科學角度看音響5：真空管、電晶體實作差異性，電壓、電流、電阻關係式

前幾個月我們談過元件與音色的關係，恰好水電工自己正在設計的產品要用到2組濾波器，想要使用比較高檔的元件，這一報價可讓水電工的客戶嚇了一跳。不是水電工要老王賣瓜，而是很多非量產型的高級零件原本就是這麼貴，1顆電容幾千元台幣都算是合理價。

小小電容影響大

電容對於音場和音色的影響又是最大的，像小編最愛用的便是銅箔電容，尤其是銅箔和鐵弗龍混合製成的層積式電容。它的音色溫暖，厚度適中，細節不損，反應在音場上是寬鬆大器，明明喇叭是只有2支放在前面，但聽起來竟然會有歌手圍繞著聽者的感覺，完全不需要像美國某高科技廠牌用了5支喇叭把聽者包圍起來才可得到環繞感。但銅箔絕對不是好施工的東西，它不像金箔和鋁比較軟，又可以輕易打得很薄，所以售價較高也是必然的結果。

現在看倌們您知道那些貴得要死的音響都是在貴什麼了吧？如果您沒用過那種零件也沒關係，因為出色的聆聽效果，也是要搭配同級的擴大機和喇叭才可能有最佳效果，一般的3C產品擴大機和小喇叭是不可能完整表現。
電流與音響關係式

講到擴大機，說穿了也不過就是個把電子訊號從小振幅放大到大振幅的設備，一句講完，毫無學問。（編輯部：聽說小編本人要看看可以胡說八道多久，才把同學和老師氣到吐血）當然實情沒這麼簡單，如同前篇所述，光是放大的原理就有分成了A類、B類、AB類、D類等等。每種都有不同的經典線路以及不同的特性。在此我們先來討論一下電流的重要性。

電學原理一開始就告訴我們V=I x R、P=I x V=I2 x R，喇叭上是個可變的電容和電感組合體。但是在推動它時因為線圈、分音器以及振膜的阻力等因素，它也是有阻抗的東西，我們稱之為特性阻抗。一般喇叭的設計者都會取某個頻率下的值為代表阻抗（這個之後會再談），目前主流大多是8歐姆的喇叭，意思就是當我們通入1KHz交流訊號時，會看到8歐姆的阻抗。

公式解釋

V=I x R

P=I x V=I2 x R

V代表電壓，單位是伏特（V）

I代表電流，單位是安培（A）

R代表電阻，單位是歐姆（Ω）

P代表功率，單位是瓦（W）

也就是說當我們在這個喇叭上通入電流1A頻率為1KHz的交流訊號，在最大值處會看到8V的電壓，而此時的最大功率為8W。若是電流量增到兩倍，那麼最高值電壓就會是16V，功率則變成了32W。

小功率就有大音量

這個能量灌進喇叭後，就會成為推動空氣的動力，並透過震膜發出聲音。一般而言，就算是大型的現代喇叭也都有85db以上的效率，也就是送入1W的功率會發出85分貝的聲音，若送入32W的功率，就會發出100分貝的聲音，約等於火車從您身邊呼嘯而過的音量。動不動就要買超大瓦數的人除了想不開和炫富外，小編也想不出其它理由。

然而電流的流動和電流的大小皆取決於電壓，也就是按照電學公式，絕無可能在8歐姆的負載阻抗上只用8V的電壓灌進2A的電流。想灌進2A的電流就一定得把電壓拉到16V。這中間的匹配問題，就造成了很多擴大機設計上的麻煩。試想，如果您用了很貴的料件，可以輸出2A的電流，但是電壓卻只有8V，那一切不都白費了？上篇我們講到主動元件有工作點問題，現在又發現了還有輸出匹配的問題。

▲圖A

▲圖B

電晶體、真空管的差異

電晶體和真空管在基本工作原理上相差不多，這點在先前的專題中已經提過，但是功率真空管的gm（通入柵極的電壓每伏特的變化量可以引起多少輸出電流變化量）大多只有每伏特電壓約20mA以內，而電晶體則是每伏特電壓可能高達數個安培的電流，差異了有百倍，我們先來看看附註的2張圖。

圖A是大功率名管之一KT-88，此為五極管模式(Vg2=300V)的特性曲線圖。而圖B就是由美國音響教父Nelson Pass先生帶領風潮，採用的SIT製程FET電晶體的特性圖。除了之前我們提過的線性程度如何判斷外，今天我們就要來看看可用範圍的不同。

電壓與可用工作範圍

在圖A小編劃了1條負載線，約為1.5K歐姆，這是很常用的負載。在架構輸出端時，我們會使用輸出變壓器，這變壓器的一次側很多人都會選用1.5K歐姆的配置，二次側自然就是4、8、16歐姆居多了。可以發現KT-88使用1.5K歐姆的變壓器輸出是很合理的，因為Vg從-15V～-35V都劃在圖中線性範圍內，我們看紅色直線和Vg=-15的曲線相交處，到Vg=-35的交叉點處即可明白。

當然，若是您只有3K的輸出變壓器，工作範圍就會變成綠色線的範圍。我們先以1.5K為討論目標。挑剔一點的人甚至用Vg從-20V～-35V這個較小的範圍，因為線性較好，Vg從-15V～-20V之間還是有點寬，如果只想壓榨出最大功率不考慮聲音品質的話，那就可以從Vg=-10V用到Vg=-45V。

這個範圍有什麼差異呢？我們看紅色直線對映到的縱軸I，就是輸出電流量，若是我們用Vg=-10～-45，電流會從240mA左右變化到10mA左右，也就是輸入端電壓變化35V會產生230mA的電流變化量。而變壓器在一次側感應到的電壓變化則等於1500 x 0.23=354V。當輸入訊號最低的時候，真空管會放過10mA的電流。但以上選取範圍只能當參考，不是實作使用，因功率過大且Va變化會超過範圍。

若是我們想使用品質好一些的範圍，那麼就使用Vg=-15～-35的範圍，此時輸入端變化只能有20V，輸出端電流變化則會等於130mA，因此輸出變壓器感應到的電壓變化會是1500 x 0.13=195V，且功率等於25W，約是這支管子的極限了。但重點在於，在這個條件下，訊號在最低電準位時，真空管會放過50mA左右的電流量，而訊號電準位為零時，Vg=-25V，系統電流量約在110mA。也就是真空管的電流變化量和系統靜態電流量不會差太多。

（後面還有更多詳細介紹唷）