電子管又叫真空管，美國人稱為Tube，英國人稱為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;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;之后衍生出的五級管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。實際上還有其他類型的電子管，由于跟本文關(guān)系不太緊密，所以略過不提。

　　相對于晶體管放大器，電子管放大器體積大、重量重、效率低，而且從指標(biāo)上來講失真大，所以當(dāng)上世紀(jì)60年代晶體管放大器面世時電子管遭受了人們的冷遇。直到1970年情況才有了改觀，美國Audio Research公司的William Zane Johnson先生在美國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，但是也有難以替代的優(yōu)勢。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，實際上對聽感的惡化不大，反而往往更加好聽;晶體管的非線性失真則有發(fā)生在高次諧波上，對聽感的惡化較大。電子管有助于聲音的人性化，甜美自然的聲音聽來更加讓人愉悅放松，同時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，不過在推動耳機(jī)時的表現(xiàn)不會讓人無法接受。電子管電路的特點則是構(gòu)架簡潔，用管數(shù)量和放大級數(shù)都少，很有些Simple is the best的味道，也可以讓我們集中財力拿下盡量好的管子。

　　下面盡量簡單地說一下電子管工作原理，了解這些原理將直接有助于處理實際電路問題。電子管由外部的玻璃殼體、內(nèi)部的幾個電極和連接電極的管腳組成。二極管是最簡單的電子管，里面有燈絲Filament(跟白熾燈的燈絲看起來差不多，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)。電子管實際電路工作時，燈絲上有電流通過就會發(fā)熱，當(dāng)自身或加熱陰極到達(dá)一定溫度之后，會有電子獲得足夠的能量而從上面發(fā)射出來，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，所以這個方向不能反過來，這個單向?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，而正是柵極的控制作用使得電子管擁有了放大電壓信號的能力。五級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(稱為簾柵極)和第三柵極G3(稱為抑止柵極)，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管的結(jié)構(gòu)示意圖

　　(五級管從上到下：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(實際上也有少部分型號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。從實際生產(chǎn)工藝來講，電子管連接外部電路的管腳和玻璃殼體之間是無法保持理想密封而不讓空氣通過的，所以在電子管的內(nèi)側(cè)頂部會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?？雌饋磉@些消氣劑就像是一層附著在玻璃殼體頂部內(nèi)側(cè)的銀鏡。

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

　　簡單說了說原理以后，我們就開始考慮具體的電路。

　　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把兩個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)來將直流電壓的紋波盡量抹平。

　　由于用于推動耳機(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放大就足夠了，也就是前級電壓放大和后級功率放大，而無需像大功率放大器一樣需要在電壓放大級和功率輸出級之間設(shè)置一個推動級。考慮到實用價值，前級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三極管，結(jié)構(gòu)簡單，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，且工作時會產(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直接耦合輸出給后級，考慮到具體情況，所以我們采用了單端形式。后級功率放大電路簡單來說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態(tài)表現(xiàn)好、對電子管壽命影響較小，缺點是噪音相對較大;直流供電的特點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，噪音問題也不會太大，我們決定采用交流燈絲供電。

　　兩級放大電路之間的信號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，信號可以直接通過而沒有損耗，但由于導(dǎo)線兩端沒有電位差，所以必須把前后兩級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，這次最終沒有采用直接耦合。電容耦合可以用電容來隔離直流，使各級的工作點(電子管各極之間的直流電位差)得以保持互相獨立，但電容會影響到細(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到而且價格昂貴，也只好放棄了。

　　單端功率輸出級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，所以也稱為OTL，陰極輸出的聲音更加透明，聲場更好，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，所以單個電子管陰極的輸出推動低阻抗負(fù)載的能力有限，雖然通過多管并聯(lián)可以改善推動能力，但是并聯(lián)輸出需要盡量精確的配對，這是我們的財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，輸出級電路所“看到”的是變壓器初級的高輸入阻抗而不是負(fù)載的低輸入阻抗，所以推動低阻抗負(fù)載的表現(xiàn)較好。同時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)載再開機(jī)。高品質(zhì)輸出變壓器的材料和工藝使得其造價也比較高。由于這次是為高檔的低阻抗耳機(jī)而設(shè)計，再回想起麥景圖的優(yōu)美表現(xiàn)，為了打上這個牙祭，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經(jīng)過反相后送回放大器的輸入端。對于是否采用負(fù)反饋眾說紛紜意見不一，但是負(fù)反饋的優(yōu)點和缺點是有共識的：負(fù)反饋能對放大器提高穩(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，信號延遲不大，瞬態(tài)互調(diào)失真也不會嚴(yán)重，同時考慮到穩(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，所以我們把整個電路的具體參數(shù)放到選定器件之后。