闲聊胆机的交流声与电感/扼流圈
左增军 / 2026-07-10
电子管,是最古老、最基本的信号放大元件,靠灯丝的加热发射电子,最初的电子管都是直热管,而且很多是电池管~交流电并不普及,所以有甲电、乙电。有很多早期小管都是为了方便使用电池,灯丝电流很小,称之为省电管,比如电子管序号26、30#等。后来才根据时代发展有了大功率、高效率旁热式电子管。使用交流电供电的直热管,因为灯丝直接交流加热,不可避免的导致信号放大的终端-扬声器里面发出讨厌的交流声,而且如今的喇叭效率高,口径大,低频交流声就显得比较明显。加之高端耳机的出现,对低频灵敏度的改善,导致对放大器的残留噪音要求越来越高。
无论功放的输出功率是1W、5W还是几十瓦,对于残留噪音的要求基本差不多,毕竟我们平时听音时与音箱的距离都差不多(当然音箱的灵敏度有一定的差别)。所以我不建议功放指标只标注信噪比,我希望都标注其残留输出电压是多少。我们在家欣赏、感受音乐,首先都是立体声双声道的,这就需要有两个音箱,为了能同时感受两个音箱发出来的声音,一般听音距离,也就是你距离音箱一般需要1.5-2米以外,才能感受到有一定的声场效果。根据我的经验,放大器残留输出在不大于3mV/8Ω的状态下,基本感受不到有任何的交流声干扰,当然你说你的耳朵灵敏度好(尤其是低频灵敏度好),要求高一点也无所谓。但是,没必要追求残留输出零点几mV ~就跟失真指标一样,咱们承认有金耳朵能分辨出放大器的0.1%和0.5%失真,只是我觉得这并不是必须追求的目标。不过如果是厂机,真有客户就是耳朵贴近扬声器去辨别,反馈有交流声,网络如此发达的今天,那么肯定会影响品牌信誉,所以厂机统统做到“无可挑剔”~表面上。越是表面上完美,内里会越。。。这是不争的事实,您希望是怎样的呢?欢迎您留言交流。
如果耳机放大器,是用耳机听音乐,相对来讲残留噪音要求高一点也是正常,我的森海塞尔(Sennheiser)-HD580、HD600,用交流灯丝2A3单端,没有感觉到有交流声干扰,用常规的300B单端则不能接受交流声的程度。如果说就喜欢耳朵贴近音箱去辨别是否有交流声,以此来评判直热管单端胆机的好坏,那么您是正确的也是认真的,为您的这种精神竖大拇指点赞、佩服!我喜欢通过自然而然的方式达到最好的目的,而不是为了指标而指标的处理方式。
一般情况下,对于典型的2A3之类单端,低电平输入、高增益放大,前面2级放大或五极管放大的电路,输入0.15V左右信号即可达到满功率输出的,全部使用交流灯丝,合理设计、制作与调试,残留输出小于1mV/8Ω是完全没有问题的,没有必要必须使用直流点灯丝。如果是高电平输入(很多机器的输入电平在0.5V以上),则可以更轻松容易做到更低残留噪音了。当然,用直流点灯的优点有很多,可以任意使用成品PCB版,可以使用廉价的变压器、扼流圈,可以减少很多装机的麻烦,比如寻找合理的接地点,选择恰当的元器件,布线可以很乱或为了美观而很精致,可以不用怎么调试、调整,可以不用费心考虑布局、布线、屏蔽等。有如此多的优点,很简单的就选用直流点灯丝。只是,直流灯丝呢也不是百利而无害,除了增加几个元件外,还需要接受其声音的“平直”,也就是耐听性差一些。这里不评论交、直流灯丝效果,也不刻意勉强怎么做,只要达到自己目的就行。我只是说:能用交流点灯就交流,能不稳压就不稳压,能简单点、省点就不要刻意复杂~除非有什么目的。
用简单的、最初级的框架、结构,来制作出性能良好的直热管单端,这是我们想要达到的目的。但这个时候需要需要讲究每一个元件的“到位”,也就是每个元件自身应该具有的性能达到最好。
胆机有交流声,第一步首先要保证一颗良好的电源变压器。电源牛除了不振动、不发热外,很关键的还需有良好的屏蔽性能,屏蔽不好,除了可以有交流声,对市电的干扰杂波也会过滤不足。恰恰这一点有些人重视的不够。有时候更换一只正确的电源牛,残留噪音会下降很多~这应该足以说明问题。
胆机有交流声,还需要重点关注下滤波扼流圈(电感)。我发现很多厂机,包括DIY,对电感的重视程度不足,认为电感就是个小扼流圈,直流电阻、体积越小越好,殊不知电感直接影响残留噪音的大小。电感的特性就是对于直流电直通,频率越高感抗越大,也就相对于对交流信号呈现出较大电阻,来平滑滤波,获得干净的直流输出,供放大器电路使用。
下图是典型的π整流滤波电路,这里假设滤波电感的参数是10H/200mA,直流电阻为100Ω,其感抗XL=2πfL=6280Ω,也就是说这个电感对于直流来说呈现100欧姆阻抗,假如负载电流为200mA,那么其消耗功率为100*0.2=20V,20*0.2=4W。而对于交流成分来说,其呈现阻抗为6280Ω,也就是对交流成分呈现高阻,从而获得纹波尽可能低的直流输出。
但是,如果这个滤波扼流圈的视在电感(apparent inductance)=10H也就是静态下为10H,在通过额定200mA电流时,因为铁芯气隙较小而趋于饱和,可能此时呈现的电感为4H甚至更低,按照4H计算,这个时候其感抗=2512Ω,相对10H的6280Ω来讲,其滤除纹波的“阻力”下降很多,使得输出的纹波增大,从而导致交流声增大。您可能认为,他就是个10H的电感,通直流以后怎么就降到4H了?难道这是可变电感(Variable Inductor)吗?其实铁芯电感有磁饱和的道理大家都懂,只是没人关注会相差很大。
有这样一个现象:两个标称参数相同的电感,一大一小,用在电路上,大的用上去会发热,而小体积的却没有任何温升。这个现象看上去会认为那个小的电感好,大的不好。但懂常识的人可能另有看法,大的电感用上去,在额定的工作电流下,依然表现出应有的电感值(应有的感抗),而小体积的电感在路以后电感迅速下降,其感抗很小,甚至只有线圈自身直流电阻产生的直流损耗,当然就不会发热。但是这个时候电源输出的纹波电压会上升很多,只是大家并没有关注这是电感的感抗相差很大造成的~这个细节您发现了没有?
别着急,咱们接着说:电感通过一定直流电流而导致电感值下降,这是铁芯电感的自身特性,也就是天生自有的特性。我这里并不想做什么铁芯的科普,我尽量用通俗易懂的方式解说。大家都知道滤波电感、单端输出牛铁芯都会留有一定气隙,将大部分磁动势(MMF)降在气隙上,从而降低了电感随电流的变化而变化。这个气隙的大小需要根据实际工作电流和铁芯材料、铁芯面积和圈数等来确定,确保在额定工作电流(包含交流电流)状态呈现标称电感值。假如视在电感(就是静态电感)为10H,额定工作电流状态为4H,这可称为增量电感,我们希望增量电感与视在电感,在额定工作状态呈线性关系。
这里再给大家说个名词:Swinging choke(摇摆电感)、Variable Inductor(可变电感)。摇摆电感在上世纪初就被申请了专利,用于有针对性的应用场合。请看下图:这是UTC S-34扼流圈,外面印着参数为:4H 300mA,20H 30mA,直流电阻100Ω。也就是说这个电感在通过30mA直流时,为20H,通过电流为300mA,电感为4H。
上世纪摇摆电感有很多,还被美国一家公司申请了专利,其实这本就是利用电感自身的特性,合理的控制缝隙大小。铁芯电感,当铁芯被通过的直流磁化饱和以后,其电感量会迅速下降甚至接近0,对于应用在单端放大器电路上的滤波效果就需要考虑了,因为单端电路一般都工作在甲类,负载电流相对是恒定的。在这个恒定工作电流下,所用扼流圈应该呈现出应有的电感值,才可以满足低纹波的要求,才可以令残留噪音最低。
关于摇摆电感,一篇发表在1957年《Wireless World》上的文章,文中配有一张图:
大家都知道,上图a是典型的π型滤波,b是倒L滤波,这有什么奇怪的?只是您知道吗?图b认真来讲使用的是摇摆电感,其小电流时呈现出较大的感抗,大电流时呈现出较小的感抗。有关摇摆电感,有很多特定应用场合,这里就不多说了。对了,应用这种特性的还有磁放大器,一个不用任何电子元件的放大器,您知道吗?还有早期的电子管市电稳压电源(用的就是6N5P/6N13P),也是利用了铁芯饱和原理。
扯远了,咱就说交流声的问题。电源滤波用的扼流圈,在通过额定电流时,应该呈现出该有的电感、感抗,而不能摇摆或可变。
因为在路使用时,通常业余条件下不便于测试其参数,导致我们不了解所使用的扼流圈性能,我前面文章虽然贴出来一些测试方法,那都是最基本的方式,也是各种测试电桥的基本框架,但业余情况下并不容易掌握。一些常见的电桥仪器,就算是配置偏流模块,也不适合测量胆机用的电感,因为那些都是测试小电感用的。
下面给大家贴出一张图,是美国康涅狄格电话电力公司的胡贝尔汉克(Hubelhank)在1956年发表的《利用废旧盒子里的不明参数的电感》文章。方法很简单,足以测试胆机所用的的各种滤波电感,还包括单端输出变压器。对于滤波电感,如果用于典型单端电路,只是看看在实际工作电流附近的电感值,是不是与标称的电感一样就可以了。LCR表测试出来的视在电感,因为励磁电流偏小,可能有所偏差属于正常。
不同品牌的电感会有一定的出入,但请相信,按照上述方式测试的结果,比较贴近实际工作电路,自己使用足够了。这里提一下Lundahl 电感,标称10H的电感,客户用LCR表测试出来的视在电感为大多为6H/100Hz左右,原因是Lundahl采用100V/50Hz电源测试,Lundahl老总答复是,你实际使用时除以2就得了。
上述测试方式也完全可以测试单端输出变压器,了解输出牛在实际工作电流状态的特性,但这只能说明静态下特性,最好测试大于实际工作电流一倍以上的情况,因为音乐信号的动态峰值会很大。我们希望单端输出牛的增量电感和视在电感在线性区域,如果是非线性区域甚至饱和,那么实际表现出来的声音会相差很多。对于输出变压器,不要只关注频响指标,高低频延伸什么的,关注一下动态参数,尤其是铁芯的饱和区域很重要,这是检验胆机动态指标最好的方法~自己对比试验一下,比空想、争论更有说服力。
还有,电感值也会随温度的升高而发生变化,只是我们的放大器不会涉及到太高的温度,这个可以忽略。
如果大家没有精力做这些测试,完全可以多拿几个“样品”在自己的机器上对比,反正大家都知道七天无理由退货。实践出真知,经过亲身体会,反复对比感受到的东西,会有更深刻的印象。
为了能明显的对比,您的放大器最好这样:先去掉所有所有反馈,让放大器裸奔,且各级阴极对地落水电容没有的要临时加上,这样有利于提高低频增益。放大器不输入任何信号,音量电位器可以开到接近最大,喇叭输出端接上假负载,2W普通电阻就够了,没有多大功率输出。然后用万用表测量负载电阻上的残留电压,量程在AC mV档。这样就可以很简单直观了解用哪个电感残留噪音最低(当然也可以顺便测试电路裸奔的时候是否存在自激,如有自激,喇叭输出端就会有比较高的电压)。有时候可能还会出现这样的现象,拿一颗与扼流圈直流电阻相同阻值的功率电阻代替扼流圈,也会得到与该扼流圈差不多的残留噪音输出。这时候恭喜你,可以省下一笔银子,不用电感,直接用一个功率电阻就ok。有一些厂机乃至发烧友用的电感,的确就是充当一个电阻的作用。因为都是用直流点灯丝,甚至是稳压、温流供电,高压甚至也稳压,那么就真的可以省掉电感,用RC滤波就足够,没必要多用一个扼流圈。
前些时候无意间看了一个视频,博主在汽车维修车间拍着胸脯说,自动挡车在等红灯的时候,挂到N档等于自毁变速箱、发动机什么的,看看播放量,个十百千,这是几百万,我心想这下我坏了,我的习惯要改改了。可作为老司机也有些不甘心,就去研究了几天手自一体变速箱原理,然后又给4S店打电话一探究竟,结果,想起了司马相如:子虚乌有。云梦泽带给这些网红的是流量,本质就是银子。只是我们很多人都关注这些新奇的观点,而忘记了本来是什么,不忘初心似乎只是一句口号而已,正儿八经的无人关注,稀奇古怪招人喜欢。
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