西电 WE 300B 胆单端后级制作讨​​论 WE300B

看过 web page 上很多关于西电 WE300B 的历史及单端后级制作, 也有一奌冲动想跟大家一起分享在下的经验.

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WE300B 单端后级要做得好, 不外下列数奌:
1. 电源
2. 灯丝
3. 推动级
4. 偏压
5. 输出变压器
6. 选管子
7. 杂项: 即机箱, 接线, RCA座, 地线安排等。

先讲电源, 最理想当然是两声道独立电源, 问题是两只声音相同的电源变压器不容易找到, 退一步可用双整流,300B屏流专用, 但需要两组整流管灯丝绕组,看图:

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至于电压放大级B+最理想是分开处理, 不要与300B共用, 用整流管或整流子皆可, 看图:

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300B屏流与电压放大级B+虽然整流器分开处理, 但高压绕组则可共用, 再者, 高压绕组负整流电阻降压后可用作300B 固定负偏压, 一举两得.滤波方面, 300B屏流可用丌形CLC 声音较活泼, LCLC声音较淳, 不相伯仲. Choke 不用太大5H 便可,尾关电容( Blackgate 很好),输出变压器10K 阻抗用47uF, 5K 用100uF, 2.5K 用200uF(负载/电源阻抗比), 如果用两级电压放大, 共用同一B+ 好过退交连(指同一声道)。 100uF Blackgate 祗用在电压放大B+尾关便好,其他细节在互联网上很多, 不赘.

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至于 300B屏极 B+电压方面,固定偏压线路可用 320V 或 380V, 自给偏压线路可用 380V或 440V, B+电压高阳刚味重, 电压低较阴柔, 各适其适, 不相伯仲。每只 300B 屏流 60mA, 推动级约15mA, 两声道总计 150mA, B+绕组额定电流值最低限度要 300mA
DC 才够松容大度.
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灯丝看起来很简单, 不外交流直流而已,但在下却认为是最有趣味性.

实际试听经验证明, 如果不介意小量交流声 (Hum), 交流奌灯丝声音生动较吸引, 但灯丝交流声是如何产生及如何影响声音的深入分析, 则是十分有趣:

1.偏压交流声 (Bias hum)

300B灯丝交流AC 5V 的峰值是+/-7V, 当+7V出现在灯丝两端, 假设灯丝电子发射均匀而Trim pot 调在正中位置, 灯丝的中奌C对地电位是0V, A 端对地电位是+3.5V而B 端对地电位是-3.5V , 看图:

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假设栅极BIAS= -60V, 那么A奌的实际BIAS是-60-(+3.5)=-63.5V ;而B奌的实际BIAS是-60-(-3.5)=-56.5V, 很明显BC段灯丝发射较多电子, 而AC段灯丝发射较少电子, 假设灯丝电子发射均匀则BC段增加量与AC段减少量刚好相等, 总电子流不变即屏流不变, 也就是没有交流声, -7V峰值时反之亦然,当灯丝电子发射不均匀, 出现大细边时,微调Trim pot就会把C奌0V位沿着便灯丝前后移动, 找到平衡均匀奌,可把偏压交流声降至最低,这就是Trim pot能调低BIAS hum的原理。

偏压交流声是与市电频率 (50/60Hz) 相同。

2. 温差交流声 (temperature hum)

大家都知到 5V DC 与 5V AC RMS 在电阻性负荷功率是一样的, 看图:

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RMS 交流无论正负半波功率都是正的(对纯电阻性负荷而言), 功率平均值与对应的DC电压功率是相同的, 但舜间功率是由零至最大值以两倍市电频率( 100 /120Hz) 不断变化, 因此交流灯丝功率是在不断变化, 因为灯丝有热容量所以当交流功率是零舜间时, 灯丝温度也不至于降至室温, 但温度大体上会围绕在DC 灯丝温度上下变化, 电子发射也随着灯丝温度变化, 温度高发射多一奌,温度低发射少一奌, 影响屏流引起交流声, 看图:

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温差交流声是市电频率 (100/120Hz) 的两倍,且无法去除, 而容易跟 B+ 整流泸波残余纹波交流声混淆(也是100/120Hz)。
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3. 调制交流声 (modulation hum)

这个问题比较复杂抽象, 但祗要花一些心思也不难理解。
一个测试管子电源由脉动电压(市电交流全波整流无滤波), 负BIAS Step (阶梯波) 及灯丝电源所组成:

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脉动直流接屏极, BIAS 接栅极, 假设直流灯丝即灯丝温度不变, 屏特性曲线如图:

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请注意曲线由A 奌上升至B奌, 再由B 奌下降至C奌,两条线理论上是重合的(但实际上却是有些微偏差, 但不会影响分析结果, 并因为牵涉到阴极电子发射物特性, 暂不讨论) 此外CD至DE; EF至FG; GH至HK都是重合, 这不难理解.

现在让我们看看交流灯丝的情形, 图中 M奌与 M’奌是交流灯丝温度与直流灯丝温度的交奌:

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下图红线是交流灯丝的屏特性, 黑线是直流灯丝的屏特性:

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由于X 奌的交流灯丝温度比直流灯丝温度低, 故x 奌屏流比A奌直流灯丝屏流低, 又由于Y 奌的交流灯丝温度比直流灯丝温度高, 故Y 奌屏流比B奌直流灯丝屏流高。在M奌与M’奌交直流灯丝屏流相同. 理论上XY与YZ 两线也是重合, 就好像直流灯丝AB 与BC 重合一样, 上图解释了交流灯丝改变了屏特性(屏阻变低)的原理。

但真实情况则更为复杂, 因为上两图是假设灯丝电源相位与屏压相位相同, 有很大机会灯丝电源相位与屏压相位相差90度, 下图中M奌与M’奌也是交流灯丝温度与直流灯丝温度的交奌, 看图:

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下图是相位相差90度,红线是交流灯丝屏特性, 黑线是直流灯丝屏特性, 由于X 奌的交流灯丝温度比直流灯丝温度高, 故x 奌屏流比A奌直流灯丝屏流高, 又由于Y 奌的交流灯丝温度比直流灯丝温度低, 故Y 奌屏流比B奌直流灯丝屏流低。在 M奌与 M’奌交直流灯丝屏流相同. 理论上XY与 YZ 两线也是重合(这个例子屏阻变高)。看图:

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灯丝电源相位与屏压相位相同, 及相差 90度的情况加在一起(屏阻不断变高或变低)如下图:

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灯丝功率频率是市电的两倍(100/120Hz), 是属于很低频, 对于高频例如6000Hz是120Hz的50 倍, 即6000Hz完成一个cyele 周期的时间里( 1/6000=0.1666 mS豪秒),灯丝温度可以看成是不变, 在灯丝温度最高舜间, 屏流较高,交流灯丝的屏特性曲线出现在直流灯丝屏特性曲线的左边, 在灯丝温度最低舜间, 屏流较低, 交流灯丝的屏特性曲线出现在直流灯丝屏特性曲线的右边。看图:

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所有曲线加起来如下图:

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图中黑线是直流灯丝屏特性, 红线是交流灯丝低频屏特性, 绿线是交流灯丝高频屏特性, 除去直流灯丝的屏特性后, 剩下的就是被交流灯丝所调制(modulating) 的屏特性, 它是动态的, 是不停地变动的, 通过被调制的屏特性, 无论高低频的音乐讯号都同时被调制了, 在下认为, 这是交流灯丝声音较为生动活泼的一个原因。
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4. 磁场交流声 (Magnetic field hum )

先不管栅极,当交流灯丝电流是零舜间的时侯, 灯丝并不会产生磁力, 所以没有聚焦作用(散焦), 电子流会较均匀地打在屏极上, 看图:

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但当交流灯丝电流是峰值舜间的时侯, 灯丝电流会产生磁力, 磁力线对电子有聚焦作用, 电子流会集中打在两个磁极中间位置, 形成与灯丝型状相对应的电子流密集区域在屏极上, 看图:

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于是电子流打在屏极上会随着交流灯丝电流变化而不断地聚焦散焦, 因而影响了声音, 在下认为, 这也是交流灯丝声音较为生动活泼的一个原因。

交直流灯丝总结:

在实际制作中如采用交流灯丝,变压器灯丝绕组的额定电流值最低限度是灯丝电流值的五倍, 否则声音不够大气度, 50 ohm trim pot 的功率为0.5W, 要用大十倍即5W并且要高质量才好听。如采用直流灯丝,变压器灯丝绕组的额定电流值最低限度是灯丝电流值的九倍, 否则声音不够大气度, 用高质量25A 桥式整流子, 5000uF 高质滤波电容, 要做到不经限流电阻直达灯丝而又刚刚好5VDC. 桥式整流要并四只120pF高质电容, 5000uF 滤波电容要并一只0.22uF 高质电容; 又50 ohm trim pot不能用两枚25 ohm电阻代替, 因为仍需要trim 整流滤波后的残留纹波.
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推动级

西电机用WE310A 五极接法推300B 佷有名, 可惜未有听过,管子也贵又难找, 但在下始终对五极接法有保留, 要用扫描仪看过五极特性曲线才能下结论。下图(屏流 2mA, 廉栅流 0.5mA)有兴趣的读者不防一试:

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目前较为流行的做法有 6SN7两级直交 (SUN AUDIO), 6SL7/12AX7 SRPP电容直推就好, 不需要再加直交阴极跟随器, 否则便不是 SRPP.( 详请可参考在下 SRPP Amplifier Theory 一文)

至于用高互导率(Gm) 三极管一级放大, 在下不推荐.

这里介绍一个简单就是好的两级推动, 总曾益大约 120, B+ 由300V到 380V都可以, 而推动级采用固定偏压是较为特别的做法, 不过声音很不错, 请看图:

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300B 偏压安排有固定偏压及自给偏压, 固定偏压中的1K阴极电阻及100uF傍路电容对声音有决定性的影响, 要用高质量零件, 自给偏压中的-350V 是B+绕组负整流而来, R*用欧姆定律容易算出, 不赘, 10 ohm电阻是为电流表而设, 其实是电压表, 因不可用电流表直接串入电路影响音质, 不论固定自给偏压, 所有零件要用高质量.

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输出变压器是最具挑战性的重要部件, 可参考在下 ”胆单端输出变压器的讨论及测试” 一文, 在这里还有一奌补充, 先重温一下铁芯滋滞回路特性曲线:

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电流由O点开始正向电流增加磁埸强度也增加至+Max点, 接着电流咸少磁埸强度也咸少, 但到达A点电流已下降至0但仍然有磁埸强度(剩磁),直至反向电流增加到B点才抵消了剩磁,反向电流增加磁埸强度也增加至-Max点, 接着电流咸少磁埸强度也咸少, 但到达C 点反向电流已下降至0但仍然有磁埸强度(剩磁),直至正向电流增加到D点才抵消了剩磁,正向电流增加磁埸强度也增加至+Max点即完成了一个周期,如果没有剩磁,磁滞特性曲线将会是一条直线,亦即是理想变压器.

现在可以讲一下扬声器音圈移动回路特性曲线:

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音圈电流由O点开始正向电流增加至M奌但音圈仍不动那是因为未能克服弹波及喇叭边的磨擦力, 正向电流继续增加,音圈开始移动,电流增加至+ MAX 音圈移位也增加至+Max点,接着电流咸少音圈移位也咸少,但到达A点电流已下降至0但音圈仍未能返回0奌原位,也是因为弹波及喇叭边的磨擦力保持住在该位置 ,直至反向电流增加到B点才抵消了磨擦力返回0奌原位,接着反向电流增加音圈反向移位也增加至点-Max最大点,接着电流咸少音圈移位也咸少,但到达C点反向电流已下降至0音圈亦未能返回O奌原位,直至正向电流增加到D点才抵消了磨擦力返回O奌原位,正向电流增加音圈移位也增加至+Max最大点即完成了一个周期,如果没有磨擦力,音圈特性曲线将会是一条直线,亦即是理想扬声器。

两条回路特性曲线是不是很相似?在工程学上所有类似特性曲线习惯上都称为磁滞特性曲线,即使与磁滞无关,例如电容介质磁滞特性曲线(影响音质很多),三极管屏流磁滞特性曲线及运算放大器的磁滞与非磁滞输入特性等等,所以这是音圈移位磁滞特性曲线。

磨擦力跟剩磁一样影响扬声器音质,磨擦力越小声音细节越多,正如剩磁越小声音细节也越多一样,高质的输出变压器及扬声器拥有最小面积的磁滞特性曲线,那是当然,最极端的例子是近符直线,但无论磁滞特性曲线面积如何细小,都不会是真正直线,如果把曲线近O奌付近放大来看如下图:

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图中那个由ABCD组成的菱型称为混乱盒子chaose box,混乱盒子越大声音越差,混乱盒子越小声音越好,细节也越多。输出变压器与扬声器的混乱盒子不能直接作出比较因为是不同的物理量,但扬声器的音圈电流是输出变压器供应的,两者有一种物理联系,所以经过加权量化(数学运算)之后,两个混乱盒子就可以直接比较, 这里出现三种情况, 一是两个盒子相同, 没有谁对不起谁的问题, 二是输出变压器盒子大, 那就要换个盒子较小的变压器, 改善声音, 三是扬声器盒子大, 那就要换个盒子较小的扬声器, 以改善声音, 这样互相追逐后, 声音渐渐更好. 在下所听过的器材中, 扬声器以ALTEX 288 太阳边金属振膜有最小混乱盒子,JXL 375 则次小, 输出变压器以Tamurx F2013 有最小混乱盒子.

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在下不推荐级间交连变压器是因为混乱盒子会被进一步放大而输出变压器则不会.

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高质输出变压器很量要, 可玩不同高质扬声器的效果, 不同胆的效果, 可以使换胆或换喇叭声音变化立杆见影, 不要相信一粿初级阻抗3.3K ohm 初级电感量17H 的变压器跟一粿初级阻抗10K ohm 初级电感量50H 的变压器低频重播是一样的说法, 虽然理论上低频截止频率计算结果是一样, 很多用2.5K 18H变压器的300B机器低音强差人意, 大多是这个问题引起的.

在下亲自操刀, 屏流10mA 屏压200V 的RCA 226 波胆配10K 50H 的单端输出变压器直推8 Ω Jensen 12 吋全音域古董砺磁单体, 每声道祗有区区0.5W ; 重播DECCA威尔第歌剧AIDA 的大场面照爆不误,吴讲得笑, 即时中毐, 又因屏流10mA 都爆得, 很多小型胆如12AU7, 6SN7都可当强放用, 不用被规限在传统强放管, 可以听多很多不同东西, 例如1930年代35 及24A 古董五极波胆接成三极,用10 mA屏流, 屏压180V 声音别具韵味, 或227三极波胆行12 mA屏流, 280V屏压也好听,这相当大部份是高质输出变压器的功劳.在下的经验, 假使一个电压放大管当强放管使用能引发音响感动,那么它工作在电压放大级亦能引发音响感动,反之亦然.

下图是 35 古董五极波胆接成三极行 10 mA屏流, 180V屏压:

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Jensen 12吋全音域古董砺磁单体看下图:

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讲开全音域单体在下认为以12 吋较好, 因大过12吋高频开始滚降, 细过12 吋则低音不足, 且最大问题是有严重的“多普勒较应“,因为直径小的单体纸盆前后移动距离较长才能发出与大单体相同的音压, 这移动距离跟单体直径的平方成反比, 理由是它们推动相同体积的空气, 那就是说一粿4吋单体纸盆前后移动距离是12 吋单体的九倍才能产生相同音压, 在大幅度低频前后移动的纸盆上发出的高音, 就好像那个高音喇叭一时向着听众走来, 一时退后,有严重的“多普勒较应“,使音质变差, 12吋大口径单体纸盆前后移动距离短有优势不在话下, 全音域单体不用分音器, 细节特多且有连贯性一气呵成, 如再加超高超低,则失原意不如玩多路, Jensen 12吋全音域砺磁单体在ebay上很多, 价格也不高, 不论装障版, 无背版箱或面版开孔低音反射箱都可以玩且尺寸不严格, 在下都试过一样好听, 障版或无背版箱可放近墙角数吋, 如地方够大则可拉前玩后音場.

Jensen 12吋砺磁单体Field Coil 250 ohm DC用65V 260mA 可用桥式整流加3000uf滤波, Field Coil 5000 ohm 用DC 285V 57mA 可用胆全波整流加180uf滤波, 但整流胆对声音影响非常大, 不要用5U4 GT 5Y3 GT 一类不好听, 越旧越好如5Y3G 80 等要试很好玩, 其他不同ohm Field Coil 可用16W 功耗作准, 欧姆定律容易算出所需DC 电压电流, 值得一试. 不需用Choke 因为砺磁Coil本身就是一个大Choke, 简单就好. 不要谜信稀有贵价古董砺磁单体, 也不要谜信古董硒整流, 内阻高, 那都是炒希有. 用现代桥式整流或较早期整流胆便好, 容易找价格也合理, Jensen 12吋砺磁电木弹波单体玩得好有音响感动, 波浪型布弹波未玩过不敢说.

装障版 3呎乘 5呎看图:

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无背版箱, 16吋X16吋X16吋 看图:

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面版开孔低音反射箱 20吋高, 14吋阔, 13吋深, 圆型低音反射管内径 3吋,长度 5吋看图:

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言归正传, 讲返输出变压器与 300B的一笔胡涂怅:

初级 2.5K 13H 行 65mA 屏压淨值 350V 屏耗 22.8 瓦 輸出功率 5.3 瓦
初级 3.3K 17H 行 65mA 屏压淨值 350V 屏耗 22.8 瓦 輸出功率 7.1 瓦
初级 5.0K 25H 行 55mA 屏压淨值 400V 屏耗 22.0 瓦 輸出功率 7.5 瓦
初级 5.0K 25H 行 60mA 屏压淨值 450V 屏耗 27.0 瓦 輸出功率 9.0 瓦
初级 10 K 50H 行 36mA 屏压淨值 450V 屏耗 16.2 瓦 輸出功率 6.5 瓦

以上安排理论上低频截止频率计算结果都是一样32Hz (-3db), 但听感有所不同是事实. 有说300B屏内阻是800Ω, 取三倍屏内阻即2.5K初级阻抗己足,跟据32Hz (-3db) 低频截止频率计算初级电感13H已足够, 圈数不多, 可有效降低初次级线圈潜布电容量, 在不影响低频响应前题下改善高频响应, 看来高招可行, 世上那来免费午餐, 先不论13H低频不厚中频偏薄, 2.5K 初级阻抗输出瓦数最少不在话下, 因为不设负回输, 能制伏低音喇叭的阻尼因数也是最小, 低频不好不可取,成本低易做才是真相.

5K 25H 较可取因输出最高达9W 且中低频也较厚,而阻尼因数也不错. 至于10K 50H当然中低频最厚, 阻尼因数也是最大,能制伏低音喇叭, 但因圈数多线圈潜布电容量较大, 但名厂绕制靓铁芯频应仍可达50KHz以上已够玩, 8Ω喇叭接16Ω Tag也可玩5K, 接4Ω Tag则可玩 20K ,低屏流管子用10K/20K 输出瓦数较大, 即使10K 配上300B 也有6.5W 而屏耗祗有16 瓦耐用,唯一缺奌是又大又重又贵, 用40W 牛玩0.5W是疯子, 但谁都知道, 玩HiFi不是讲理性的. 最后选5K 25H或10K 50H 要看个人取舍, 其他都不可取.

最后补充, 胆单端功放不设负回输最好听是大家公认, 没有负回输的帮忙,要制伏又大又重的低音喇叭祗剩下三个辦法, 一是充足扎实的低频响应, 二是极小的低频失真, 三是够高的阻尼因数, 那就是一要初级电感量大及静态屏流大, 二要磁滞特性曲线靓, 三要初级阻抗高, 这都是物理的, 赤裸裸的丛林法则, 是无法改变, 如果违反了此规律,低频就不好.

选管比较单纯, 首选旧装 WE300B, 次选 Reissue, 再选其他牌子.

至于电压放大的12AX7/U7 及6SN7 切记要用1960年代美国或欧洲牌子如RCA ,GE, SYVANIA, TUNGSOL, TELEFUNKEN 等, 物有所值. 手上也有一些冷门的美国旧装2C50 及JAN 7193, RCA 6FQ7 clrar top等,试听后再告诉各位.

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最后是杂项, 牛牛不能太细, 机箱底盘不能太轻太细, 最低限度要16吋X12吋X 2.5吋, 铝片要2.5mm 厚, 钢片要1.5 mm 厚, 否则声音不够大气度, 零件安排是大路, 即最后边是电源, 跟住输出牛两声道并排, 再来强放管, 电压放大管, 最前是音量Volume (可用50K 或100K)及RCA输入插, 后级燥声问题不大, 地线用2.5 mm粗铜线做成T 型, 由头走到尾即可, T 型铜线交奌一奌接机壳, 其他零件不可以再接机壳, 要落地祗需就近焊在T 型地线上便可, 这才是一奌落地(机壳) 的原意.

总之,做 300B功放, 交流奌灯丝, 靓牛靓胆靓电容, 料靓机箱大, 就系咁简单, 门槛不高, 放胆去做, 人皆可胜任, 吴驶(不用)高手咁(如此)夸张.

2A3单屏 245 71A 波胆单端后级制作也是一样.

谢谢阁下访问
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