西電 WE 300B 膽單端后級製作討論 WE300B

看過 web page 上很多關於西電 WE300B 的歷史及單端后級製作, 也有一奌衝動想跟大家一起分享在下的經驗.

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WE300B 單端后級要做得好, 不外下列數奌:
1. 電源
2. 燈絲
3. 推動級
4. 偏壓
5. 輸出變壓器
6. 選管子
7. 雜項: 即機箱, 接線, RCA座, 地線安排等。

先講電源, 最理想當然是兩聲道獨立電源, 問題是兩隻聲音相同的電源變壓器不容易找到, 退一步可用雙整流,300B屏流專用, 但需要兩組整流管燈絲繞組,看圖:

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至於電壓放大級B+最理想是分開處理, 不要與300B共用, 用整流管或整流子皆可, 看圖:

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300B屏流與電壓放大級B+雖然整流器分開處理, 但高壓繞組則可共用, 再者, 高壓繞組負整流電阻降壓後可用作300B 固定負偏壓, 一舉兩得.濾波方面, 300B屏流可用丌形CLC 聲音較活潑, LCLC聲音較淳, 不相伯仲. Choke 不用太大5H 便可,尾關電容( Blackgate很好),輸出變壓器10K 阻抗用47uF, 5K 用100uF, 2.5K 用200uF(負載/電源阻抗比), 如果用兩級電壓放大, 共用同一B+ 好過退交連(指同一聲道)。 100uF Blackgate 祗用在電壓放大B+尾關便好,其他細節在互聯網上很多, 不贅.

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至於 300B屏極 B+電壓方面,固定偏壓線路可用 320V 或 380V, 自給偏壓線路可用 380V或 440V, B+電壓高陽剛味重, 電壓低較陰柔, 各適其適, 不相伯仲。每隻 300B 屏流 60mA, 推動級約15mA, 兩聲道總計 150mA, B+繞組額定電流值最低限度要 300mA DC 才夠鬆容大度.
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燈絲看起來很簡單, 不外交流直流而已,但在下卻認為是最有趣味性.
實際試聽經驗証明, 如果不介意小量交流聲 (Hum), 交流奌燈絲聲音生動較吸引, 但燈絲交流聲是如何産生及如何影響聲音的深入分析, 則是十分有趣:

1.偏壓交流聲 (Bias hum)

300B燈絲交流AC 5V 的峰值是+/-7V, 當+7V出現在燈絲兩端, 假設燈絲電子發射均勻而Trim pot 調在正中位置, 燈絲的中奌C對地電位是0V, A 端對地電位是+3.5V而B 端對地電位是-3.5V , 看圖:

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假設柵極 BIAS= -60V, 那麼 A奌的實際 BIAS是-60-(+3.5)=-63.5V ;而B奌的實際BIAS是-60-(-3.5)=-56.5V, 很明顯BC段燈絲發射較多電子, 而AC段燈絲發射較少電子, 假設燈絲電子發射均勻則BC段增加量與AC段減少量剛好相等, 總電子流不變即屏流不變, 也就是沒有交流聲, -7V峰值時反之亦然,當燈絲電子發射不均勻, 出現大細邊時,微調Trim pot就會把C奌0V位沿著便燈絲前後移動, 找到平衡均勻奌,可把偏壓交流聲降至最低,這就是Trim pot能調低BIAS hum的原理。

偏壓交流聲是與市電頻率 (50/60Hz) 相同。

2. 溫差交流聲 (temperature hum)

大家都知到 5V DC 與 5V AC RMS 在電阻性負荷功率是一樣的, 看圖:

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RMS 交流無論正負半波功率都是正的(對純電阻性負荷而言), 功率平均值與對應的DC電壓功率是相同的, 但舜間功率是由零至最大值以兩倍市電頻率( 100/120Hz) 不斷變化, 因此交流燈絲功率是在不斷變化, 因為燈絲有熱容量所以當交流功率是零舜間時, 燈絲溫度也不至於降至室溫, 但溫度大體上會圍繞在DC 燈絲溫度上下變化, 電子發射也隨著燈絲溫度變化, 溫度高發射多一奌,溫度低發射少一奌, 影響屏流引起交流聲, 看圖:

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溫差交流聲是市電頻率 (100/120Hz) 的兩倍,且無法去除, 而容易跟 B+ 整流瀘波殘餘紋波交流聲混淆(也是100/120Hz)。
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3. 調制交流聲 (modulation hum)

這個問題比較復雜抽象, 但祗要花一些心思也不難理解。
一個測試管子電源由脈動電壓(市電交流全波整流無濾波), 負BIAS Step (階梯波) 及燈絲電源所組成:

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脈動直流接屏極, BIAS 接柵極, 假設直流燈絲即燈絲溫度不變, 屏特性曲線如圖:

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請注意曲線由A 奌上升至B奌, 再由B 奌下降至C奌,兩條線理論上是重合的(但實際上卻是有些微偏差, 但不會影響分析結果, 並因為牽涉到陰極電子發射物特性, 暫不討論) 此外CD至DE; EF至FG; GH至HK都是重合, 這不難理解.

現在讓我們看看交流燈絲的情形, 圖中 M奌與 M’奌是交流燈絲溫度與直流燈絲溫度的交奌:

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下圖紅線是交流燈絲的屏特性, 黑線是直流燈絲的屏特性:

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由於X 奌的交流燈絲溫度比直流燈絲溫度低, 故x 奌屏流比A奌直流燈絲屏流低, 又由於Y 奌的交流燈絲溫度比直流燈絲溫度高, 故Y 奌屏流比B奌直流燈絲屏流高。在M奌與M’奌交直流燈絲屏流相同. 理論上XY與YZ 兩線也是重合, 就好像直流燈絲AB 與BC 重合一樣, 上圖解釋了交流燈絲改變了屏特性(屏阻變低)的原理。

但真實情況則更為復雜, 因為上兩圖是假設燈絲電源相位與屏壓相位相同, 有很大機會燈絲電源相位與屏壓相位相差90度, 下圖中M奌與M’奌也是交流燈絲溫度與直流燈絲溫度的交奌, 看圖:

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下圖是相位相差90度,紅線是交流燈絲屏特性, 黑線是直流燈絲屏特性, 由於X 奌的交流燈絲溫度比直流燈絲溫度高, 故x 奌屏流比A奌直流燈絲屏流高, 又由於Y 奌的交流燈絲溫度比直流燈絲溫度低, 故Y 奌屏流比B奌直流燈絲屏流低。在 M奌與 M’奌交直流燈絲屏流相同. 理論上 XY與 YZ 兩線也是重合(這個例子屏阻變高)。看圖:

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燈絲電源相位與屏壓相位相同, 及相差 90度的情況加在一起(屏阻不斷變高或變低)如下圖:

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燈絲功率頻率是市電的兩倍(100/120Hz), 是屬於很低頻, 對於高頻例如6000Hz是120Hz的50 倍, 即6000Hz完成一個cyele 週期的時間裏( 1/6000=0.1666 mS豪秒), 燈絲溫度可以看成是不變, 在燈絲溫度最高舜間, 屏流較高,交流燈絲的屏特性曲線出現在直流燈絲屏特性曲線的左邊, 在燈絲溫度最低舜間, 屏流較低, 交流燈絲的屏特性曲線出現在直流燈絲屏特性曲線的右邊。看圖:

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所有曲線加起來如下圖:

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圖中黑線是直流燈絲屏特性, 紅線是交流燈絲低頻屏特性, 綠線是交流燈絲高頻屏特性, 除去直流燈絲的屏特性後, 剩下的就是被交流燈絲所調制(modulating) 的屏特性, 它是動態的, 是不停地變動的, 通過被調制的屏特性, 無論高低頻的音樂訊號都同時被調制了, 在下認為, 這是交流燈絲聲音較為生動活潑的一個原因。
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4. 磁場交流聲 (Magnetic field hum )

先不管柵極,當交流燈絲電流是零舜間的時侯, 燈絲並不會産生磁力, 所以沒有聚焦作用(散焦), 電子流會較均勻地打在屏極上, 看圖:

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但當交流燈絲電流是峰值舜間的時侯, 燈絲電流會産生磁力, 磁力線對電子有聚焦作用, 電子流會集中打在兩個磁極中間位置, 形成與燈絲型狀相對應的電子流密集區域在屏極上, 看圖:

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於是電子流打在屏極上會隨著交流燈絲電流變化而不斷地聚焦散焦, 因而影響了聲音, 在下認為, 這也是交流燈絲聲音較為生動活潑的一個原因。

交直流燈絲總結:

在實際製作中如採用交流燈絲,變壓器燈絲繞組的額定電流值最低限度是燈絲電流值的五倍, 否則聲音不夠大氣度, 50 ohm trim pot 的功率為0.5W, 要用大十倍即5W並且要高質量才好聽。如採用直流燈絲,變壓器燈絲繞組的額定電流值最低限度是燈絲電流值的九倍, 否則聲音不夠大氣度, 用高質量25A 橋式整流子, 5000uF 高質濾波電容, 要做到不經限流電阻直達燈絲而又剛剛好5VDC. 橋式整流要並四隻120pF高質電容, 5000uF 濾波電容要並一隻0.22uF 高質電容; 又50 ohm trim pot不能用兩枚25 ohm電阻代替, 因為仍需要trim 整流濾波後的殘留紋波.
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推動級

西電機用WE310A 五極接法推300B 佷有名, 可惜未有聽過,管子也貴又難找, 但在下始終對五極接法有保留, 要用掃描儀看過五極特性曲線才能下結論。下圖(屏流 2mA, 廉柵流 0.5mA)有興趣的讀者不防一試:

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目前較為流行的做法有 6SN7兩級直交 (SUN AUDIO), 6SL7/12AX7 SRPP電容直推就好, 不需要再加直交陰極跟隨器, 否則便不是 SRPP.( 詳請可參考在下 SRPP Amplifier Theory 一文)

至於用高互導率(Gm) 三極管一級放大, 在下不推薦.

這裡介紹一個簡單就是好的兩級推動, 總曾益大約 120, B+ 由300V到 380V都可以, 而推動級採用固定偏壓是較為特別的做法, 不過聲音很不錯, 請看圖:

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300B 偏壓安排有固定偏壓及自給偏壓, 固定偏壓中的1K陰極電阻及100uF傍路電容對聲音有決定性的影響, 要用高質量零件, 自給偏壓中的-350V 是B+繞組負整流而來, R*用歐姆定律容易算出, 不贅, 10 ohm電阻是為電流表而設, 其實是電壓表, 因不可用電流表直接串入電路影響音質, 不論固定自給偏壓, 所有零件要用高質量.

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輸出變壓器是最具挑戰性的重要部件, 可參考在下 ”膽單端輸出變壓器的討論及測試” 一文, 在這裡還有一奌補充, 先重溫一下鐵芯滋滯迴路特性曲線:

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電流由O點開始正向電流增加磁埸強度也增加至+Max點, 接著電流咸少磁埸強度也咸少, 但到達A點電流已下降至0但仍然有磁埸強度(剩磁),直至反向電流增加到B點才抵消了剩磁,反向電流增加磁埸強度也增加至-Max點, 接著電流咸少磁埸強度也咸少, 但到達C 點反向電流已下降至0但仍然有磁埸強度(剩磁),直至正向電流增加到D點才抵消了剩磁,正向電流增加磁埸強度也增加至+Max點即完成了一個週期,如果沒有剩磁,磁滯特性曲線將會是一條直線,亦即是理想變壓器.

現在可以講一下揚聲器音圈移動迴路特性曲線:

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音圈電流由 O點開始正向電流增加至 M奌但音圈仍不动那是因為未能克服弹波及喇叭边的磨擦力, 正向電流继續增加,音圈開始移动,電流增加至 +MAX 音圈移位也增加至+Max點,接著電流咸少音圈移位也咸少,但到達A點電流已下降至0但音圈仍未能返回0奌原位,也是因為彈波及喇叭邊的磨擦力保持住在該位置,直至反向電流增加到B點才抵消了磨擦力返回0奌原位,接著反向電流增加音圈反向移位也增加至點-Max最大點,接著電流咸少音圈移位也咸少,但到達C點反向電流已下降至0音圈亦未能返回O奌原位,直至正向電流增加到D點才抵消了磨擦力返回O奌原位,正向電流增加音圈移位也增加至+Max最大點即完成了一個週期,如果沒有磨擦力,音圈特性曲線將會是一條直線,亦即是理想揚聲器。

兩條迴路特性曲線是不是很相似?在工程學上所有類似特性曲線習慣上都稱為磁滯特性曲線,即使與磁滯無關,例如電容介質磁滯特性曲線(影響音質很多),三極管屏流磁滯特性曲線及運算放大器的磁滯與非磁滯輸入特性等等,所以這是音圈移位磁滯特性曲線。

磨擦力跟剩磁一樣影響揚聲器音質,磨擦力越小聲音細節越多,正如剩磁越小聲音細節也越多一樣,高質的輸出變壓器及揚聲器擁有最小面積的磁滯特性曲線,那是當然,最極端的例子是近符直線,但無論磁滯特性曲線面積如何細小,都不會是真正直線,如果把曲線近O奌付近放大來看如下圖:

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圖中那個由ABCD組成的菱型稱為混亂盒子chaose box,混亂盒子越大聲音越差,混亂盒子越小聲音越好,細節也越多。輸出變壓器與揚聲器的混亂盒子不能直接作出比較因為是不同的物理量,但揚聲器的音圈電流是輸出變壓器供應的,兩者有一種物理聯繫,所以經過加權量化(數學運算)之後,兩個混亂盒子就可以直接比較, 這裡出現三種情況, 一是兩個盒子相同, 沒有誰對不起誰的問題, 二是輸出變壓器盒子大, 那就要換個盒子較小的變壓器, 改善聲音, 三是揚聲器盒子大, 那就要換個盒子較小的揚聲器, 以改善聲音, 這樣互相追逐後, 聲音漸漸更好. 在下所聽過的器材中, 揚聲器以ALTEX 288 太陽邊金屬振膜有最小混亂盒子,JXL 375 則次小, 輸出變壓器以Tamurx F2013 有最小混亂盒子.

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在下不推薦級間交連變壓器是因為混亂盒子會被進一步放大而輸出變壓器則不會.

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高質輸出變壓器很量要, 可玩不同高質揚聲器的效果, 不同膽的效果, 可以使換膽或換喇叭聲音變化立桿見影, 不要相信一粿初級阻抗3.3K ohm 初級電感量17H 的變壓器跟一粿初級阻抗10K ohm 初級電感量50H 的變壓器低頻重播是一樣的說法, 雖然理論上低頻截止頻率計算結果是一樣, 很多用2.5K 18H變壓器的300B機器低音強差人意, 大多是這個問題引起的.

在下親自操刀, 屏流10mA 屏壓200V 的RCA 226 波膽配10K 50H 的單端輸出變壓器直推8 Ω Jensen 12 吋全音域古董礪磁單體, 每聲道祗有區區0.5W ; 重播DECCA威爾第歌劇AIDA 的大場面照爆不誤,吳講得笑, 即時中毐, 又因屏流10mA 都爆得, 很多小型膽如12AU7, 6SN7都可當強放用, 不用被規限在傳統強放管, 可以聽多很多不同東西, 例如1930年代 35 及24A 古董五極波膽接成三極,用10 mA屏流, 屏壓180V 聲音別具韻味, 或227三極波膽行 12 mA屏流, 280V屏壓也好聽,這相當大部份是高質輸出變壓器的功勞.在下的經驗,假使一個電壓放大管當強放管使用能引發音響感動,那麼它工作在電壓放大級亦能引發音響感動,反之亦然.

下圖是 35 古董五極波膽接成三極行 10 mA屏流, 180V屏壓:

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Jensen 12吋全音域古董礪磁單體看下圖:

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講開全音域單體在下認為以12 吋較好, 因大過12吋高頻開始滾降, 細過12 吋則低音不足, 且最大問題是有嚴重的“多普勒較應“,因為直徑小的單體紙盆前後移動距離較長才能發出與大單體相同的音壓, 這移動距離跟單體直徑的平方成反比, 理由是它們推動相同體積的空氣, 那就是說一粿4 吋單體紙盆前後移動距離是12 吋單體的九倍才能産生相同音壓, 在大幅度低頻前後移動的紙盆上發出的高音, 就好像那個高音喇叭一時向著聽眾走來, 一時退後,有嚴重的“多普勒較應“,使音質變差, 12吋大口徑單體紙盆前後移動距離短有優勢不在話下, 全音域單體不用分音器, 細節特多且有連貫性一氣呵成, 如再加超高超低,則失原意不如玩多路, Jensen 12吋全音域礪磁單體在 ebay上很多, 價格也不高, 不論裝障版, 無背版箱或面版開孔低音反射箱都可以玩且尺寸不嚴格, 在下都試過一樣好聽, 障版或無背版箱可放近牆角數吋, 如地方夠大則可拉前玩後音場.

Jensen 12吋礪磁單體Field Coil 250 ohm DC用65V 260mA 可用橋式整流加3000uf濾波, Field Coil 5000 ohm 用DC 285V 57mA 可用膽全波整流加180uf濾波, 但整流膽對聲音影響非常大, 不要用5U4 GT 5Y3 GT 一類不好聽, 越舊越好如5Y3G 80 等要試很好玩, 其他不同ohm Field Coil 可用16W 功耗作準, 歐姆定律容易算出所需 DC 電壓電流, 值得一試. 不需用Choke 因為礪磁Coil本身就是一個大Choke, 簡單就好. 不要謎信稀有貴價古董礪磁單體, 也不要謎信古董硒整流, 內阻高, 那都是炒希有. 用現代橋式整流或較早期整流膽便好, 容易找價格也合理, Jensen 12吋礪磁電木彈波單體玩得好有音響感動, 波浪型布彈波未玩過不敢說.

裝障版 3呎乘 5呎看圖:

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無背版箱, 16吋X16吋X16吋 看圖:

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面版開孔低音反射箱 20吋高, 14吋闊, 13吋深, 圓型低音反射管內徑 3吋,長度 5吋看圖:

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言歸正傳, 講返輸出變壓器與 300B的一筆胡塗悵:

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

以上安排理論上低頻截止頻率計算結果都是一樣 32Hz (-3db), 但聽感有所不同是事實. 有說300B屏內阻是800Ω, 取三倍屏內阻即 2.5K初級阻抗己足,跟據32Hz (-3db) 低頻截止頻率計算初級電感13H已足夠, 圈數不多, 可有效降低初次級線圈潛布電容量, 在不影響低頻響應前題下改善高頻響應, 看來高招可行, 世上那來免費午餐, 先不論13H低頻不厚中頻偏薄, 2.5K 初級阻抗輸出瓦數最少不在話下, 因為不設負迴輸, 能制伏低音喇叭的阻尼因數也是最小, 低頻不好不可取,成本低易做才是真相.

5K 25H 較可取因輸出最高達 9W 且中低頻也較厚,而阻尼因數也不錯. 至於10K 50H當然中低頻最厚, 阻尼因數也是最大,能制伏低音喇叭, 但因圈數多線圈潛布電容量較大, 但名廠繞製靚鐵芯頻應仍可達50KHz以上已夠玩, 8Ω喇叭接16Ω Tag也可玩5K, 接4Ω Tag則可玩20K ,低屏流管子用10K/20K 輸出瓦數較大, 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貴, 用40W 牛玩 0.5W 是瘋子, 但誰都知道, 玩HiFi不是講理性的. 最後選5K 25H或10K 50H 要看個人取捨, 其他都不可取.

最後補充, 膽單端功放不設負回輸最好聽是大家公認, 没有負回輸的帮忙,要制伏又大又重的低音喇叭祗剩下三個辦法, 一是充足紮實的低頻響應, 二是極小的低頻失真, 三是夠高的阻尼因數, 那就是一要初級電感量大及靜態屏流大, 二要磁滯特性曲線靚, 三要初級阻抗高, 這都是物理的, 赤裸裸的叢林法則, 是無法改變, 如果違反了此規律,低頻就不好.

選管比較單純, 首選舊裝 WE300B, 次選 Reissue, 再選其他牌子.

至於電壓放大的12AX7/U7 及6SN7 切記要用1960年代美國或歐洲牌子如RCA ,GE, SYVANIA, TUNGSOL, TELEFUNKEN 等, 物有所值. 手上也有一些冷門的美國舊裝2C50 及JAN 7193, RCA 6FQ7 clrar top等,試聽後再告訴各位.

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最後是雜項, 牛牛不能太細, 機箱底盤不能太輕太細, 最低限度要16吋X12吋X 2.5吋, 鋁片要 2.5mm 厚, 鋼片要 1.5 mm 厚, 否則聲音不夠大氣度, 零件安排是大路, 即最後邊是電源, 跟住輸出牛兩聲道並排, 再來強放管, 電壓放大管, 最前是音量Volume (可用50K 或100K)及RCA輸入插, 後級燥聲問題不大, 地線用2.5 mm粗銅線做成T 型, 由頭走到尾即可, T 型銅線交奌一奌接機殼, 其他零件不可以再接機殼, 要落地祗需就近焊在 T 型地線上便可, 這才是一奌落地(機殼) 的原意.

總之, 做 300B功放, 交流奌燈絲, 靚牛靚膽靚電容, 料靚機箱大, 就係咁簡單, 門檻不高, 放膽去做, 人皆可勝任, 吳駛(不用)高手咁(如此)誇張.

2A3單屏 245 71A 波膽單端后級製作也是一樣.

謝謝閣下訪問

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