科學角度看音響4：元件與失真關係式，泛談4類放大器原理

是的，水電工是個比較累人的工作，常常要加班到半夜。面對這麼多可愛的電子元件，每個插上板子之後聲音都不同，對於元件和聲音的關係必然要很了解。甚至有些經驗豐富的水電工，一聽聲音就知道線路設計那裡有問題，可以快速地除錯。沒經驗的水電工在測試產品，大概半年也搞不定問題，經驗老道的大師級人物，花個半天就可以搞定了。

元件與聲音關聯性

今天要跟大家談談元件和聲音的關係，以及線路設計和元件的關聯性。水電工本人很怕在此系列一談到線路設計，就不知不覺寫成了電路學教材，因此也困擾了許久，不過為了讀者們未來免於被某些音響界黑暗勢力欺暪，也只好能交待多少就交待多少了。

上篇我們談到了主動元件的特性圖，也就是三極或五極元件中，每個極的電壓以及輸出端電流造成的關係圖，我們再拿來複習一下。

▲五極管KT-88與三極管2A3的特性圖加上負載線後，即可推知在實際接上輸出負載時，我們可以使用的工作電壓範圍。圖中的負載線斜率就是負載阻抗值，很明顯地2A3的線性情況筆KT-88好得很多。輸出值幾乎就和柵極電壓變化成正比，所以2A3的聲音非常乾淨透明，但功率則是非常小。

水電工再三強調，影響音質甚巨的幾個關鍵在於線性、頻率響應以及負載能力。設計電路時，會把來自電源的電力偏壓設為要輸入至元件幾個端點的電壓，而看特性圖時，會畫所謂的負載線。特性圖是不看負載阻抗去測量出來的，實際情況中，負載是有阻抗的，當負載有阻抗時，就會對電流通路兩端的電壓差造成影響，因此會畫出阻抗線來分析負載電流的實際大小。不過按照幾何學來說，就算不畫負載線我們還是可以一眼看出線性優良與否。

從範例圖中，我們可以看到實際負載加入時，電流是要看負載線去查的，為何如此呢？我們先來看看最簡單的電路架構，叫做A類單端放大器。

單端放大器

我們發現在單端放大器中，從電源到地線有3個電阻，第一個R1就是負載本身，第二個R2則是主動元件的電流通道所產生的電阻，第三個R3則是製造偏壓用的電阻。電路學告訴我們，I  x (R1+R2+R3)=V，所以當我們把較多的電流送進負載，也會造成負載電壓拉高，此時R2 x I占的電壓差一定會變小，這就代表了電流通道二端電壓差也跟著變小，所以負載線才會是斜斜的而不是垂直的。也就是因為如此，所以三極真空管的特性曲線比五極管更加適合做出高線性的放大器。

從圖片中我們一眼就可以看到三極管的特性曲線，都是和負載線呈現近乎直角的情況，所以加上負載時，每個閘極電壓的電流導通率變化都很線性，不會因為電流通道兩端的電壓不同而呈現不線性的變化。

回到單端放大器，主動元件之所以可以控制電流的大小，也當然代表它的內阻是可以變化的，當主動元件的內阻變大時，可以放過的電流就小，而反之則電流變大，按照克希荷夫定律（Kirchhoff Circuit Laws），這個唯一通路上的電流量是相等的，所以當主動元件放過較多電流時，自然負載也能吃到較多電流，在負載產生的電壓差也較大。這個變化剛好和輸入的電壓變化相反，通常稱這種放大器為A類單端放大器。