电子管差分放大电路设计及优势解析

差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。由于集成电路中晶体管的一致性好，且大电容不易制造，差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多，但在音频领域内实际应用并不多。其基本电路如上图所示。
      　　当两个电子管的特性一致时，两管的屏流相等，两个输出端的电压幅值相等，相位相反。由于阴极电阻R5的作用，在电子管的栅极输入信号时，一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少，并且增加量与减少量相等，而输出电压则是二者之差，这正是差分电路名称的由来。
      　　但当电子管的工作点选择不当时，仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况，即放大器出现了失真。当双端输出时，失真被抵销一大部分，而单端输出时，失真并不能被抵销，与单管放大器（工作点相同）差不多。电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高，两管一致性越好，电路性能越好。此外还与阴极电阻R5有关，R5越大，电路性能越好。但阴极电阻大，相应要求负电源电压高。例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ，若每管屏流为1mA，则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。为此，也可采用在阴极电路接入恒流源的方法，如下图所示，但又增加了电路的复杂性，恒流源除可采用晶体管，也可采用恒流二极管或电子管，此时，阴极负电压只需10～20V。
      　　在采用阴极电阻的情况下，电阻大小可用下式计算：
      　　R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压，VG为栅负压，I为单管屏极电流。当｜VS｜｜VG｜时，可按R5＝VS2／2I选取电阻。当电阻接入电路后，其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异，但不影响正常工作）。
      　　较之单管放大器，电子管差分放大器有如下优点：
      　　1.省去了阴极旁路电路，电路频响可至OHz，成为直流放大器，但高端频响不变。
      　　2.具有高的共模抑制能力，对共模干扰、噪声及电源电压变化不敏感。
      　　3.工作点十分稳定，阴极负电压越高，工作点越稳定。
      　　4.输入、输出均可选择单端、双端任意搭配，十分灵活。如可实现单端输入，双端输出，且输出大小相等、相位相反的电压。
      　　但同时也存在固有缺陷：
      　　1.多用了一倍的电子管及元件，且选管配对要求高。
      　　2.必须另设一组单独的较高质量阴极负电源。若负电源质量不高，反而引入干扰和噪声。
      　　3.单端输入、单端输出时的尖真与单管放大器差不多，而其放大倍数减少一半。
      　　通常，音频放大器并不需要放大直流信号，其输入、输出端大都为电容耦合，工作点轻微变动并不影响交流放大。同时，工作中的共模干扰也很少，加之又存在上述三个固有缺陷，决定了电子管差分放大电路在音频领域中应用并不很多。特别是一般前级放大器，根本没有必要采用差分放大器。当然，音响发烧进行试验及追求完美另当别论。电子管差分放大器在音频电路中应用主要有两个方面：一是作为平衡输入的前级放大器，以配合线路平衡传输时要求的双端输入及对共模干扰的抑制。二是作为末级推挽功放的倒相推动级，由于差分放大器双端输出的是相位相反的音频信号，故可通过电容耦合直接推动末级推挽功率电子管，较之常见的分负载倒相或变压器倒相有更好的性能。另外，电路上图、下图中的电位器是在两管特性不太一致时调平衡之用，以保证输入为零时双端输出为零。用于交流放大时，两管屏流的轻微不平衡不影响正常工作，此电位器可省去。也可在每个管子的阴极串一小电阻再接阴极电阻上，以提供适量的本级负反馈。