直热管灯丝供电电路

　　设计用于电池供电的直热式电子管（包括1.2V—1.4V的干电池供电管和2V一2.4V蓄电池供电管）．为了延长灯丝电池的使用时间，灯丝电流都极小（一般为25mA～200mA）。因此灯丝直径极细，热惰性（热容量）极小，电压稍有改变，灯丝表面温度就明显变化，导致阴极放射电流的变动，必须用稳定的纯直流供给灯丝电压。此类电子管的灯丝电子放射能力不仅对50/60Hz正弦电压极为敏感，即使是持续时间极短的脉冲，也会使灯丝温度瞬间升高，轻则形成电子流的波动，增大输出噪声，重则使灯丝超温而放射效率大减，电子管提前老化报废，严重时灯丝被烧断。所以，用于灯丝供电的稳压器应有较高稳定度和更强的纹波抑制能力。显然，单纯无源LC、RC滤波器是难以达到的。

　　另一类直热式电子管，是电子管进入市电应用领域后开发的部分型号，由于旁热式电子管初期制造技术的欠缺，功率较大、电压较高的电子管，如功率放大管、发射机用高压供电功率管，大部分保留了直热式阴极结构。大功耗电子管灯丝放射能力较强，灯丝功耗必然较大，因而灯丝热隋性也大。一旦灯丝加热到电子放射的必需温度，即使灯丝电压、电流有瞬时降低，几乎对灯丝温度无影响。对50Hz/60Hz工频交流电而言，瞬时为零也无影响，这一点为此类直热管允许采用灯丝交流供电的理论根据。事实上2A3、300B等直热功率管在早期胆机中，也广泛采用交流电作为灯丝电源，但此举并非说明交流灯丝供电对电子管板流完全无影响。实际上，由于电子管灯丝电流、本体结构、热惰性的差别．交流电瞬时值的变化对放射电流的影响依然存在，只是程度不同而已。当此类功率管用于输出级，不会有明显的噪声输出，特别是放大系数极低的三极管，由灯丝供电引起的噪声几乎达到可忽视的程度，也是2A3、300B等直热输出管可用交流供电的依据。虽然2A3允许交流灯丝供电，但并非理想应用方式。事实上很难使输出级残留噪声达到8Ω端lOmV以下。lOmV的噪声加到扬声器8Ω音圈上，功率微不足道，对普通音响听音似乎无影响。但是目前的音响Hi-F冰平大幅提高，还音“声频响”大幅下潜，低频噪声放音灵敏度随之提高，噪声声压的增大，直接破坏听音的细节分辨率。所以近代国外名胆机为了将残留噪声压低至ImV以下，大多采用直热输出管直流供电方式．2A3、300B功放残留噪音可达到8n输出端0.2mV的程度。

　　最简单的供电方式是桥式整流加RC滤波电路．LC滤波效果虽佳，但大电流电感制作困难，故应用极少。常用于2A3、300B灯丝供电的整流滤波电路如上图。全波整流电路可使纹波频率提高一倍，有利于纹波滤除。当采用桥式整流时，整流二极管正向压降增大，如果灯丝绕组电压VAC有效值等于电子管灯丝电压值时，整流电压VDC不会高出VAC很多，如果不重绕电源变压器，则不可能采用较大值滤波电阻R。为了改善滤波效果只有采用容量极大的滤波电容，电路中R除有滤波作用外，还可用于调准VDC的值，使电子管标称灯丝电压值不超出正负5%。如果系专用电源变压器，则宁可采用全波整流方式，此时VAC应为VDC的25倍，如对300B．则VAC=2x7.5V，调整时可增大R值使VDC=5V。

　　由于灯丝电流较大．R可用电炉丝绕制，并不要求精确的阻值，而在调整中减小R，使额定负载下有准确的VDC。无论2A3、300B．灯丝电流在1.5A、2.5A以上，除考虑整流二极管额定电流有足够余量外，还必须注意散热，必要时采用金封二极管加适当散热器。根据日本刊物介绍，上述灯丝整流、滤波电路可使2A3单端A类输出级残留噪声，由交流供电的lOmVp-p降低到0.6mVp-p～0.8mVp-p(8Ω负载端测试值)。

　　上述RC滤波中．C值越大纹渡越低，当输出级用2A3时负载电流达2.5A．C需lOOOOμF以上，如果采用并联A类输出．C还需成倍增大，使滤波器成本、体积大幅增加。目前国外有的机型采用有源电子滤波器，效果更佳。中图为日本一款2A3x2并联输出A类放大器的灯丝直流供电电路。6V电源整流后由达林顿功率管组成电子滤波器，整流输出经2x4700μF电容滤波后输出VDC=6V，纹波峰值为0.52Vp-p，经2SD1895电子滤波后，调整RW使输出VDC=2.5V(5A负载)．纹波降低为3.35mVp-p，即纹波抑制比达到近44dB。2SD1895为β=5000~30000/160V/8A的达林顿管（也可用常见的BU806/807代用）．应选择β值尽量大的管子。此电路中2SD1895功耗仅5W左右，可用较小的铝型材散热器。

　　对于此类功率管，灯丝稳压器采用类似前述的IS5，4P1S的三端可调整稳压电路更为有效．不但可达到近8OdB的纹波抑制比，电路也更简单。必须注意的是，LM317最大电流中只有1.5A，勉强可供300B需要，但LM317已近定额运用，散热措施不能马虎。如用于2A3，则必须采用电流更大的LM350才行（注意LM317最好勿并联运用，加扩流不仅麻烦，也会降低其性能）。

　　LM350可调稳压电路和LM317完全相同，此处不再重画。

　　直热管灯丝对供电较敏感，2A3、300B也不例外。上述稳压供电系恒压电路，负载电流取决了负载电阻，因此在灯丝冷态时有较大冲击电流。以2A3为例，工作中灯丝电流2.5A，灯丝电阻值应是2.5V/2.5A=lΩ．此为灯丝达到预定温度时电阻值。实际在室温20℃正负5℃时，实测其灯丝电阻仅为0.2Ω（测试电流<lOOmA）．也就是说在2.5V恒定电压加到灯丝时，起始电流为2.5V/0.2Ω=12.5A．超过额定电流五倍，虽然持续时间不超过10秒，但对2A3灯丝表面发射涂层以及灯丝本身均有不利影响，而使2A3寿命缩短。为此，国外对直热管供电常采用恒流供电方式，一则稳定灯丝电流，二则延长电子管使用寿命，理论上说比恒压供电更有利。下图为日本发表的为300B（单端A类）灯丝恒流供电电路。如用于2A3灯丝供电，则三端稳压器须改用电流更大的LM350．为了防止脉冲纹波影响灯丝电流的恒流供电．仍需较大的输入滤波电容，为进一步改善性能，也可在值流电路之前加入三端稳压电路。