TWI650934B - 真空管音頻放大器之接地結構及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種真空管音頻放大器之接地結構及方法，其中包含於電源方面，真空管音頻放大器之接地結構及方法包含使用無扼流圈之電源電路、反交連電路及燈絲穩壓電路；於接地方面，真空管音頻放大器之接地結構及方法使用音頻輸出變壓電路的輸出負端或電源電路內濾波電容之負端作為單一接地端，並不配置金屬接地底板於真空管音頻放大器中，以實現輕量化桌上型機種的真空管音頻放大器。

Description

真空管音頻放大器之接地結構及方法

本發明係關於一種音頻放大器，特別是一種輕量化的真空管音頻放大器。

真空管具備極佳的線性輸出特性，因此使用真空管處理音頻訊號的傳統真空管音頻放大器能提供優美音色。請參閱第一圖例示之傳統真空管音頻放大器的電路架構圖，傳統真空管音頻放大器接收音訊輸入1後輸出訊號至揚聲器4，並且傳統真空管音頻放大器包含電源電路5、真空管放大電路2、音頻輸出變壓電路3及金屬接地底板6，其中電源電路5用以接收市電輸入7並且供應電力至真空管放大電路2及音頻輸出變壓電路3，而金屬接地底板6則用以提供接地屏蔽於電源電路5、真空管放大電路2及音頻輸出變壓電路3。

請參閱第二圖例示的傳統真空管音頻放大器的電路圖，其中在電源方面，市電輸入7透過電源電路5變壓整流後，使用扼流圈CHK濾波後再將電力供應至真空管放大電路2及音頻輸出變壓電路3，音訊輸入1透過真空管放大電路2放大後，再由音頻輸出變壓電路3變壓並且傳送至揚聲器4；接地方面，則以電源電路5內的A點或以真空管放大電路內的輸入端信號負端(B點)作為傳統真空管音頻放大器的單一接地端，將單一接地端耦接至 金屬接地底板6以對傳統真空管音頻放大器提供接地屏蔽。

然，儘管傳統真空管音頻放大器包含的金屬接地底板6可提供接地屏蔽，卻仍舊無法解決殘留交流噪音及脈衝噪音，導致揚聲器4放出聲音後，使用者在近距離(約1公尺內)會明顯聽出殘留哼聲及脈衝哼聲。再者，電源電路5內的扼流圈會與高頻噪音耦合，進一步使哼聲的問題惡化。另外，金屬接地底板6造成機身龐大笨重且成本高昂，並且金屬接地底板大多採以與機殼一體的設計，更會導致傳統真空管音頻放大器發生漏電問題，故傳統真空管音頻放大器雖然具備優美音色，卻因為龐大沉重機身及近距離的哼聲等問題，無法作為一般桌上型機種，更不適合一般家庭使用。

本發明提出一種真空管音頻放大器之接地結構及方法，於電源方面及接地方面，降低真空管音頻放大器的殘留噪音，以有效降低哼聲的問題，並使真空管音頻放大器不配置金屬接地底板，以使真空管音頻放大器機身輕量化更避免發生漏電。

因此，透過本發明真空管音頻放大器之接地結構，真空管音頻放大器可達成輕量化，並且降低哼聲問題，實現輕量化桌上型機種之真空管音頻放大器。

為解決上述問題，本發明提出一種真空管音頻放大器之接地結構，真空管音頻放大器用於根據輸入訊號提供輸出訊號，並包含電源電路以提供電力至真空管放大電路及音頻輸出變壓電路，真空管放大電路將輸入訊號放大，並傳輸至音頻輸出變壓電路，音頻輸出變壓電路提供輸出信號至揚聲器。此外，真空管音頻放大器以音頻輸出變壓電路之輸出負端 或電源電路內一濾波電容之負端作為一單一接地端，且單一接地端不耦接至一金屬接地底板；以及透過一燈絲穩壓電路提供電力至真空管放大電路內真空管之燈絲。

為解決上述問題，本發明提出一種真空管音頻放大器之接地方法，真空管音頻放大器用於根據輸入訊號提供輸出訊號，並包含電源電路以提供電力至真空管放大電路及音頻輸出變壓電路，真空管放大電路將輸入訊號放大，並傳輸至音頻輸出變壓電路，音頻輸出變壓電路提供輸出信號至揚聲器。此外，將音頻輸出變壓電路之一輸出負端或該電源電路內一濾波電容之負端作為真空管音頻放大器的單一接地端，且不將該單一接地端耦接至一金屬接地底板；以及配置一燈絲穩壓電路提供電力至真空管放大電路內真空管之燈絲。

本發明前述各方面依據下述的非限制性具體實施例詳細說明以及參照附隨的圖式將更趨於明瞭。

1‧‧‧音訊輸入

2‧‧‧真空管放大電路

3‧‧‧音頻輸出變壓電路

4‧‧‧揚聲器

5、50、50A‧‧‧電源電路

6‧‧‧金屬接地底板

7‧‧‧市電輸入

80‧‧‧反交連電路

90‧‧‧燈絲穩壓電路

CHK‧‧‧扼流圈

A、B‧‧‧單一接地點

SI+‧‧‧音訊輸入正端

SI-‧‧‧音訊輸入負端

AC1、AC2、ACT‧‧‧端點

B1、B2、B3‧‧‧直流電源

G1、G2、G3‧‧‧真空管

R1~R14、R4T‧‧‧電阻

C1~C94‧‧‧電容

S1‧‧‧穩壓電路

BG1、BG2‧‧‧整流器

GND‧‧‧單一接地端

第一圖係傳統真空管音頻放大器的電路架構圖。

第二圖係傳統真空管音頻放大器的電路圖。

第三圖係本發明一種真空管音頻放大器的電路架構圖。

第四圖係本發明一種真空管音頻放大器的電路圖。

第五圖係本發明另一種真空管音頻放大器的電路圖。

第六圖係本發明一種燈絲穩壓電路的電路圖。

第七圖係用以量測殘留噪音的真空管音頻放大器之量測電路架構圖。

第八A圖係傳統真空管音頻放大器以量測電路架構量測電源電路之輸出電壓。

第八B圖係本發明真空管音頻放大器以量測電路架構量測電源電路之輸出電壓。

第九A圖係傳統真空管音頻放大器以量測電路圖架構量測單一接地端之殘留噪音。

第九B圖係未包含燈絲穩壓電路之本發明真空管音頻放大器以量測電路架構量測單一接地端之殘留噪音。

第十圖係本發明真空管音頻放大器以量測電路架構量測單一接地端之最終殘留噪音。

本發明提出一種真空管音頻放大器之接地結構及方法可實現輕量化桌上型機種之真空管音頻放大器，於電源方面，真空管音頻放大器之接地結構及方法包含使用無扼流圈之電源電路、反交連電路及燈絲穩壓電路，以降低真空管音頻放大器的殘留噪音以有效降低哼聲的問題；於接地方面，真空管音頻放大器之接地結構及方法使用音頻輸出變壓電路的輸出負端或電源電路內濾波電容之負端作為單一接地端，並不配置金屬接地底板於真空管音頻放大器中，可降低噪音、避免漏電，並使真空管音頻放大器機身輕量化。

請參閱第三圖，係本發明一種真空管音頻放大器的電路架構圖，其中真空管音頻放大器包含電源電路50、反交連電路80、燈絲穩壓電路90、真空管放大電路2及音頻輸出變壓電路3。

本發明提出的真空管音頻放大器之接地結構，於電源方面，由電源電路50接收市電輸入7並進行變壓、整流及濾波後，提供電力至真空管放大電路2及音頻輸出變壓電路3，其中電源電路50不包含扼流圈。特別的是，先透過反交連電路80進行反交連及濾波後，才提供電力給真空管放大電路2使用。此外，真空管放大電路2內的真空管電壓放大級需要一燈絲電壓，而該燈絲電壓則是透過燈絲穩壓電路90處理後，才提供電力給真空管放大電路內的電壓放大級真空管使用。

本發明提出的真空管音頻放大器之接地結構，於接地方面，真空管音頻放大器內的接地節點，皆耦接至音頻輸出變壓電路3之輸出負端(如第四圖所示)；或者，皆耦接至電源電路50內濾波電容的負端(如第五圖所示)。將音頻輸出變壓電路3之輸出負端或者電源電路50內濾波電容的負端作為真空管音頻放大器的單一接地端GND，且該單一接地端GND僅耦接至PCBA(Print Circuit Board Assembly)的接地端接地，並不耦接至金屬接地底板。

藉由上述真空管音頻放大器之接地結構及方法，真空管音頻放大器可基於低殘留噪音及脈衝噪音的情況下，真空管放大電路2接收音訊輸入1進行放大後，經由音頻輸出變壓電路3變壓，傳輸出至揚聲器4。因此，可降低經揚聲器4放出聲音包含的哼聲的情形，可讓使用者於近距離聆聽真空管音頻放大器的優美音色。

關於本發明真空管音頻放大器的電路，請參閱第四圖。當市電輸入從AC1端及ACT端進入電源電路50，經由變壓器(請參閱第六圖的50A)變壓後，再經由整流器BG1整流以將交流電源整流為直流電源，並且 使用濾波電路進行濾波。

為避免扼流圈與高頻信號耦合產生雜訊，本發明電源電路50內的濾波電路採不配置扼流圈。請繼續參閱第四圖，整流器BG1為橋式整流器且於正端至負端提供一直流電壓，此外，電阻R4的一端、電阻R6的一端及電容C2的一端耦接至整流器BG1的輸出正端；電阻R6的另一端耦接至濾波電容C3的一端及電阻R7的一端；電阻R7的另一端耦接至電容C4的一端及電阻R5的一端；以及電阻R4、電阻R5、電容C2、濾波電容C3及電容C4的另一端耦接至整流器BG1的負端，以形成不包含扼流圈的濾波電路，並且由電阻R6的另一端耦接至濾波電容C3的節點輸出一直流電源B1，以及由電阻R7的另一端耦接至電容C4的一端及電阻R5的一端的接點輸出直流電源B2，其中直流電源B1及B2上的脈衝噪音可被該濾波電路濾除。在一實施例中，濾波電容C3為高容值的電解電容以濾除脈衝雜訊。再另一實施例中，濾波電容C3至少為100u法拉。

請參閱第四圖，直流電源B2可提供電力給真空管放大電路2內的真空管G1及G2，特別的是，當直流電源B2係透過一反交連電路80，再提供電力給真空管放大電路2內第一級放大級的真空管G1。其中，直流電源B2透過電阻R3提供電力至第二級放大級的真空管G2，並且直流電源B2耦接電阻R2的一端以對直流電源B2壓降後，電阻R2的另一端耦接至電阻R1的一端及電容C1的一端，並且電容C1的另一端耦接至音頻輸出變壓電路3的輸出負端，而電阻R1的另一端耦接至真空管G1之屏級以提供電力給真空管G1。因此，當音訊輸入從音訊輸入正端SI+及音訊輸入負端SI-進入真空管放大電路，將經由真空管放大電路2內第一級放大級的真空管G1進行放大。在由電 阻R1及R10作為真空管G1的負載迴路的情況下，由於直流電源B2係透過至少由電阻R2及電容C1組合成的RC反交連電路80，再提供電力給真空管G1，可進一步提高真空管G1的電力的穩定度，可避免震盪以降低真空管音頻放大器的殘留噪音。此外，RC反交連電路亦可達到濾除漣波的目的。在一實施例中，電容C1可為電解電容以和電阻搭配以形成RC反交連電路。在一實施例中，RC反交連電路可位於放大級真空管週邊。在另一實施例中，RC反交連電路可放置於真空管G1及G2的週邊，可使降噪的功能達大最大效果。

再者，本發明另提出一種真空管音頻放大器之接地結構及方法，請參閱第五圖，係本發明另一種真空管音頻放大器的電路圖，其中真空管音頻放大器亦可採以電源電路50內的濾波電容C3之負端作為單一接地端GND，且該單一接地端GND僅耦接至PCBA的接地端接地，並不耦接至金屬接地底板。

本發明提出的真空管音頻放大器之接地結構及方法，其可進一步包含燈絲穩壓電路90，請參閱第六圖，係本發明一種燈絲穩壓電路的電路圖。當市電輸入7由電源電路50進入真空管音頻放大器，透過另一部分的電源電路50A內包含之變壓器進行變壓，其中該變壓器可依需求而包含多個抽頭，其為AC1端、AC2端及ACT端，其中AC1端及ACT端可耦接至整流器BG1以整流，而AC2端及ACT端可耦接至燈絲穩壓電路，並透過整流、濾波及穩壓後，提供穩定電壓給真空管音頻放大器內的真空管。

繼續參閱第六圖，AC2端及ACT端耦接至燈絲穩壓電路90包含之整流器BG2以整流，該整流器BG2的正端耦接至電容C91的一端、電容C93的一端及穩壓電路S1之輸入端進行穩壓，穩壓電路S1輸出端可輸出穩 定直流電源B3。再者，穩壓電路S1之輸出端可耦接至電容C92的一端及電容C94的一端，並且電容C91、C92及C93之另一端、以及穩壓電路S1之接地端耦接至電容C94之另一端。因此，穩壓電路S1之輸出端可提供一穩定電力至真空管音頻放大器內真空管的燈絲端。在一實施例中，穩壓電路S1可為穩壓電路或為線性穩壓電路(Low Dropout Regulator,LDO)。在另一實施例中，穩壓電路S1可為LM7806積體電路並輸出穩定6伏特電壓的直流電源B3。

本發明提出的真空管音頻放大器之接地結構及方法，在電源方面，可能供穩定電力給真空管，並可避免不必要的交連或高頻耦合的情況；在接地方面，配合採取單一接地端GND，且該單一接地端GND僅耦接至PCBA的接地端接地，並不配置金屬接地底板。透過實現前述電源方面及接地方面的結構及方法，其包含使真空管音頻放大器透過揚聲器播放之音訊，近距離聆聽下不會伴隨的哼聲現象；使真空管音頻放大器降低重量及成本；並且使真空管音頻放大器保留真空管的優美音色，以實現輕量化桌上機種的真空管音頻放大器。

第七圖係用以量測殘留噪音的真空管音頻放大器之量測電路架構圖，其中電路是基於如第四圖的配置下量測的，將真空管音頻放大器的電源電路50接收市電輸入7，將真空管放大電路2的輸入端接地，並且於音頻輸出變壓電路3的輸出端掛上與揚聲器4等效內阻相匹配的負載電阻R4T。基於此測量結構，可測得真空管音頻放大器在無音訊輸入的情況下，真空管音頻放大器本身殘留噪音之波形及電平。

第八A圖及第八B圖可比對出於相同情況下(如第五圖內電源電路50之電路)，傳統真空管音頻放大器包含扼流圈與本發明真空管音頻 放大器不包含扼流圈，分別輸出直流電源B1的波形，其中，輸入交流電源為正負198伏特且頻率為50赫茲；整流器BG1為KBP208；電阻R4為220K歐姆；電容C2為47u法拉的電解電容；電容C3為120u法拉的電解電容；電容C4為22u法拉的電解電容；電阻R7為10K歐姆；以及電阻R5為470K歐姆。

請參閱第八A圖，係傳統真空管音頻放大器以量測電路架構量測電源電路之輸出電壓，其中將第五圖內電源電路50，如前述配置下，將電阻R6以電感值為4H亨利且耐流為200m安培的扼流圈替代。於第八A圖清楚可見，直流電源B1的輸出伴隨者高頻的脈衝噪音，故會導致真空管音頻放大器之輸出音訊存在高頻哼聲，而不利於真空管音頻放大器在近距離下使用。

請參閱第八B圖，係本發明真空管音頻放大器以量測電路架構量測電源電路之輸出電壓，其中將第五圖內電源電路50，如前述配置下，電阻R6為100歐姆。可於第八B圖清楚看見，直流電源B1的輸出已不包含脈衝噪音，可利於真空管音頻放大器於近距離下使用。

第九A圖及第九B圖可比對出在相同情況(如第四圖)下，將直流電源B2透過反交連電路提供電力至真空管G1與直接提供電力至真空管G1的差異，單一接地端的殘留噪音波形，其中，電阻R2為10K歐姆；電阻R1為90K歐姆；R10為100K歐姆；真空管G1採用12AX7；電阻R11為33K歐姆；電阻R12為1.5K歐姆；電容C13為22u法拉之電解電容；以及電阻R14為1M歐姆。

請參閱第九A圖，係傳統真空管音頻放大器以量測單一接地端之殘留噪音，其中將電容C1移除，即，取消RC反交連電路80的結構後如 前述配置下，可於第九A圖清楚可見，單一接地端伴隨者一27.6mV(毫伏)P-P(峰對峰)電平的殘留噪音波形。

請參閱第九B圖，係未包含燈絲穩壓電路之本發明真空管音頻放大器以量測電路架構量測單端接地點之殘留噪音，其中將22u法拉的電容C1配置以電阻R2形成RC反交連電路80，並如前述配置下，可於第九B圖清楚可見，單一接地端的殘留噪音降至22.8mV。

本發明進一步提出增加燈絲穩壓電路，其中如第六圖中燈絲穩壓電路90之電路，其中穩壓電路採以LM7806；電容C93為104p法拉；電容C91為470u法拉之電解電容；電容C92為1000u法拉之電解電容；以及電容94為104p法拉。請參閱第十圖，係本發明真空管音頻放大器以量測電路架構量測單一接地端之最終殘留噪音，在此配置下，可於第十圖清楚可見，單一接地端的殘留噪音再降至12m伏特。

基於前述內容，本發明提出真空管音頻放大器之接地結構及方法，係在接地方面提出兩種單一接地端並且取消金屬接地底板，再搭配上述電源方面的三種電路及其改良，可將殘留噪音大幅下降，以實現輕量化桌上型機種之真空管音頻放大器。相較於傳統真空管音頻放大器皆需要包含金屬接地底板，造成機身笨重，更會導致漏電問題，本發明之真空管音頻放大器之接地結構及方法有明顯的增進效果。

此領域通常知識者可理解，上述內容為清楚揭示本發明之目的及功效，但不作為限制本發明之條件。此外，上述元件可被具有類似功能之元件可被置換，舉例而言，LM7806可以其他可產生穩定直流電源之電路替換，此等簡單置換或可達成本發明預期中的效果，皆不脫離本發明之 範疇。

Claims (16)

1. 一種真空管音頻放大器之接地結構，該真空管音頻放大器用於根據一輸入訊號提供一輸出訊號，並包含一電源電路以提供電力至一真空管放大電路及一音頻輸出變壓電路，該真空管放大電路將該輸入訊號放大並傳輸至該音頻輸出變壓電路，該音頻輸出變壓電路提供該輸出信號至一揚聲器，其特徵在於：該真空管音頻放大器以該音頻輸出變壓電路之輸出負端或該電源電路內一濾波電容之負端作為一單一接地端；其中該真空管音頻放大器內的所有接地節點皆耦接至該單一接地端；該單一接地端不耦接至一金屬接地底板；以及透過一燈絲穩壓電路提供電力至該真空管放大電路內真空管之燈絲。
2. 如上述請求項1之真空管音頻放大器之接地結構，其中該電源電路不包含一扼流圈，用以透過一反交連電路提供電力至該真空管放大電路。
3. 如上述請求項2之真空管音頻放大器之接地結構，其中該濾波電容之正端耦接至該電源電路之一輸出電壓的正端，且電容值大於100u法拉。
4. 如上述請求項3之真空管音頻放大器之接地結構，其中該電源電路包含：一第一電阻的一端、一第二電阻的一端及一第一電容的一端耦接至一第一整流器之一輸出正端；該第二電阻的另一端、該濾波電容之正端及一第三電阻的一端耦接至該輸出電壓的正端；該第三電阻的另一端耦接至一第二電容的一端及一第四電阻的一端；以及該第一電阻、該第四電阻、該第一電容、及該第二電容的另一端、該濾波電容的負端、以及該第一 整流器之一輸出負端耦接至該單一接地端。
5. 如上述請求項2之真空管音頻放大器之接地結構，其中該電源電路透過該反交連電路，提供電力至該真空管放大電路內之一第一級放大級的一第一真空管。
6. 如上述請求項5之真空管音頻放大器之接地結構，其中該反交連電路包含：由該電源電路之一輸出端耦接至一第五電阻的一端；該第五電阻的另一端耦接至一第三電容的一端；該第三電容的另一端耦接至該單一接地端；以及該第五電阻的一端透過至少一個電阻耦接至該第一真空管之屏級。
7. 如上述請求項2之真空管音頻放大器之接地結構，其中該燈絲穩壓電路包含：一第二整流器的正端耦接至一第四電容的一端、一第五電容的一端及一穩壓電路之輸入端；該穩壓電路之輸出端耦接至一第六電容的一端及一第七電容的一端；並且該第四電容、該第六電容、該第五電容及該第七電容之另一端、以及該穩壓電路之接地端耦接至該單一接地端。
8. 如上述請求項7之真空管音頻放大器之接地結構，其中該穩壓電路可為LM7806穩壓積體電路。
9. 如上述請求項7之真空管音頻放大器之接地結構，其中該穩壓電路可為線性穩壓電路(LDO)。
10. 一種真空管音頻放大器之接地方法，該真空管音頻放大器用於根據一輸入訊號提供一輸出訊號，並包含一電源電路以提供電力至一真空管放大電路及一音頻輸出變壓電路，該真空管放大電路將該輸入訊號放大並傳 輸至該音頻輸出變壓電路，該音頻輸出變壓電路提供該輸出信號至一揚聲器，其接地的方法包含：將該音頻輸出變壓電路之一輸出負端或該電源電路內一濾波電容之負端作為該真空管音頻放大器的一單一接地端，並且該真空管音頻放大器內的所有接地節點皆耦接至該單一接地端；不將該單一接地端耦接至一金屬接地底板；以及配置一燈絲穩壓電路提供電力至該真空管放大電路內真空管之燈絲。
11. 如上述請求項10之真空管音頻放大器之接地方法，其中配置該電源電路為不包含一扼流圈，用以透過一反交連電路提供電力至該真空管放大電路。
12. 如上述請求項11之真空管音頻放大器之接地方法，其中該濾波電容之正端耦接至該電源電路之一輸出電壓的正端，且電容值大於100u法拉。
13. 如上述請求項12之真空管音頻放大器之接地方法，其包含將該電源電路配置以：一第一電阻的一端、一第二電阻的一端及一第一電容的一端耦接至一第一整流器之一輸出正端；該第二電阻的另一端、該濾波電容之正端及一第三電阻的一端耦接至該輸出電壓的正端；該第三電阻的另一端耦接至一第二電容的一端及一第四電阻的一端；以及該第一電阻、該第四電阻、該第一電容、及該第二電容的另一端、該濾波電容的負端、以及該第一整流器之一輸出負端耦接至該單一接地端。
14. 如上述請求項11之真空管音頻放大器之接地方法，其包含配置該電源電 路透過該反交連電路，提供該電力至真空管放大電路內之一第一級放大級的一第一真空管。
15. 如上述請求項14之真空管音頻放大器之接地方法，其包含將該反交連電路配置以：由該電源電路之一輸出端耦接至一第五電阻的一端；該第五電阻的另一端耦接至一第三電容的一端；該第三電容的另一端耦接至該單一接地端；以及該第五電阻的一端透過至少一個電阻耦接至該第一真空管之屏級。
16. 如上述請求項11之真空管音頻放大器之接地方法，其包含將該燈絲穩壓電路配置以：一第二整流器的正端耦接至一第四電容的一端、一第五電容的一端及一穩壓電路之輸入端；該穩壓電路之輸出端耦接至一第六電容的一端及一第七電容的一端；並且該第四電容、該第六電容、該第五電容及該第七電容之另一端、以及該穩壓電路之接地端耦接至該單一接地端。