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探討GG前級真相(一)

從GG身上學到甚麼?

我曾經花了一段很長而斷斷續續的時間去鑽研GG前級電路上，在我來講由於自己基本功不足夠所以影響分析能力，這段時間斷斷續續達一年多，如果基本功不足我可以肯定大都會認為此架構甚簡單沒有甚麼特別，就是我不服氣明明聲音是那麼好怎會沒有個人之處呢，還好在那段時間我回頭再在真空管理論方面下苦功，另一面苦思GG前級電路有甚麼特別之處，期間竟能令自己對真空管有了更深認識了解，令我對很多電路分析更容易著手，我在GG前級身上學到的很多，墨水有限的我希望能慢慢寫給您們並與您們一起分享一起探討，能力有限很難將它們寫得有糸統暫時祇能想起就寫可能會比較亂，最後希望有新的啟發，新的方向思維。

從一個誤解開始

發覺很多人都對於GG前級放大級均認為是SRPP架構，我當初也誤以為它是但現在已認為是個很大的誤解，如要解析清楚我想一定要從基礎架構講起，希望高手們不要覺得悶啦，我也希望新手也能明白得到。

從真空管最基本的接法可分為三種，第一種是共陰極放大(圖1)，第二種為陰極隨耦器(圖2)，第三種是柵極接地(圖3)。它們分別是用那腳接地，那腳是訊號輸入，那腳是輸出，由於接法不同就令到它們的特性各異。

(圖一)Common Cathode 共陰極放大特性為:基本增益放大，高輸入阻抗，訊號反相輸出，頻寬受限制，高輸出阻抗。

Common Cathode共陰極放大，此接法是幾乎絕大部份放大器都會見到的增益放大，它擁有高輸入阻抗，但輸出阻抗也不低，訊號是反相輸出，因為米勒效應影響頻率會受增益所限制，有關米勒效應成因我會後文再講(註一)。

(圖二)Cathode Follower 陰極隨耦器特性為:無電壓增益放大，高輸入阻抗，低輸出阻抗，訊號正相輸出，頻率響應佳，線性特性良好。

Cathode Follower 陰極隨耦器，此接法也是經常看見，我們常稱它為Buffer緩沖級，因為它擁有阻抗轉換功能，有高輸入阻抗和低輸出阻抗特性，由於沒有增益放大所以米勒效應影響小頻率響應佳，線性特性良好，而訊號是正相輸出。

(圖三)Grounded Grid 柵極接地特性為:高增益放大，低輸入阻抗，高輸出阻抗，正相訊號輸出，頻率響應極佳，線性特性極好。

Grounded Grid 柵極接地，此接法比較少見，多數在現代機種可以見得到，最常見就是串疊級Cascode架構主要構成部份了，此接法放大增益高，由於柵極接地所致全不受米勒效應影響，同時頻率響應極佳線性特性極好，最可惜它輸入阻抗很低需要加上緩沖級才能驅動，而輸出阻抗也很高並且直接影響增益，可能以上阻抗的缺點所以令到它應用上並不普及，由於柵極接地所有電壓擺幅都是相反的，所以訊號並不像共陰極一樣而是正相輸出。

(圖四)左邊為SRPP架構而右邊為Grounded Grid架構，大家可以看到SRPP下管是柵極輸入而Grounded Grid則為陰極輸入。最大分別就是Grounded Grid柵極是落地，這樣的架構令到不受米勒效應影響。

好了，我們應該對共陰極放大與柵極接地有了認識，跟著再分析圖4，左面就是SRPP架構，右面是Grounded grid加上有源負載或者您可以將上管說成恆流源，緩沖級等。同樣您也可以將SRPP說成”下管共陰極放大級加上上管有源負載或者叫做恆流源，緩沖級等”，我們集中看看下管輸入管一個共陰極放大級的頻寬絕對比不上柵極接地，現在是不是明白多了。換然之SRPP的頻寬也絕對比不上柵極接地加上有源負載。GG前級絕對比任何SRPP架構前級之頻寬表現更佳更線性，所以為甚麼我常強調地說GG前級並不是SRPP架構。柵極接地其中最難搞的就是它低輸入阻抗和高輸出阻抗，輸入與輸出級均要加上緩沖才可用，所以一般見到的串疊架構(Cascode)就是在柵極接地級前加上緩沖好讓柵極接地級能正常地工作，可惜串疊(Cascode)還未解決輸出阻抗所以直接拿來用作前級是不行的，況且串疊(Cascode)已經是上下管架構如果要再串上一級緩沖會令到制作上難度增加，這樣會令電源供應要設定得太高，如果改用cascade加上緩沖又很難避免要加上交連電容，一但加上交連電容就會影響頻率響應，當然在膽機世界上交連電容係很難避免但總是覺得越少越好。

後記 要成為一部頂級的前級，寬闊的頻率響應是必要的性能，有了頻寬跟著線性也一拼送上，這部前級就能平直地放大訊號，不偏不倚不多不小忠實地播放您喜好的音樂。或有人可能質疑大多數人們祇能聽到15KHz左右聲音，再高頻也是白費，我並不認同因我確實是聽得出分別，我並不是甚麼金耳我相信大多數人也可以分辦出分別，很多樂器除了本身的基音外其實還包含很多更高頻的諧波，此類細少畢直鋸齒波就祇有頻闊夠好的放大率才能顯現，例如小提琴就是有人能分辦出那些是名琴的聲音，聽說就是高頻諧波成份結構不同所影響。我經驗是高頻寬機種可表現出音樂中那微細變化好像有些會稱為微動態，會使我感受到那種現場真實的感覺 ……… 我最喜愛聽現場的音樂，當然想感受到現場那種氣氛。

(圖五)，C1為Cgp屏柵容抗，C2為Cgk柵陰容抗，C3為Cpk屏陰容抗。

註一 認識米勒效應

在真空管特性表中有個輸入容抗的特性是比較少人注意的，大家都知道真空管一定有”極”，二極管兩個極，三極管就有三個極 ….等等，由於兩個極是分隔開形成一道罅隙所以就會出現(inter-electrode capacitance)極間電容存在，當然在設計上會盡量將那些極間電容減少，一般情況下那些極間電容是很少的可以忽視不理。為著要解析為何那麼少的極間電容何以影響放大線性，我需要用一些算式來說明，圖中(圖五)，Cgp Cgk 和 Cpk為三極管之極間電容，請留意那些電容是用虛線連著的，它其實表示著那些電容有時並不存在有時卻”等效”著，那些極間電容會在很高頻的情況下形成而在中低頻方面則影響很少。Cgp是柵-屏極間電容，Cgk是柵-陰極間電容而Cpk是屏-陰極間電容，它們一般都是很少好像12AU7管中Cgp祇有 1.5uuf 而Cgk祇有1.5uuf (1F=0.000000000001uuF)。像圖中為共陰極接法它的容抗就是:

Cin=Cgk+(1+u)Cgp

在這條算式中不難發覺，原來輸入容抗被放大率放大了屏-柵極間電容，令到原本忽視的東西也需要另加考慮了，當此現象將Cpk也一起加進就稱為米勒效應。無可避免地一定與前一級連接，當總容抗與前一級輸出內阻一起便形成了像一低通濾波器，在高頻情況下放大增益被分流了，直接令高頻衰減並產生相移現象，那些非線性失真也隨之而來。

完