电子管SRPP电路
   
 于建兵  《高保真音响》1995年01期    
 
 
 
 
 
 

   SRPP电路始创于五十年代末期,它出自于日本设计师之手。它诞生之初并非用之于音频,而是在电视的VHF波段,后来被转用于音频电路。
   
在当今的HiEnd音响行列中,日本的高级音响器材能真正立足于世界之林的产品还仅占少数,甚至一些发烧高手不屑于使用日本器材,并称之为“日本声’’,这与日本国在其文化上与欧美等国的差异不无关系。音响体现的是文化,再现的是人类的审美倾向,一个国家、一个民族的人文背景都会直接地渗透到音响文化中去。尽管如此,但日本的音响设计师却在电路设计以及元器件整机制造方面有着可敬的钻研精神,一些新的设计意念常常出自他们之手,这无疑为HiEnd音响的发展做出了巨大的贡献。
   
SRPP电路的英文全称是:Shunt Regulaten Push-Pull。中文译意为:并联调整推挽。该电路有着与共阴共屏共栅最基本的三种放大电路组态所不同的一些特点:有着非常好的高频响应,而且频率越高失真越小;低输出阻抗;低失真;电路结构简单。因此,SRPP电路现已被较广泛的使用在前置放大器以及功率放大器的输入级。也有一些经过变形使用在其它电路部位的例子。

 

 

 1SRPP的典型电路。看上去两只三极管串叠在一起让人不解其意,实际上它非常简单,现在,把电路分开来分析。如果甩开V2只看V1,从V1的输出状态看,V1只是一个普通的共阴极放大器,那么甩开V1只看V2? V2的工作状态也只说明它是一个共屏极放大器。然而,把V1V2组合在一起,电路的功能便发生了有趣的变化:V2既成了V1的有源负载,亦是V1的阴极跟随器。也就是说,V 2有了两个作用:恒流源与共屏极放大器。
   
在一般共阴极放大器中,有时为得到足够的电压增益,屏极负载电阻的取值往往都比较大,而较大的屏极负载电阻都是以牺牲频响宽度为代价的。但若使用较小的屏极负载电阻,虽然频响可以得到改善,却又与电路的增益、动态以及管子的最大屏耗是相互矛盾的。而SRPP电路却独辟蹊径,巧妙地利用了电路的组合,使共阴极放大器的负载使用了有源负载,提高增益降低失真,再由担任共阴极放大器有源负载的管子做一级共屏极放大,而共屏极放大器具有较高的输入阻抗较低的输出阻抗,既起到了承上启下的作用又获得了较低的输出阻抗。此举真可谓一石二鸟。

 
   
 

    图2的三种电路虽说都是SRPP电路,但却不尽相同。
    图2(a)电路。输出是从V 1的屏极取出,V 2只单纯地做为V 1的有源负载使用。由于使用了具有较高交流阻抗的有源负载,V 1的失真率得到改善,但做为共阴极放大器,V 1的输出阻抗依然是比较高的。在这个电路中,V 1若不使用阴极的旁路电容,V 1就会产生电流负反馈,使得V 1的输出阻抗进一步增大,频率特性变差,并因为上下两只管子的工作状态对称,V 1的输入端变得灵敏。若使用阴极旁路电容,以上情况可得以缓解。为保证该电路有足够的低频下限,阴极旁路电容的容量一定要够,但也不可太大,以
免造成不必要的相移。原则上要求此电容的容抗小于阴极电阻。电容容值可由下式求出:  fL为低频端截止频率,Xc为电容容抗。从计算结果可以看出,阴极旁路电容都要使用电解电容,而电解电容的高频特性大都不好,因此可在电解电容并联小容值聚丙烯电容,以改善电解电容的高频特性。
    图2(a)电路的增益及输出阻抗可由下式求出:

    图2(b)电路。输出从V 2的阴极取出,所以输出阻抗也就很低。亦因为负载不是直接从V 1的屏极取出,V 1的交流阻抗比图2(a)的还要大,失真率也就比图2(a)电路更低。这款电路目前是焊机派发烧友以及厂机最多采用的电路形式,它的性能指标以及听感确已得到大多数人的认同,是一款比较成熟的电路。至于工作原理可参照前文。
图2(b)电路的增益以及输出阻抗可由下式求出:


    图2(c)电路是日本发烧名家那须好男改进型的SRPP电路。从图中可以看出,这个电路与典型的SRPP电路所不同的是,电路中加进了Rc、Rg、Cc三个元件。在交流工作状态下,图2(b)电路中的R K在图2(c)电路中变成了Rk+Rc//Rg。其中Rc的作用是进一步提高V1的交流负载阻抗,使得电子管Ep—Ip特性曲线上的负载线得以抑制,以期得到更佳的线性更低的失真度。实验证明,那须好男的改进型SRPP电路确实比前两种电路在动态失真、线性方面有所提高,但在动态表现上似乎不如图2(b)的电路。另外,这个电路的失真率是随负载电阻的改变而改变的,因此,在这个电路的输出端还接上了经过隔直流电容的固定负载电阻,并为了不受外部负载的影响,又在这之后加上了阴极跟随器,这无疑增加了电路的复杂程度,多少有点失去了SRPP电路简洁的特点。
    实际使用当中,SRPP电路可以很方便地与其它电路组态,它输入阻抗高、输出阻抗低、易匹配,转换速率高。在前置放大器中,SRPP电路大都设计成无负反馈形式,因电子管的μ值是固定的,前置放大器的增益也是固定的,所以,电路设计的自由度较小。应综合考虑管子的μ值、电压增益、局部负反馈系数,设计成符合要求的电路。也就是说,既要有良好的性能指标,又有满意的听感。在功率放大器输入级使用SRPP电路时,应注意选用输入范围较宽的管子,以保证整机有足够的上动态余量。另外,SRPP电路的上升速度以及开环频响都比较高,在整机施加大环路负反馈时,会有方波过冲现象出现,应适量加进补偿电容,以保持整机频响曲线平坦。
    关于SRPP电路的研究,据报道,美国人Chris Paul曾对该电路做过数学模拟运算,认为它有一大缺点,那就是它的PSRR(Power Supply Rejection Rate)非常低(功率提供泄放速度)。日本的设计师为此又设计了一个改良电路,Chris Panl也做过数学模拟运算,他称这仑改良电路为Mu—follower。鉴于笔者见到的只是二手资料,在此就不便枉估评价了。
    晶体管发展到今天,作为在音频电路里的使用,如果器件本身无重大突破的话,单从电路结构与声音重播表现上讲,它几乎已经接近于极限。回过头来,人们开始重新认识古老的电子管,发现其在线性上以及听感的可容性上竟比晶体管有着许多长处。两台听感上相近的晶体管和电子管放大器,晶体管的电路便要比电子管复杂上几倍,这与晶体管在其器件特性上的先天缺陷是分不开的。由此也给了人们一个启示:电子元器件的改进必然会对音响工业带来革命性的转变!
    影响音频放大器声音倾向的因素很多,但是,一旦一个电路结构选定时,那么,这台放大器的风格也就基本形成了,既使你使出浑身解数改变电路数据,更换不同的元器件、调整结构,都不会改变这已经形成的风格,只会有部分声音色彩的调整与改善。SR PP电路的声音特点是:解析力高,通透度好,有足够的空气感,动态大,在声场上有比较好的定位感和宽度深度,整体听音感觉上较空灵松驰,不像有些放大器给人以死实的印象。以其简洁的电路结构赢得不俗的声音效果,这也是SRPP电路另一个重要特点。