技术译文 SRPP解构

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SRPP是颇有争议的电路，不仅它的名字多种多样，而且对其电路工作方式有两种非常不同的解释。本篇译自国外技术论文，详细而深入的解构了SRPP。

近来经常浏览国外网站，收获很大，鉴于不少人对SRPP存有误解，故转译了这篇文章的一部分，希望能对烧友们有所帮助。由于本人的理解及表达能力有限，请大家多多指正。

SRPP解构

SRPP是颇有争议的电路。甚至它的名称也不是固定不变的。实际上被称作SRPP、SEPP、mu跟随、mu放大器、串叠阴随、图腾柱放大器。有趣的是，在1940年专利（US 2,310,342）文件中给出的却是罕见的名称——平衡交直流放大器。

争论的焦点是对该电路工作方式的两种非常不同的解释。这有点自相矛盾，因为该电路看上去如此简单好像应该只有一种解释可以接受。（事实上，自从它出现在Samuel Seely’s电子线路中，就被放在了最后一章的问答一节。它看上去如此容易理解，以至于被当做电子工程一年级学生的家庭作业，来推导该电路的增益）。通常，该电路只出现在20世纪中叶的工程著作中，科目是直流工作点不受灯丝和电源漂移影响的放大器。很少被作为特殊的或特别线性的放大器来描述。有个例外是在Millman & Taub’s脉冲和数字电路，McGraw-Hill (1956)3-17章节的图腾柱放大器中，有以下描述：

“降低失真的方法之一是以两管推挽工作代替单管放大。这样，两管产生的偶次谐波是反相的。精确地抵消这些偶次谐波要求两管具有完全相同的参数，且驱动信号除了相位相反之外也要完全相同。

在推挽工作中，输出信号作为一个对称的信号出现在两个都不接地的端子之间。这两个端子可能是两个管子的屏极。而同轴电缆显然需要单端信号，也就是说，需要一端接地。虽然通过变压器可以做这种变换，但是带来的频率失真使其大大受限。

一个以近似推挽的方式提供单端信号又没有变压器的电路如Fig. 3-30所示。这一电路被标明用来驱动两端都接地的75Ω同轴电缆。该电路广泛应用于对线性要求极高的彩色电视系统中。继而获得了图腾柱放大器的名称。”

隐约显现的争论出现在Valley and Wallman’s真空管放大器的11-11章节：“该电路介于Epp和Ep之间，下管的屏极负载看起来像Fig.11-18中的恒流源，但是去掉电池实际上不是恒流源，只是等效值为rp + (mu + 1)R的简单电阻而已——又回到Epp。”其中的关键词是“看起来像”。

两种观点之一

当今，普遍（新）的观点是：SRPP由一个共阴放大器和一个作为它的恒流源负载的阴随器组成（高！同时提供了高、低两种阻抗）。因为恒流源的全部特征是高阻抗，五极管看起来是作为上面这个有源负载的最佳选择。又，分开上下两管并取得直流偏置的那个电阻应该有最大的交流阻抗，以求提高增益及降低输出阻抗。最后，下管提供电压增益并驱动上管，但并不能对负载提供大的输出电流。

毋庸争论，共阴放大器由恒流源做负载时，可获得最大增益及最小失真。这一点也同样适用于阴随。一石（此电路中的一只电阻）两鸟也。当然，跨接在两管之间的电阻仅仅是一个电阻而已，并不是恒流源，但是许多人并未理解这一事实。然而也有一些电路设计者理解了这一点，并用一个真正的恒流源取而代之。通常是用晶体管实施。但这也引出了一个问题，用于偏置晶体管的电阻和电容最终会大大地降低它的性能。

另一个更好的办法是使用FET作为恒流源，因为它不需要分流偏置电阻。与BJT不同，FET在0偏压下有电流通过。事实上，许多FET的Idss对于普通电子管来说太大了，以至于需要加源极电阻限制其导通，这正中下怀——增加了它的输出阻抗。

第二种观点

这种观点（旧观点）把SRPP看做以廉价、巧妙的方式推挽工作，因为它是仅仅以一个电阻完成自倒相的两管推挽放大器。

总的来说，下面的共阴极放大器有一个复杂的混合负载：包括它的屏极电阻、负载电阻、上管的rp以及负载电阻与上管的合成负载。两管均等（理想状况下）地向负载提供反相工作电流。下管的屏极电阻作为反相器与负载电阻及下管串联，它对于准确的推挽工作所需的平衡驱动至关重要。因此，该电阻实际上是一个I/V转换器，向上管提供反相驱动信号。下管同时扮演了提供电压增益来驱动上管以及通过负载下拉电流的两个角色。

另外，由于上管通过I/V转换器得到所需驱动电压，所以SRPP只能工作在纯A类，一旦下管趋于截止，输入信号即不能再控制上管的导通程度。与所有推挽放大器一样，当两管以平衡方式均等工作时，SRPP的失真最小。所以，需要仔细地选择I/V转换电阻的阻值以确保平衡。

静态电流必须由输出管的理想工作电流和负载电阻决定。这就限制了通过任意增加I/V转换电阻的阻值，来提高增益或降低输出阻抗的可能性。从根本上讲，该电路由两个共阴放大器，而非通常设想的由一级共阴加一级阴随构成。两管同时向负载提供电压增益，两管的rp并联作为主要的输出阻抗。

单端对推挽

究竟哪一观点是正确的？可以肯定的是该电路并不太复杂。可否接上示波器揭示问题的答案？

Yes！示波器能够便捷的揭示该电路的工作，但许多烧友却鄙视之。他们惧怕仪器测量，坚持耳朵收货。（这种观念如此之坚定，以至于有的烧友不敢让我把示波器接在他们那坏了的胆机上，生怕在维修过程中，科学和世俗工程的做法可能污染了它，再也不会纯净悦耳）。幸好这些人没看到电子管、电容或电阻是怎么生产的。就像他们说的，如果你喜欢胆声，永远别看它们怎么造的。

在用示波器测试该电路之前，必须在上管的屏极加一电阻，通过测量该电阻的电压降提示流过上管的电流。它并不影响电路的工作。

示波器显示了什么呢？是否依赖于负载？负载电阻确实很重要。正是它提供了第二条电流通路。只有它的存在，才能使电流从上管流出到负载或流经负载到下管。换句话说，如果负载是一个32Ω甚至2000Ω耳机，波形显示推挽是正确的。另一方面，如果负载阻抗无穷大或者非常接近之，比如1M，则单端/恒流源的解释对了一半。因为当SRPP在没有负载的情况下，唯一的电流通路是径直经过上下两管，两管的电流不可能有差别。所以，在这种情况下，确实只能是单端工作状态。

但是，恒流源的概念仍然是错误的。因为即使在没有负载的情况下，下管的负载也不是恒流源。上管表现出的阻抗离无穷大差得很远。即使没有外负载，下管的视在负载阻抗不会超过rp + (mu + 1)Rk。

当然，五极管有可能提供更高的阻抗，但因为有帘栅极偏置电路（电阻、电容）与之并联，大大降低了它的恒流性能。

结论

负载电阻是电路不可分割的一部分，做相反的假设只会导致对该电路运作的误解。例如，作为下管的负载电阻，一个1Ω的负载电阻只会使中间电阻的阻值增加1Ω，即使用最宽容的眼光来看待，也不能算作恒流源。

次级电路

让我们先把SRPP拆开，再放回到一起。恒流源/阴随的理解方式把它拆成两个次级电路：一个共阴放大器和一个阴随器。在下图中两者可以很容易的结合在一起。两者各有一个10K负载。结果显示了一个有足够的增益和低的输出阻抗的电路。（下图的复合电路新增加的特征是整个电路的电流是恒定的）

将这两个电路转换成SRPP只需区区几步。首先再一次将其连接起来。在这一组合电路中，共阴放大器并不接受阴随级的任何回馈，改变阴随级的负载阻抗对前者没有影响。

在上图中，可以看到两级之间通过一个电解电容进一步连接在一起，该电容将阴随的输出回输到共阴放大器屏极负载电阻的上端。这一更改带来两种效果。首先，共阴放大器得到一个非常高的负载阻抗，尽管它的负载电阻被分成两半。这怎么可能呢？因为阴随的输出与共阴级的屏极电压相位是相同的。

这样，当下管的屏极电压下拉时，阴随的输出电压跟随之，并使屏极电阻也跟随之，结果就增加了共阴放大器的增益。反之，如果阴随输出反相的话，下管的增益会剧烈的下降。

这一效果类似于汽车的助力转向系统。因为屏极电阻被驱使与第一级的屏极电位做同相位移动，等效负载阻抗被放大，其程度取决于跟随器的跟随度。如果跟随器的增益真正达到1的话，等效负载阻抗相当于无穷大。因为任何屏级电压的变化都会由阴随器做完全的跟随，并反馈到屏极电阻的上端。然而，没有阴随的增益可以达到1，下面的公式可用于测算共阴级的等效负载阻抗：r = Ra / (1 - Acf)，这里Acf相当于阴随级的增益。

例如，阴随级的增益是97%，1 - 0.97 等于 0.03，相当于Ra增加了33倍。在本例中，5K屏极电阻作为共阴级的负载可以达到165K电阻的效果。（而实际使用165K屏极电阻的话，需要1750V的电源电压！）

不幸的是，没有免费的午餐。非同寻常的高负载阻抗需要代价。这就导致了这种修改的第二个结果。阴随器的低输出阻抗依赖于其稳定的栅极电压，自举电路恰恰破坏了这一点。如果栅极电压与阴极电压做同相位变化，阴随器通常的低输出阻抗也就土崩瓦解了。这才是关键所在！能够理解的也许仅十之有一。事实上，这种误解如此普遍，又有太多完全误解的杂志文章挡道而难以纠正。（你可能经常读到自举电路给出高增益，同时又保留了低的输出阻抗。完全不能！再次重申，没有免费的午餐，胆管也不例外。）

搞清楚该电路的秘密是做一下极端思考。（Eric Hoffer曾断然指出：所有思考都要夸大，否则代表智障。）想象一个阻抗为零或无穷大的负载；想象一下rp为零或无穷大；想象一下屏极电阻为零或无穷大。在这种情况下，再想象一个栅极和阴极短路的阴随器，它的输出阻抗会多大？

在自举电路中，5K电阻和第一级的rp构成分压器，其输出馈入阴随的输入端。如果阴随的输出端被向上驱动1V，那么其中的40%将作用于阴随的栅极（与栅极信号同相位），实际上相当于真正阴随器中的60%的栅-阴电压。如果下管是五极管，会有接近100%的加在栅极上，从而增加了输出阻抗。

最后一步是去掉电解电容，将阴随的输出端直接耦合到共阴级的屏极电阻上。上图是直耦版的自举复合放大器。该电路与电容耦合版有相同的静态电流—20mA，性能却更糟。（去掉了内部耦合电容，代价是牺牲增益和输出阻抗增高）虽然没有内部耦合电容也有优点，比如较低的造价和较少的相移。

下一步是去掉多余的电阻。仔细检查一下上图，会发现两个10K电阻是多余的，他们实际上与负载电阻相并联。它们除了消耗10mA电流外，并不起任何作用。这一点对许多人来说似乎并不那么显而易见，因为在他们看来这两个电阻对共阴级和阴随级均有作用。但略作思考就会有别的结论——它们其实作为一个5K电阻（两者并联）只会增加两管的负担，弃之，电路会工作的更好。

为了便于理解这两个多余的电阻，想象一下去掉两只管子后的情况。注意，上图电路中的总电流是10mA，而两只电阻并不需要那两只管子来完成它的电流通路。这也暗示了两只管子也同样不需要电阻来完成其电流通路。这样，下一步就是去掉这两只电阻。请看，电路只需10mA电流，且增益还略有提高。

经过最后这一步便回到了起点——SRPP。Yes！终于成功了！但这样变换下来失去了什么呢？这一组合电路获得了最低的输出阻抗，以及共阴级放大器对来自输出端干扰的最大免疫力。而自举组合电路却有最大的增益、适度的低输出阻抗以及更好的电源抑制比（PSRR）。那么，在SRPP电路中怎样才能找回这些优点呢？答案是增加中间那个电阻的阻值，这也就意味着必须放弃对上管的直耦。

译者认为变换到这里就是μ随了。原文下面的内容是关于SRPP的改进以及应用，到这里已经基本完成了对其剖析。【点击此处查看英文原版】