再谈胆声奇异现象　并答杨玉玠先生

本人《胆声奇异现象深源》一文本刊去年11月号刊出，该文原意是对胆声的特殊现象作些探讨，试图用电子理论进行解释。也聊解音响爱好者对胆声的好奇。不意引起杨玉王介先生的关注。今年3月号刊出杨文与我商榷。实在说杨先生的许多观点也令人困惑。然而先生行文逾五千，尚且意犹未尽。文章中分门别类，有观点、有实验，有个人引以为豪的事例。看得出杨先生是位电子线路专家，探求精神令我十分感动。为此我勉为其难，将《胆声》中观点与所依据原理再作进一步解释，以谢先生。不足之处请杨先生指教，请广大音响发烧友批评。

一、 胆，晶体管，场效应管的失真与数学描述

杨玉王介先生说得对，胆管、晶体管种类繁多，电路各异。要比较失真特性，就必须放在同一电路中。然而同一电路也许适合晶体管，却并不适合胆管。反之亦然。同为胆管，工作条件也有所不同，电压放大胆与功率胆怎能用同一电路比较？你能把ECC83与845放在同一电路比较吗？所以各种电子放大器件作比较，首先应确定一个正确的比较方法。

各种电子放大器件的工作条件或者说具体工作电路，表现出这个器件有别于其它器件的特点，电路失真正是该器件的个性特点的反映。而失真特性则是同种类器件的共性，不同种类电子器件失真特性比较应是共性差异。所以，在进行两种电子器件比较时，首先应抛弃电子器件的个性特点，也就是说抛弃具体电路。那种以具体工作电路来比较两种不同器件失真特性的方法，本身就不够合理。

什么是失真？对电子放大器件来说，失真就是输出量对输入量非正比例的变化。当一种电子器件的输出量能表示为输入量的函数时，则体现出这种电子器件变化的共有特性，该特性对这种电子器件中的每一个体都是适用的。也就是说不管这个器件是功率放大管还是电压放大管，工作电压是高是低，输出对输入的变化都符合该函数。因此为了比较各种电子器件的失真，必须首先寻求每种类型电子器件的函数关系式，也就是电子器件特性的数学描述。

对于三极胆管，有

ia=G(Vg+DVa)3/2

式中，ia为板极电流，Vg为栅极电压，Va为板极电压。G和D都是常数，它们取决于胆管的具体结构。D也叫渗透率，它反映了板极电压对栅极电压的影响。在上式中以Vg为自变量，则ia就是Vg的3/2次幂函数，而G、DVa则视作常数。这个数学表达式就是《胆声》一文中所说的胆管输出是输入的1酱蚊莺母荨?336A和WE-300B都适合它。它反映出所有三极胆的共同特性。不知杨先生是否能找出一个三极胆与之不符。

对于四极胆管，有

ia=G(Vg+D2Vg2)3/2

式中，Vg2为帘栅极电压，D2是帘栅极对栅极的渗透率，为常数。

五极管公式与四极管类似。

所以《胆声》一文中有“…，则电子管的输出是输入的1酱蚊莺！?对于场效应管，以结型场效应管为例，有

iD=IDss(1-VGs/Vpo)2

式中，iD为漏极电流，VGs为栅极电压，Idss为栅压为0时漏极电流，Vpo为漏极电流为0时的栅极电压，也称夹断电压。IDss和Vpo为常数，由具体型号的场应管确定。以VGs为自变量，则iD是VGs的2次幂函数。对其它类型的场效应管也有相似公式，iD均为VGs的2次幂函数。因此《胆声》中说场效应管的输出是输入的2次幂函数。

对于晶体管，有

iE= 9ADbPbo e q VE =qG4e qVE

W KT KT

式中，iE为发射极电流，q为单位体积内电荷量，常数，K为波兹曼常数，T为绝对温度，A，Db，W，Pbo是与晶体管材料与结构（尺寸）有关的物理量，对具体的晶体管它们是常数，记作G4，VE为发射极-基极间电压。晶体管涉及因素较多，但以VE为自变量，输出（iE）是输入（VE）的指数函数。

有了各种电子器件的函数表达式，进行失真比较就很容易了。对函数进行比较就可以。若函数中输出与输入之比为常数，那说明完全没有失真。输出完全没失真的更一般形式为一次函数，即线性函数。倘若某函数与线性函数偏离越大，则失真越大。至于3/2次幂函数、2次幂函数、指数函数哪个偏离线性函数的程度大，具体的求导比较方法及过程，不想再多占篇幅。结果是指数函数偏离最大，2次幂函数居中，3/2次幂函数最小。若仍有困惑，不妨去翻一翻高等数学课程的有关章节。由此我们产生了晶体管失真最大，场效应管第二，胆管失真最小的结论。

需要说明的是，从共性上看一种电子器件失真较大，并不代表这种电子器件构成的电路比另一种电子器件的电路失真大。一个具体电路的失真取决于多种因素，各种因素的综合，往往可以使失真特性高的器件作出失真小的电路。特别是晶体管，变化因素较多，连输入阻抗都会随输入信号的大小发生改变。适当地利用多种变化，完全可获得失真小的电路。事实上这正是某些晶体管Hi-Fi电路的切入点。但这决不改变晶体管输出特性失真较大的本质。广义地看，非线性失真与线性无失真是一个矛盾的两个对立面，但对立面之间在一定条件会发生转变。非线性的东西可以得到线性的结果。俗话中的歪打正着，正说明了这种辩证关系，“歪”不是产生了“正”吗？

这里我举一个胆管电路的例子。我能说任何与该电路相同的晶体管电路失真都大于它。对于三极胆电压放大电路，增益公式为

K=Vo/Vi=-Ra/(Ra+Ri)·μ

式中, Vo/Vi为输出与输入电压比，Ra为负载电阻，Ri为三极胆交流内阻，μ是三极胆放大系数，为常量。当Ra取充分大时，K→μ（K趋于μ）。而 μ是常数。就是说输出与输入之比为一常数。这说明随着负载电阻越来越大，电路失真越来越小。当然Ra不能无穷大，无穷大就断路，电路中失去电流，胆管也无法工作了。但是只要Ra足够大，失真就充分小。当Ra>>Ri（远大于）时，Ri便可忽略不计，

Ra/(Ra+Ri)≈Ra/Ra=1

那么

K=-Ra/(Ra+Ri)·μ=-μ

放大器就是无失真的线性放大器。

采用杨先生的实验电路。电子管选用与6922同型的E88CC,手中的E88CC为欧洲英国管，特性更为规范。E88CC仅用一组，负载改用150K，栅负压取-3V。晶体管仍用2SC2690A，工作点电流Ic=0.5mA，与胆管工作电流相同。负载为150K。由于晶体管系低阻输入，输入阻抗约为1K左右。所以输入信号应采用电流源方式。但是胆管系高阻输入，信号应采用电压源。为了比较结果的公正客观，应对输入信号进行相应的折算。设定晶体管电路输入信号电流为0.05mA，是工作点电流的1/10。信号源频率1KHz正弦波，信号电流值取幅值。这样折算到晶体管输入端的电压幅值为

Vb=0.05×1000=0.05(V)

这也是胆管输入端应输入的信号电压（幅值）。这样作使胆管电路与晶体管电路不仅工作状态相同，而且输入量也一致。

不知杨先生是否有兴趣测一下两电路的失真。我的结论是晶体管电路的失真绝对大。由于晶体管电路不存在胆管电路中那个增益公式，晶体管电路的失真不会随负载发生巨大改变。如此看来，用电路失真同样可以证明胆失真小于晶体管失真。令人困惑的是，以此方式如何判定胆管、晶体管失真孰大孰小？

二、胆管中的噪声如何？

为了说明这个问题首先来明确一下噪声的一些基本概念。什么是电子放大器件的噪声？噪声就是器件内部带电粒子不规则的运动，或称作扰动。这个概念是公认的。对于音频放大器件来说可以进一步具体为:在音频范围内，即20Hz~20KHz频率范围，不规则扰动对听觉的影响（作用）。对音频范围之外的作用，在音频放大器中则不予考虑。《胆声》一文正是基于这个观点来探讨胆管的噪声现象的。

噪声既然是不规则扰动，当然是多种多样的。在频域分析时，表现为连续的、基本等幅的离散细脉冲状频谱，称作白噪声。电子器件的噪声均可视作白噪声。对电子器件的噪声测量等于是测量白噪声。然而白噪声反映的是噪声的统计规律，而非物理属性。所以测量出的噪声值与音频范围内噪声感受并不完全一致。

爱好音响的朋友大概都有这样一种真实感受，几乎所有的胆机中都是听不到所谓的“电流声”的，而在石机中几乎总是可以听到类似“沙沙”响的电流声，特别是以集成电路组成的功放中就更明显。现在晶体管进步很快，好的石机沙沙声已经很小，但仍可以用耳朵感觉。而胆机实际上只能听到交流噪声，这与电流声的感觉是完全不同的。

胆管的噪声分为：散粒噪声，闪变噪声，电流分配噪声，电离噪声，二次发射噪声等。晶体管噪声没仔细考查过，不过也应含有类似种类。可是也许不如胆管多。至少没有电离噪声与电流分配噪声。因为前者是真空度不足所致，系胆管特有。后者是多栅胆管各电极电流分配造成，与晶体管结构毫无关系。因为器件的总噪声等于各种噪声方均值的代数和，种类越多，噪声值越大，所以胆的噪声测量值大于晶体管完全可能。然而胆管的噪声听感就是没有晶体管明显，这是不是很有意思的现象？

根据国防工业出版社有关资料表明：在空间电荷限制状态下，散粒噪声、闪变噪声将减弱。这里减弱当然是有根据及事实意义的噪声减少。而并非杨先生的“我认为空间电荷其作用是有限的”之口头结论。

而这两种噪声系低频噪声，所以对音频范围内的听感有重大影响。为什么空间电荷的存在会使低频噪声降低呢？《胆声》文中从空间电荷的形成及电子云虚阴极现象阐述了一种观点：即空间电荷与与阴极之间逆向（对阳极电场而言）电场束缚了电子的无规则运动，所以降低了噪声。这是从空间电荷的客观事实与电子器件中噪声的本性来解释降低噪声的原因，有何不妥吗？而杨先生的“空间电荷真能象电容滤平纹波那样基本平息阴极发射电子的噪动与不规则运动”又是什么观念？

噪声高低与通频带密切相关。噪声的测量值与通频带成正比。

目前的晶体管器件噪声水平在音频范围内一般都还不如胆管。这主要是因为晶体管中存在散粒噪声与闪变噪声，而它们是低频噪声。并且不存在由空间电荷形成将其减弱的机理。在高频领域，由于制造水平的进步及超低温应用，例如雷达中接收元件的低温工作环境。晶体管噪声水平已低于胆管。当然不排除个别晶体管在低频领域噪声低于某种胆管，可是这不能成为一般结论。

至于杨先生谈到自己精心设计的胆前级噪声电平再也降不下去的原因，因我不了解具体情况，不能妄言。但作为一个问题来分析，我考虑，在胆放大电路中，交流噪声占据了总噪声中的极大份量。有人以为通过整流滤波用直流点燃灯丝，能有效降低交流噪声。其实不尽然。因为交流电通过整流滤波的方式变成绝对的直流根本不可能。交流整流的作用反而导致大量的高次谐波的产生，只要灯丝电路存在一点儿交流份量（含谐波），就会感觉到栅极。而胆管内电极的引线形式，要根除电极之间的交流感应根本就不可能。栅极的感应成份以输入信号的形式被放大输出，从而大大提升了噪声。所幸交流噪声听感上并不坏，所有润色作用。以致许多音响发烧友形成一种看法，交流点燃灯丝比直流音色暖。

我们清楚，噪声对电子放大系统的影响，越前影响越大。音源的噪声危害最重。若CD中噪声严重，那么整个音响系统都将失败得一塌糊涂。然而许多高档CD，却都在输出中采用胆放大处理。除了音色考虑外，为提高透明度，降低噪声也是一种考虑。采用胆管对降低晶体管、集成电路的电流声十分有效。这种电流噪声就是驳接放大器后发出的沙沙声。当然，CD中适用的胆管灯丝绝对是采用直流化供电。具体电路形式，各家均有高招。

杨先生要商榷的问题还有三个，看来本文是没篇幅了。待有机会再与杨先生作答。

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