機(jī)的電子管放大器不需要太大的輸出功率，所以電路里使用兩級(jí)放大就足夠了，也就是前級(jí)電壓放大和后級(jí)功率放大，而無(wú)需像大功率放大器一樣需要在電壓放大級(jí)和功率輸出級(jí)之間設(shè)置一個(gè)推動(dòng)級(jí)。考慮到實(shí)用價(jià)值，前級(jí)電壓放大電路通常有單端Single-End和SRPP(Shunt Regulator Pull-Push并聯(lián)調(diào)整推挽)兩種形式，單端放大只使用一個(gè)三極管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，音色也最純真，中頻尤其優(yōu)美;SRPP形式的高頻細(xì)致，但低頻量感稍欠，且工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻率非常低的紋波，不用直流伺服電路加以控制的話不適于通過(guò)直接耦合輸出給后級(jí)，考慮到具體情況，所以我們采用了單端形式。后級(jí)功率放大電路簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以分為單端和推挽，由于不需要輸出太大功率，我們也采用了單端形式。

　　電子管的燈絲供電可以采用交流和直流兩種方式。交流供電的好處是聲音動(dòng)態(tài)表現(xiàn)好、對(duì)電子管壽命影響較小，缺點(diǎn)是噪音相對(duì)較大;直流供電的特點(diǎn)則幾乎正好與交流供電相反?？紤]到耳機(jī)放大器的電壓放大倍數(shù)不大，噪音問(wèn)題也不會(huì)太大，我們決定采用交流燈絲供電。

　　兩級(jí)放大電路之間的信號(hào)耦合方式通常有直接耦合、電容耦合和變壓器耦合三種。直接耦合就是用導(dǎo)線直接連通前后兩級(jí)，信號(hào)可以直接通過(guò)而沒(méi)有損耗，但由于導(dǎo)線兩端沒(méi)有電位差，所以必須把前后兩級(jí)電子管的各極直流電位都提高，以使前面電子管的屏極和后面電子管的柵極直流電位相等，考慮到電源成本和安全因素，這次最終沒(méi)有采用直接耦合。電容耦合可以用電容來(lái)隔離直流，使各級(jí)的工作點(diǎn)(電子管各極之間的直流電位差)得以保持互相獨(dú)立，但電容會(huì)影響到細(xì)節(jié)和低頻的表現(xiàn)，綜合考慮后這次采用了電容耦合。變壓器耦合的原理與電容耦合類(lèi)似，雖然變壓器耦合的效果可以非常好，但是傳輸變壓器比較難以買(mǎi)到而且價(jià)格昂貴，也只好放棄了。

　　單端功率輸出級(jí)的輸出方式可以分為陰極輸出和變壓器輸出兩種方案。陰極輸出方案由于不帶輸出變壓器，所以也稱(chēng)為OTL，陰極輸出的聲音更加透明，聲場(chǎng)更好，而且成本可以做得較低;但由于電子管輸出阻抗高、工作電流有限，所以單個(gè)電子管陰極的輸出推動(dòng)低阻抗負(fù)載的能力有限，雖然通過(guò)多管并聯(lián)可以改善推動(dòng)能力，但是并聯(lián)輸出需要盡量精確的配對(duì)，這是我們的財(cái)力和條件都難以企及的。反觀變壓器輸出方案，由于輸出變壓器的阻抗匹配作用，輸出級(jí)電路所“看到”的是變壓器初級(jí)的高輸入阻抗而不是負(fù)載的低輸入阻抗，所以推動(dòng)低阻抗負(fù)載的表現(xiàn)較好。同時(shí)變壓器由于線圈的電感、磁體的磁滯和鐵芯鋼片的磁傳遞等作用而具有非常特別的自身音色。變壓器輸出方式是不能空載工作的，也就是一定要先接上負(fù)載再開(kāi)機(jī)。高品質(zhì)輸出變壓器的材料和工藝使得其造價(jià)也比較高。由于這次是為高檔的低阻抗耳機(jī)而設(shè)計(jì)，再回想起麥景圖的優(yōu)美表現(xiàn)，為了打上這個(gè)牙祭，筆者也狠狠心選擇了輸出變壓器。

　　還有就是負(fù)反饋。所謂負(fù)反饋就是將放大器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)反相后送回放大器的輸入端。對(duì)于是否采用負(fù)反饋眾說(shuō)紛紜意見(jiàn)不一，但是負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是有共識(shí)的：負(fù)反饋能對(duì)放大器提高穩(wěn)定性、降低非線性失真、擴(kuò)展通頻帶、提高輸入阻抗和降低輸出阻抗;但也會(huì)造成瞬態(tài)互調(diào)失真和留下自激的可能?？紤]到放大電路只有兩級(jí)，信號(hào)延遲不大，瞬態(tài)互調(diào)失真也不會(huì)嚴(yán)重，同時(shí)考慮到穩(wěn)定性和輸出阻抗，所以這里采用了少量的負(fù)反饋。

　　由于其他元件參數(shù)需要先確定電子管和輸出變壓器，所以我們把整個(gè)電路的具體參數(shù)放到選定器件之后。