科學角度看音響3：真空管與電晶體之爭，談音響主動元件特性

放大器中使用的主動元件也是經過好幾世代的變化，從早期的三極真空管到五極真空管，進步到bi-polar電晶體與JFET，現代則演進到MOS或各類型最新製程的高絕緣高穩定性FET。每種元件所發出來的聲音都大不相同。

放大器中使用的主動元件也是經過好幾世代的變化，從早期的三極真空管到五極真空管，進步到bi-polar電晶體與JFET，現代則演進到MOS或各類型最新製程的高絕緣高穩定性FET。每種元件所發出來的聲音都大不相同，所以今天水電工只好再「好話重談」，看看各種元件的特性以及和音響設計之間的關係！

高電流電壓的複製訊號

是的，水電工又不厭其煩地和大家重覆一下現行放大元件原理，在電路中訊號不是真的被「放大」，而是經由放大元件複製出和訊號長得很像的新訊號。但是這個新訊號能有更大的電壓或者更高的電流量，所以複製這個動作就很重要，不好的元件就會「像不像三分樣」，好的元件則是可以忠實呈現原訊號。

無論是真空管或者是電晶體，現行放大器大都可簡化為三極的元件（或者它本來就只有三極）。如下圖A所示，其中一極是用來輸入控制訊號，也可說是將要被複製的訊號，而另外二極則是用來接電源和地線以變成電流通路。那麼訊號如何複製呢？很簡單，若電流通路的寬度或導通量，會隨著控制極輸入的電壓差異而跟著變大或變小，那麼訊號就會被複製到新的電流通路上了。

▲放大器可簡化為三極元件，三極分別為陽極、陰極與控制極

三極元件理論實作

我們來看看圖B：控制極電壓與通道電流量關係式，圖B是測量結果表，代表某個放大器在控制極電壓輸入在0V∼5V時通路導通量的變化。我們可以輕易看出，每變化控制極每變化1V，導通量增加200mA。此時在電路學上我們稱Gm=200mA /V ，也就是說控制訊號每增加或減少1V，電流通道就會多放或少放過200mA，因此放大倍率是200mA / V 。

事情好像沒這麼單純？有點電學觀念的人都知道，除了控制極外，做為電流通道的陽極和陰極間也必需加上一個電壓差，否則光是形成電流通道，電子是不會流動的，電子一定是由低電壓走向高電壓的。那麼，電流通道的陽極至陰極電壓差是否也會影響電流導通量呢？答案當然是會的，這原理很簡單，就好像高速公路寬度若不變，但是每輛車的時速都變快，總車流量就會增加一樣。所以可以影響電子通道的因素就變成了2個，其一是控制訊號本身的電壓，其二則是電子通道的電壓差。

若我們固定控制訊號電壓而改變電子通道的電壓差，一樣可以把電子通道的電壓差拿來當控制訊號使用。這就是電子學的學生第一個很難克服的觀念，也是很多電路可以連得讓人眼花瞭亂的主因，因為三極放大器的數學模型原本就允許在三極中任選一極拿來當控制訊號使用，而放大器元件的量測方式也會畫出這二個控制訊號任選一極變化時會輸出怎麼樣的訊號。

▲若將變數設定為控制極電壓，一樣可改變通道電流量

▲若反過來將變數設定為控制極電壓，同樣的影響通道電流量。右圖為電流量的曲線圖，可看到變化並非線性