电子管放大器（第3版）

第 1章　电路分析基础　1

1.1　数学符号　1

1.2　电子及相关规定　2

1.2.1　电池与灯泡　4

1.2.2　欧姆定律　4

1.2.3　功率　5

1.2.4　基尔霍夫定律　6

1.2.5　电阻的串联与并联　7

1.3　分压器　10

1.3.1　等效电路　11

1.3.2　戴维南等效电路　11

1.3.3　诺顿等效电路　14

1.3.4　单位与倍乘系数　15

1.3.5　分贝　16

1.4　交流　17

1.4.1　正弦波　17

1.4.2　变压器　19

1.4.3　电容、电感与电抗　21

1.4.4　滤波器　23

1.4.5　时间常数　25

1.4.6　谐振　26

1.4.7　RMS与功率　27

1.4.8　方波　28

1.4.9　方波波形与瞬变　28

1.4.10　随机噪声　32

1.5　有源器件　34

电子流动与通常所称的电流流动　34

1.6　硅二极管　34

电压基准　35

1.7　双极型晶体管　36

1.7.1　共发射极放大电路　37

1.7.2　输入输出电阻　39

1.7.3　射极跟随器　40

1.7.4　双管的达林顿接法　41

1.8　关于双极型晶体管的结构　41

1.9　反馈　42

1.9.1　反馈公式　42

1.9.2　反馈公式应用的实际限制　43

1.9.3　反馈术语及输入输出阻抗　44

1.10　运算放大器　45

1.10.1　反相器及虚地加法器　45

1.10.2　同相放大器及电压跟随器　46

1.10.3　积分器　47

1.10.4　直流失调　48

参考文献　48

扩展阅读　48

第 2章　基本单元电路　50

2.1　三极管的共阴极放大电路　50

2.1.1　选择工作点所受的限制　53

2.1.2　工作点及相关状况　55

2.1.3　动态参数(交流参数)　57

2.1.4　阴极偏置　60

2.1.5　阴极偏置电阻没有被旁路时对交流状况的影响　61

2.1.6　阴极退耦电容　62

2.1.7　栅漏电阻值的选取　64

2.1.8　输出耦合电容值的选取　66

2.1.9　密勒电容　67

2.1.10　减小前一级电路的输出电阻　68

2.1.11　导栅(束射)三极管　68

2.2　四极管　70

2.3　束射四极管与五极管　71

2.3.1　五极管特性曲线的背后含义　72

2.3.2　小信号五极管EF86的运用　74

2.4　级联接法　77

2.5　阴极跟随器　82

2.6　源、吸收源及相关术语　86

2.7　共阴极放大电路用作恒流源　86

五极管用作恒流源　88

2.8　带有源负载的阴极跟随器　89

2.9　White式阴极跟随器　91

2.9.1　自分相White式阴极跟随器的电路分析　91

2.9.2　White式阴极跟随器用作输出级　93

2.10　μ式跟随器　95

2.10.1　交流负载线的重要应用　98

2.10.2　μ式跟随器上臂管子的选择　98

2.10.3　μ式跟随器的不足之处　99

2.11　SRPP(并联调整推挽)放大电路　100

2.12　β式跟随器　104

2.13　差分对　106

2.13.1　差分对电路的增益　107

2.13.2　差分对电路的输出电阻　108

2.13.3　共模抑制比(CMRR)　109

2.13.4　电源抑制比(PSRR)　110

2.14　晶体管恒流源　111

2.14.1　晶体管恒流源用作电子管的有源负载　113

2.14.2　通过选择晶体管来优化恒流源的rout　116

2.14.3　采用集成块LM334Z的恒流源　117

参考文献　117

扩展阅读　118

第3章　失真　120

3.1　失真的涵义　120

3.1.1　非线性失真的测量　121

3.1.2　失真测量及其正确运用　122

3.1.3　测量的选择　123

3.1.4　谐波失真测量的进化　123

3.1.5　谐波的权重　123

3.1.6　累加与变换　125

3.1.7　其他变换方式　126

3.1.8　噪声与THD N　126

3.1.9　频谱分析仪　127

3.2　数字化方面的有关概念　127

3.2.1　取样　127

3.2.2　量程变换　128

3.2.3　量化　129

3.2.4　数字的进制系统　129

3.2.5　精度　129

3.3　快速傅里叶变换(FFT)　130

3.3.1　周期性条件　130

3.3.2　加窗　131

3.3.3　作者是如何测量失真的　132

3.4　以低失真为目标的设计方法　132

3.5　交流工作点　133

3.6　直流工作点　135

3.6.1　处于接触电势时栅流带来的失真　136

3.6.2　栅流和音量控制引致的失真　137

3.6.3　带有栅流的工作方式(A2类)　138

3.7　通过控制电路参数来降低失真　140

3.8　通过相互抵消来降低失真　142

3.8.1　推挽工作的失真抵消　143

3.8.2　差分对的失真抵消　143

3.9　直流偏置　145

3.9.1　电阻式阴极偏置　145

3.9.2　栅极偏置(Rk=0)　146

3.9.3　充电电池式阴极偏置(rk=0)　147

3.9.4　二极管式阴极偏置(rk≈0)　148

3.9.5　恒流源式阴极偏置　151

3.10　电子管的选择　151

3.10.1　哪些电子管的设计确实是以低失真为目标的　151

3.10.2　外壳喷碳　152

3.10.3　电子偏转　153

3.10.4　通过测试寻找低失真电子管　153

3.10.5　测试电路　154

3.10.6　测试电平及频率　155

3.10.7　测试结果　155

3.10.8　测试结果评述　156

3.10.9　习惯叫法　158

3.10.10　其他中μ值管　158

3.10.11　计权失真测量结果　159

3.10.12　测试结果综述　160

3.11　级间耦合　160

3.11.1　响应中断　160

3.11.2　变压器耦合　162

3.11.3　电平转移与DC耦合　163

3.11.4　用于驱动动圈耳机的DC耦合A类放大器　164

3.11.5　诺顿电平转移器的使用　168

参考文献　170

扩展阅读　170

第4章　元器件　171

4.1　电阻　171

4.1.1　标准值　171

4.1.2　发热　172

4.1.3　金属膜电阻　173

4.1.4　绕线电阻　175

4.1.5　绕线电阻的老化　176

4.1.6　绕线电阻的电感与噪声　176

4.2　电阻的选择　178

4.2.1　误差　178

4.2.2　温度　179

4.2.3　额定电压　179

4.2.4　额定功率　179

4.3　电容　179

4.3.1　平板电容器　179

4.3.2　增大极板面积和减小间隙　180

4.3.3　介质　180

4.4　不同种类的电容　181

4.4.1　金属平板空气电容(εr≈1)　182

4.4.2　箔式极板塑料薄膜电容(2<εr<4)　183

4.4.3　金属化塑料薄膜电容　186

4.4.4　金属化纸介电容(1.8<εr<6)　186

4.4.5　银云母电容(白云母εr=7.0)　186

4.4.6　陶瓷电容　187

4.4.7　电解电容　187

4.4.8　铝电解电容(εr≈8.5)　187

4.4.9　钽电解电容(εr≈25)　190

4.5　电容的选择　191

4.5.1　额定电压　191

4.5.2　误差　191

4.5.3　温度　191

4.5.4　容量　191

4.5.5　漏电与损耗　191

4.5.6　话筒效应　192

4.5.7　旁路退耦　193

4.6　磁性元件　194

4.7　电感　194

4.7.1　空气芯电感　195

4.7.2　有间隙的芯体　198

4.7.3　自身电容　198

4.8　变压器　199

4.8.1　铁损　199

4.8.2　DC磁化　203

4.8.3　铜损　203

4.8.4　静电屏蔽　203

4.8.5　磁致伸缩　204

4.8.6　输出变压器的反馈安排与扬声器配接　204

4.8.7　变压器模型　206

4.8.8　输入变压器的负载　208

4.9　为何要使用变压器　210

4.10　变压器的选择考虑　211

未明输出变压器的识别　212

4.11　音频变压器的损坏　216

4.11.1　吉他放大器与电弧放电　216

4.11.2　其他原因造成的损坏　217

4.12　热离子真空管　217

4.12.1　热离子真空管的发展历史　217

4.12.2　电子的发射　219

4.12.3　电子的撞击速度　219

4.13　电子管各个组成部件　221

4.13.1　阴极　221

4.13.2　敷钍钨质灯丝的脆弱性　223

4.13.3　阴极直热与阴极旁热的对比　224

4.13.4　灯丝与阴极之间的绝缘隔离　227

4.13.5　关于阴极温度　228

4.13.6　灯丝及其供电　228

4.13.7　灯丝电压与电流　230

4.13.8　控制栅极　232

4.13.9　栅极电流　233

4.13.10　栅极电流引致的热失控　234

4.13.11　栅极发射　234

4.13.12　框架栅极式电子管　235

4.13.13　可变μ值管及其失真　235

4.13.14　其他栅极　236

4.13.15　阳极　237

4.13.16　真空度与电离噪声　240

4.13.17　消气装置　240

4.13.18　云母片与管壳温度　241

4.13.19　管壳温度的测量　243

4.13.20　电子管的冷却　244

4.13.21　电子管插座及其漏电与噪声　244

4.13.22　锁式管座　245

4.13.23　玻壳与引脚　246

4.13.24　PCB材质　247

参考文献　247

扩展阅读　248

第5章　电源　250

5.1　电源的主要功能块　250

5.2　整流与滤波平滑　251

5.2.1　整流器/整流二极管的选择　251

5.2.2　水银蒸汽整流管　255

5.2.3　射频噪声　255

5.2.4　单个储能电容滤波法　256

5.2.5　脉动电压　256

5.2.6　输出电压中脉动电压带来的影响　258

5.2.7　脉动电流与导通角　258

5.2.8　变压器铁芯的饱和　262

5.2.9　储能电容与变压器的选择　262

5.2.10　扼流圈输入式电源　265

5.2.11　扼流圈输入式电源的最小负载电流　266

5.2.12　扼流圈的电流规格　267

5.2.13　扼流圈输入式电源的变压器电流规格　269

5.2.14　电压突峰与抑止器　269

5.2.15　采用小容量电容来降低HT电压　273

5.2.16　实用LC滤波器的宽带响应　274

5.2.17　宽带滤波　277

5.2.18　多级RC滤波器　278

5.2.19　倍压整流电路　279

5.3　稳压电路　281

5.3.1　串联稳压基本电路　282

5.3.2　双管串联稳压电路　283

5.3.3　加速电容　285

5.3.4　稳压电路输出感抗的补偿　286

5.3.5　可调式偏置电源稳压电路　287

5.3.6　317型集成块稳压电路　288

5.3.7　LT电源与共模噪声　290

5.3.8　LT电源共模噪声的来源　292

5.3.9　317型集成块用于HT稳压电源　293

5.3.10　电子管稳压电路　293

5.3.11　电子管稳压电路的优化　295

5.3.12　利用五极管的g2输入来抵消哼声　295

5.3.13　低成本扩流法　296

5.3.14　音频放大电路的电源抑制比(PSRR)与稳定性　298

5.3.15　稳压电路的声音　301

5.4　一个实用电源的设计　301

5.5　实用电源的规格　301

5.5.1　HT电压的选择　302

5.5.2　HT电容及其电压规格　302

5.5.3　预防电容外壳带电所致的触电危险　303

5.5.4　开机冲击　304

5.5.5　LT电源　304

5.5.6　外来的射频干扰　305

5.5.7　LT电源设计　306

5.5.8　HT整流稳压电路　308

5.5.9　灯丝电位的抬升　310

5.5.10　将各个功能块电路组合起来　313

5.6　一个性能更好的实用电源电路　315

5.6.1　LT电源　315

5.6.2　稳流电路设计　316

5.6.3　待机模式　317

5.6.4　开机模式　318

5.6.5　电流误差与元件失效　318

5.6.6　LT电源变压器及LT扼流圈的规格　319

5.6.7　HT电源　320

5.6.8　HT电源稳压电路　320

5.6.9　多只整流二极管串联以提高耐压能力　322

5.6.10　中心抽头绕组的电阻　322

5.6.11　HT电源延时电路　322

参考文献　323

第6章　功率放大器　325

6.1　输出级　325

6.1.1　单端A类输出级　325

6.1.2　输出电阻较高带来的影响　328

6.1.3　变压器的缺陷　329

6.2　放大器的工作类别　331

6.2.1　A类　331

6.2.2　B类　331

6.2.3　C类　331

6.2.4　*1类(后缀为1的类别)　332

6.2.5　*2类(后缀为2的类别)　333

6.3　推挽输出级及其输出变压器　333

其他形式的输出变压器接法　335

6.4　无输出变压器(OTL)放大器　338

6.5　功放整机电路结构　339

6.6　驱动级　340

6.7　分相器　342

6.7.1　差分对(长尾对)分相器及其衍生电路　343

6.7.2　单管分相器　347

6.8　输入级　351

6.9　放大器的稳定性　351

6.9.1　主极点补偿　352

6.9.2　低频振荡(发出汽船声)　353

6.9.3　输出级的寄生振荡及栅极抑振电阻　354

6.9.4　超线性输出级的寄生振荡及g2抑振　355

6.10　经典的功放电路　355

6.10.1　威廉逊放大器　355

6.10.2　Mullard 5-20放大器　358

6.10.3　Quad Ⅱ放大器　363

6.11　运用所学知识设计功放　366

6.12　单端功放的狂热　366

6.13　“Scrapbox Challenge”6.8W单端功放　366

6.13.1　输出管的选择　367

6.13.2　输出管工作类别的选择　367

6.13.3　根据输出功率和失真选定DC工作点　368

6.13.4　输出变压器规格的确定　369

6.13.5　输出管的偏置　369

6.13.6　输出管阴极旁路电容　370

6.13.7　HT电压的确定　371

6.13.8　HT电源的平滑滤波　371

6.13.9　HT电源的整流　371

6.13.10　HT电源变压器　372

6.14　HT电源扼流圈的适用性　373

6.14.1　供选用的HT稳压电路　374

6.14.2　放大器的输出电阻　376

6.14.3　对驱动级的需求　376

6.14.4　驱动级电路　377

6.14.5　驱动级电子管的选择　377

6.14.6　驱动级工作点的确定　378

6.14.7　驱动级偏置的设定　378

6.14.8　驱动级输出电阻和增益的验核　379

6.14.9　关于反馈问题　379

6.14.10　总体审视　379

6.14.11　初期的测试调整　381

6.14.12　聆听测试　382

6.14.13　作者的制作经验　382

6.14.14　得到的结果　383

6.15　推挽功放的风潮　384

6.16　“Bevois Valley”10W推挽功放　384

6.16.1　DC工作状况的优化　387

6.16.2　阴极偏置电阻和反馈电阻的计算　388

6.17　作者自制的功放　393

6.18　输出功率大于10W的惯常做法　394

6.18.1　输出功率的诱惑与谎言　394

6.18.2　扬声器效率与功率压缩效应　395

6.18.3　有源分频器与茹贝尔网络　395

6.18.4　输出管并联与变压器设计　396

6.19　大功率输出级的驱动　396

6.20　“Crystal Palace”40W大功率推挽功放　398

6.20.1　13E1工作状况的选定　399

6.20.2　驱动需求　401

6.20.3　寻找满足要求的驱动电路拓扑　402

6.20.4　恒流源电路的压差及其拓扑选择　405

6.20.5　Va(max.)与HT正电源　405

6.20.6　摆幅对称性及HT负电源电压的确定　406

6.20.7　第 二个差分对电路与输出级电流　406

6.20.8　为什么尾巴电流和HT负电压不需有很好的稳定度　408

6.20.9　第 一个差分对的线性度及HT电源　409

6.20.10　电子管的匹配　409

6.20.11　重要的细节设计　410

6.20.12　级联式恒流源及其面对市电变动时的稳定度　410

6.20.13　LM334Z恒流源与热稳定性　412

6.20.14　高频稳定性　413

6.20.15　HT稳压电路　416

6.20.16　功放构造与重量　416

6.20.17　电源电路设计　417

6.20.18　大环路负反馈与电路偏置　419

6.21　“Daughter of Beast”静电耳机放大器　419

6.21.1　HT　电源引入哼声的计算　421

6.21.2　数字音响中容易被曲解的信噪比　422

6.21.3　数字系统信噪比的应用　423

6.21.4　散热问题　423

参考文献　424

扩展阅读　425

第7章　前置放大器　426

7.1　线路放大级　426

7.1.1　线路放大级的设计需求　426

7.1.2　传统的线路放大级　431

7.1.3　对线路放大级电路的具体需求　431

7.1.4　获得所需的增益　433

7.2　音量控制　435

7.2.1　线性电位器用作音量控制　436

7.2.2　开关式衰减器　440

7.2.3　开关式衰减器的设计　442

7.2.4　运用电子表格软件进行音量衰减器的计算　449

7.2.5　开关式衰减器的制作　451

7.2.6　利用光敏电阻作音量控制　452

7.2.7　平衡式音量控制　452

7.3　输入选择　453

开关的品质问题　454

7.4　RIAA唱片均衡电路　456

7.4.1　机械问题　456

7.4.2　唱臂接线及唱头的DC电阻　458

7.4.3　RIAA均衡电路的设计　459

7.4.4　设计需求　459

7.4.5　RIAA均衡特性的要求　462

7.4.6　一体化均衡网络　465

7.4.7　分体式均衡网络　466

7.4.8　用于电子管电路的分体式均衡网络　467

7.5　输入级的噪声与输入电容　467

7.5.1　电子管的噪声　471

7.5.2　闪烁噪声　472

7.5.3　输入级电子管的替换　472

7.5.4　因RIAA均衡特性而获得的噪声改善　474

7.5.5　电子管噪声综述　474

7.6　RIAA均衡特性的实现与隐藏的元件　475

7.6.1　75μs网络的元件值计算　476

7.6.2　3180μs/318μs合并网络及其元件取值的牵扯问题　479

7.6.3　借鉴示波器的设计技术　480

7.6.4　3180μs/318μs合并均衡网络　480

7.6.5　元件的尴尬取值与元件的误差　483

7.6.6　作者制作的原型机　484

7.6.7　拾音唱臂接线及其平衡接法　484

7.7　基本型前置放大电路的不足之处　486

7.8　一个实用的平衡式前置放大电路　486

7.8.1　输入级　488

7.8.2　第 二级电路及75μs网络　490

7.8.3　3180μs/318μs合并网络及相关的阴极跟随器　491

7.8.4　线路放大级和音量控制　491

7.8.5　平衡式连接与哼声环路　491

7.8.6　哼声环路与非平衡输入级　492

7.9　理想的线路放大级　492

模拟唱头电平与CD信号电平的比较　494

7.10　EC8010唱片均衡放大电路　494

7.10.1　输入级　495

7.10.2　让输入变压器工作于优化状态　498

7.10.3　第 二级　498

7.10.4　输出级　500

7.10.5　根据灯丝供电来考虑管子的选用　500

7.11　RIAA均衡特性的实现　501

7.11.1　栅流失真及RIAA网络的串联电阻　501

7.11.2　由密勒电容引致的3180μs/318μs网络均衡误差　501

7.11.3　75μs网络的摩改　502

7.11.4　运用CAD软件解决RIAA网络的设计难题　502

7.11.5　3180μs/318μs网络的调整要点　503

7.11.6　75μs/3.18μs网络的调整要点　503

7.12　75μs/3.18μs网络的实装考虑　506

7.12.1　直接测量RIAA均衡特性的存在问题　507

7.12.2　产生的误差与元件的挑选　508

7.12.3　因电子管参数误差引致的RIAA均衡误差　508

7.13　一个实用的线路放大级　509

7.13.1　静态工作电流的选定　509

7.13.2　电子管的选择　510

7.13.3　电路设计上的实际考虑　513

参考文献　514

扩展阅读　514

附录A　515

参考文献　543

附录B　544

实用电路　544

QBASIC小程序　5472100433B

本书从基本电子电路的工作原理入手，由浅入深地介绍电子管放大器电路的特点和设计方法，并且给出了电子管的代码、元件值的规范标注、电阻色环表示法、各种唱片的均衡特性要求及电子管有源滤波器设计等辅助资料。

本书初版于1995年，经多次改版重印，目前发行到第3版，在海外被誉为逾30年来最佳的电子管放大器设计制作专著，在亚马逊网站上获得读者高达4.5星的好评。在全球最有影响力的音响DIY论坛(DIYAudio)上，此书被列为电子管放大器书籍的首选。在欧美，本书是音响制作者几乎人手一册的技术宝典，是音响爱好者学习电子管音频放大器设计的必备之书。

本书第2版自2008年问世至今已经走过6个年头，承蒙很多高校材料力学教学第一线的老师和同学以及业余读者的关爱和支持，已经连续印刷了10次。 2012年获得清华大学优秀教材特等奖；同年，相应的教学成果获得北京市高等学校优秀教学成果一等奖。2012年本书第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；2013年被批准为清华大学“985”三期名优教材建设项目立项。

最近的6年里，著者秉承不断提高课程重量、着力培养学生创新思维能力的教育与教学理念，先后在清华大学、南京航空航天大学、北京工业大学以及北京邮电大学从事“材料力学”研究型教学的研究与实践，坚持全过程讲授这门课程，授课对象每年约200名。在同事和同学们的支持与帮助下，对于教育和教学改革又有了一些新的体会和收获。材料力学（第3版）将着重反映6年来我们在研究型教学方面所取得的成果。主要有: 怎样在基于普遍提高教学质量的基础上，培养学生的创新思维能力；怎样提高课程的吸引力，增强课程教学的学术性；怎样挖掘基本教学内容的深度；怎样对传统内容中的某些概念、理论和方法加以改革和更新，突出挑战性。基于此，本书第3版修订的主要内容有以下几方面。

第一，调整了部分章节，将材料的力学性能从“第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题”中独立出来，形成“第3章 常温静载下材料的力学性能”； 重写了“剪力图与弯矩图”作为第6章；将原来的第6章分为3章: “第7章 平面弯曲正应力分析与强度设计”和“第8章 弯曲剪应力分析与弯曲中心的概念”以及“第9章 斜弯曲、弯曲与拉伸或压缩同时作用时的应力计算与强度设计”；将原来的第8章分为: “ 应力状态与应变状态分析”和“一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用”，分别列为第11章和12章；将原来的12章也分为两章: “动载荷与动应力概述”和“疲劳强度与构件寿命估算概述”，分别列为第16章和第17章。

第二，增加了部分教学内容，主要有: 部分非金属材料的力学性能；梁的位移叠加法中的逐段刚化法；应变分析；细长压杆实验结果；线性累积损伤与疲劳寿命估算等。

第三，将力系简化的方法引入横截面的内力分析，改革传统剪力图与弯矩图的画法。

第四，正确处理变形与位移概念的联系与区别，将确定梁的转角和挠度的章节名改为“梁的位移分析与刚度设计”。

第五，在部分章节引入“反问题”: 相对于正问题，反问题的解答不是唯一的，通过对于反问题的思考，一方面可以加深对于正问题的理解；另一方面可以激励创新思维。

第六，在部分章节设计了“开放式思维案例”作为学生课外学习和研究的资源。最近几年的教学实践表明，这对于刺激思维鼓励创新是一种有效的措施。材料力学（第3版）第七，增加了若干工程案例以及灾难性工程事故的力学解析。

第八，增加和改变了部分例题和习题。

随着课程研究型教学在更多高校开展、深入和发展，材料力学的课程教学以及教材建设还会遇到一些新问题，我们将一如既往地坚持“在教学中研究，在研究中教学”，以不断提高人才培养质量为己任，在教学实践的基础上，不断提高材料力学教材的质量。

这一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在国内完成；2013年7—8月在加拿大多伦多定稿。定稿期间，得到旅加的赵渊先生和范心明女士的大力支持和协助，在本书出版之际，著者谨表诚挚谢意。

诚挚地感谢广大读者对本书的关爱，希望大家对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

范钦珊2014.1.11

• 课程资源

《建筑CAD（第3版）》数字课程的数字化资源为教材配套图纸CAD文件、工程案例、拓展模块等。

《建筑CAD（第3版）》配有二维码资源。

《Ansys入门（第3版）》是中国电力出版社出版的书籍。

序

第1章 CAE及ANSYS概述

1.1 计算机辅助分析概论

1.2 有限元素法简介

1.3 ANSYS软件结构

1.4 ANSYS软件界面说明

1.5 ANSYs0nLineHelp系统 2100433B