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

找出最佳工作點

任何水電工設計放大器時，必然都是按照元件特性圖，尋找最適合的工作點，把線路設計出來。工作點的意思就是如何讓閘極、屏極和陰極等極都在我們所要的範圍之內，否則通過的電流情況就不會是我們想要的。電路圖中來自於電源供應器的電壓是固定的，要供應給屏極的電壓必需是極高壓，當然負載的電壓也在高壓的範圍裡，但是因為它和屏極間電壓差距不大，因而我們在輸出端看到的電壓為：電壓=陽極電壓–屏極電壓，並不是高壓的陽極電壓。

在電晶體放大電路中也是一樣的，只是工作電壓低了許多，通常都只有20V以內。喇叭本身是無法承受高電壓，通常喇叭的特性阻抗都只有個位數，不是4歐姆就是8歐姆，一旦輸入高壓，那麼電流量會很驚人，不是聲音破光光，就是把喇叭燒掉。因此管機通常會用輸出變壓器，將輸出電壓和電流調整到合理的範圍內。

被動元件影響表現

為了找出這個工作點，還得考慮到主動元件是否可以直接接地，或者是接地端電壓應該是多少？閘極要輸入的電壓必需是負壓，從特性圖就可以看到，當我們把主動元件陰極接地時，閘（柵）極就真的得要送負的電壓，但這樣處理會很麻煩，通常都會把陰極接上偏壓電阻，讓主動元件陰極的電壓不為零，這樣閘（柵）極電壓就等於負的陰極電壓加上輸入電壓。這種偏壓方式很簡單，但問題也不少，第一個問題就是，被動元元件也會影響聲音。

電流導通時會經過偏壓被動元件，使用的元件勢必會影響到聲音表現。電阻、導線、電容都會影響聲音，差異在於程度大小，電容是最大的，電阻次之，導線則在三者中最小。第二個問題則是，這個偏壓並非定值，會隨著電流的大小做出變化。

回頭看電路圖，這個偏壓V=I x R3，有人會並聯電容讓變化量減少，但仍然會有變化量。這樣會形成負迴授，易造成聲音細節變少、聽感較為模糊，聲音聽起來會髒髒帶有不透明感。

自給偏壓是商業主流

利用被動元件直接偏壓（通稱自給偏壓），是目前的主流設計。另一種偏壓方法則為固定偏壓，是利用電源供應裝置直接給元件的陰極穩定電壓，如此一來這個電壓就不會隨著輸入訊號而變化，但是聲音聽起來可能會較不活潑。附帶一提，人耳的聽感相當有趣，聲音透明乾淨就會有人覺得不活潑的感覺。

上述設計只要一換元件就得重新調整過電壓，但通常根本沒得調整，不能像某些管機插入規格類似但不同型號的管子，所以自給偏壓就變成了商業機種較愛用的主流。

電阻與熱雜訊

當年水電工學習時，第一個念頭就是：什麼，被動元件也有聲音？當然是有的，只要出現在電路上就會有影響，任何產生於被動元件的雜訊，也會立刻以光速反應到負載端。在聽音響時常常會有人講聲音的透明度，這個透明度就是沒有背景雜音才能呈現出來，導線和電阻是最容易造成這些背景雜音的被動元件。但其實就水電工本人經驗，大多數背景雜音來自於不良的主動元件。

電阻的原理是讓電流流經導電性質不良的導體，這些導體的電子在傳播中，很可能會撞到許多有延遲性質的不良接面（電阻力就是這麼來的）。1個訊號可能會分身成很多個，但這些訊號時間都很相近，看起來還是很像同一個。由於電流通過電阻時會產生熱量，就算是以高級金屬繞線製造的電阻器，也會累積熱量而造成熱雜訊。

熱雜訊形成的原因，不外乎就是大量的紅外線造成多餘的電子波動。嚴格來說，並非電子被紅外線撞出來，紅外線沒這麼大的能階。應是電子感應到紅外線的能量，而產生了額外的波動。一般而言，只有加入電場電子才會有波動傳播，由紅外線產生的波動未必和我們的訊號同方向，時間上也是隨機的，所以稱為雜訊。