一起来做小胆机：6GF7A篇

6gf7

跟我做胆机：6GF7A篇（1）准备工作

废话不说，直接干货。来跟我一起做胆机吧！

一、选管

1.简介：手头有一些美国西屋的6GF7A胆管，这次就拿它开刀了。6gf7a是较晚期的复合电子管型号，与早期常见的电压放大管、功率管等不同，它的内部包括了一个电压放大管和一个功率放大管，据说性能接近6SL7+2A3，一个管子就能完成一个声道的工作，适合做小机机。


2.性能参数：
关键参数：功率管屏级允许电压330v、电流允许50ma、功耗11w，这意味着最大可以做到3w左右的输出。



二、电路选择
没什么好选择的，每个声道一个6gf7复合管，一级电压放大+一级功率放大，典型单端电路。需要计较的是是否要加负反馈。用的是以前存的本坛哪位大佬耳机放大电路，改成标准RC耦合两级放大电路，初步估算了工作电压标在图上。


三、工作点设计
1.准备的电源是老李的胆机用开关电源，小巧可靠，这次的“小”就全靠它了。这个电源输出高压是260伏，这决定了下面的工作点设计。

2.电压放大管工作点：

从6gf7a的pdf查到它的ui曲线，初步选定电压放大管的工作点为：屏压150v，屏流1ma，负载电阻100k，阴极电压2v，阴极电阻2k。

3.功率放大管工作点设计：

根据它的功率管曲线，初步计划了两个工作点，这次选用的是：屏压220v屏流44ma，阴极电压35v阴极自偏压电阻800欧姆，输出负载3.3k。

（说明一下：其实电子管的工作点选取弹性很大，这里是根据一般经验以及现有电源电压的初步设计，做好后再根据测试结果做微调。）

四、备料

1.电源：60瓦小开关电源


2.电阻：
800阴极电阻用5瓦的功率电阻，最好是10瓦的。15k电阻用1瓦~2瓦的，其他电阻都用0.5瓦的金属膜电阻。

3.电容：每声道三个电容如下
耦合电容：0.1~0.47uf、300v的薄膜电容，我用的是0.47u250v的mkp电容。
第一级阴极电容：100uf25v。第二级阴极电容：220uf63v。
这三个电容对音色的影响比较明显，大家可以试试用参数接近的不同品牌种类电容来调声。

4.机箱：

宽13厘米高4厘米深16厘米，迷你机箱。其他电位器、接线端子等小配件不一一列举。

5.最后一个关键器件：输出变压器，从广东专门定制，增加了线圈匝数以改善低音，但同时会带来内阻和分布电容增大的问题。

6.核心器件：当然是6GF7A电子管了，我手头有美国西屋和GE的nos管，西屋尖头，GE光头，环肥燕瘦哈。

五、pcb设计

为了做小，本次没有采用搭棚安装方式，而是专门设计了pcb电路板。

今天先到这里，下次继续。

补充内容 (2021-7-22 20:39):
用了两个月，电源烧掉了。另外还有朋友跟着用这个电源也出现了各种状况，特此说明，我后面的机器都是用变压器电源，开关电源只用来做实验电源用。

loujilin

这管子好啊，做个单管稳压电源不错。

6gf7

loujilin 发表于 2020-12-7 19:54
这管子好啊，做个单管稳压电源不错。

谢谢支持。这种冷门管其实没必要专门去搞，我只是以前收过几对，正好玩点新鲜的。

土地的主人

请问你这个开关电源是自己做的还是买的？

longji98

loujilin 发表于 2020-12-7 19:54
这管子好啊，做个单管稳压电源不错。

这个主意还真不错。。。 。。愿闻其详。。

pfl

等楼主的pcb出炉

6gf7

跟我做胆机：6GF7A篇（2）焊接电路

备料齐全后，今天就开始做电路啦。

一、准备工作

1.pcb：设计的电路板终于收到货了，还挺快。


2.白菜白光：自从有了这种电烙铁，焊机成为了无上享受。白菜白光，你值得拥有。


3.所有上次准备好的元件，全部拿出来排队候命。

二、焊接电路板

1.对照电路图和pcb电路板，先把小电阻焊上。


2.再焊接体积较大的820欧姆阴极电阻和0.47uf耦合电容


3.最后焊接两个电子管管座


OK啦，总共才16个零件而已。还有6个电解电容等调试后再决定要不要接、要多大容量、什么种类。

三、连接电路，开声

1.连接电源、输出变压器、电路板。有必要的话等等我画个示意图。

这对是测试用的炮灰输出变压器，红线接电源高压，黄线接电子管屏级，黑线和棕线接喇叭。

2.输出变压器连接喇叭。随手翻出一对小喇叭做炮灰，竟然打的是雅马哈的标。


3.连接输入端子，暂时不接音量电位器，把电脑音频输出接入，插上电子管，通电。顺利的话你已经可以听到呻吟啦……至于什么声音，那就看你硬盘里的典藏了哈。


如果没出声……赶紧断电，检查连接有无错误。

四、调试

用pcb装机简直就是傻瓜活计，上面的过程熟练的话五分钟，新手慢慢来也不会超过半小时。然后……

1.如果上面不顺利的话，断电，排除错误，再通电试。

2.能出声后，停下音乐，用万用表测试直流工作点。如果不正常，检查更换电阻，使之达到预定工作点。


3.直流工作正常后，把喇叭换成10瓦8欧姆电阻，输入1k正弦波信号，用示波器观察交流工作情况，并调整电路参数。


大约来说，备料等快递花了一周，焊接10分钟，基础调试20分钟，改造机壳安装进去花了半天，把电路调出自己满意的声音需要好几天……本次因为急着要写过程，调试工作暂时先放下，我们下一篇就写如何改造机壳安装机器。

miqi008

那个尖顶的6gf7我用转接座代换了6em7声音还不错，听人声6gf7，交响6em7

6gf7

大约来说，备料等快递花了一周，焊接10分钟，基础调试20分钟，改造机壳安装进去花了半天，把电路调出自己满意的声音需要好几天……今天我们说下电路的简单调试工作，下一篇写如何改造机壳安装机器。

一、直流工作点调试

1.接好电路，输出变压器接上炮灰喇叭，通电，用万用表测试各个关键点的直流电压。


2.测试值标在下图中。我们可以发现 ，这对管子的测试所得值真是标准啊，几乎和预设值一模一样……这是我的水平高呢还是高呢哈哈，其实电子管电路最简单不过，你熟悉之后也能设计得八九不离十。


可以算出，电压放大管工作点约150v1ma，功率放大管工作点约215v42ma，基本符合预期。根据手册曲线，这样的工作点应该是比较恰当的。

保持开机一小时再测，数据基本稳定不变。唯一的问题是5瓦的阴极820欧姆电阻发热比较严重，它的实际工作功率约1.5瓦，为了保留余量保证长期稳定工作最好用10瓦的。

3.直流工作点调整。

如果工作点电压和电流不如预期怎么办？改变2k电阻可以改变电压放大级的工作电流，再改变100k电阻可以改变电压放大级的工作电压。改变820欧姆电阻可以改变功率放大级的工作电流。

二、交流性能测试。

把喇叭取下，输出变压器输出端连接一个5瓦8欧姆的铝壳功率电阻作为负载。用pc上的sweepgen软件产生1khz正弦波，通过3.5转rca线输入电路。用UTD2102示波器观察测试负载电阻两端的电压波形。


到底要观察测试什么呢？主要以下几项：

1.从sweepgen软件调整正弦波信号的大小，在输出正弦波波形没有明显畸变和过载的情况下，观察输入端和输出端的波形，从示波器的刻度上粗略读数（读波形顶点的刻度值）。如下图中绿色标注的AB两点就是输入和输出点。


把输出读数除以输入读数=电路的放大倍数。这是在没有接负反馈的放大倍数，一般称为开环增益。我这里测出来约为20倍（记不清了）。示波器观察的，了解个大概就好。

2.从sweepgen软件调大输出的正弦波信号，使最后的输出波形处于过载削波状态，即波形的上下顶峰都被削平，此时读取波形的上下刻度，如果上下顶峰的刻度基本对称，说明功率放大级的工作点设置比较合理。理论上来说上下波形同时削波最好，但实际上可能上下波形不会完全对称，而且上下波形削波的软硬不同，由于功率管的曲线特性，功率管处的下半周在削波之前可能波形已经压缩进入了软削波状态，具体到听音表现上一言难尽，所以对此不必太苛求。如果此时上下顶峰刻度明显不对称（超过20%），说明工作点选取不合理，可以减小820欧姆电阻以提高工作电流，或者增大820欧姆电阻来减小电流，使上下波形尽量对称。

3.逐步减小信号，使输出波形最大但不削波。可以看到此时波形的上下半周是不对称的，甚至可能接近20%，说明最大不削波输出时谐波失真比较大，可能接近10%，这对于未加负反馈的胆机来说其实真不算离谱哈哈，当然，选取线性好的管子并调整好工作点可以尽量减小这个失真。

我这台机器上顶峰约7v多削波，下顶峰6v多削波，看波形估计的，粗略认为输出电压最大值Uo=7v（取平均数）。用公式p=U*U/16计算最大输出功率（8欧姆负载）=3瓦，当然这是达到削波的极端状态，实际可用最大功率只能算两瓦多，此时估计谐波失真在6～7%左右。

失真这么大，怎么能听啊？别急，继续。

4.继续减小信号，使输出波形是最大值的一半左右。这个时候再看波形，是不是就没有那么明显的上下不对称了？然后调整信号大小，使输出波形峰值为4v左右（上下顶峰的刻度均为4v），此时在8欧姆喇叭上的输出功率是1瓦。

观察此时的正弦波波形。如果基本没有可见的波形形变，那么说明失真很小约1~3%，如果有可以察觉的不明显形变，那么失真在3%~5%左右。如果有明显变形，那么可能大于5%，进入削波状态时一般失真大于10%。

对于未加负反馈的胆机，我们一般的目标是：1瓦输出时失真在1~3%，就是刚才所说，视觉上应该没有明显可察觉的波形失真。（没办法，毕竟是业余的，没有失真仪，只能用示波器这么估计了。）然后通过负反馈可以把失真降低到1%以内。

三、调整整机负反馈

1.把输出变压器的0端子通过一根导线接到电路板的地，8欧姆端子用一根导线接一个22k（10~100k看实际听感调整）电阻接到2k电阻那儿，如下图：


这是负反馈电阻，它可以让电路的放大倍数从二十多倍下降到十倍左右，虽然放大倍数下降为无反馈的一半，但电路的性能会提高为原来的两倍，比如失真度会降低为原来的一半。

2.此时观察1瓦输出时的正弦波形，应该基本看不出形变失真了。把两个输出变压器都接上音箱，播放音乐，OK，动听的音乐响起，你的胆机电路成功了。

从听觉上来说，削波时失真度>10%，此时人耳感觉明显声音发破嘈杂。一般认为人耳能察觉3~5%的失真，此时感觉声音干硬。1~3%的失真人耳就不易察觉，需要听力灵敏或者有较丰富听音经验。1%以内的失真人耳就难以察觉，即便长时间对比聆听有所察觉也难以描述。0.1%以下的失真可以直接认为人耳不能够察觉。（这里的失真都指的是波形失真，或者叫做谐波失真、非线性失真。）

3.负反馈的作用，非专业人士可以这样简单记：通过负反馈把放大器的放大倍数降低为原来的n分之一，可以使各方面性能提高n倍。比如，失真减小为原来的n分之一，阻尼系数变为原来的n倍，频响也扩展n倍，等等。这个n就可以叫做反馈深度。

那么只要反馈深度足够大，是不是就可以把放大器的性能无限提高呢？理论上来说是如此，比如各种运放就是用这个方法来把性能参数做到无比漂亮的。但实际上，深度负反馈会带来新的问题，这里面的原因我也不清楚，毕竟大学模拟线路只讲到这个层面，但目前公认的是：深度负反馈会导致瞬态互调失真，据某位国外专家的研究，2%的瞬态互调失真比20%的谐波失真更让人不适！因此反馈必须适度。

晶体管功放一般都会用比较深的负反馈，因此都标称失真在0.1%以下，甚至更低，比如大家比较熟悉的LM3886集成功放IC标的总失真加噪声<0.03%。电子管功放由于环路中有耦合电容和输出变压器，相移比较大，一般不会用深度负反馈，我看到很多名机的电路一般那个n都在10左右。

我的习惯，大多时候反馈深度都在2~5之间，根据听感调整。一般来说，不加反馈的话，声音比较鲜艳有活力，但是失真比较大、控制力不够；加比较深的负反馈的话，声音比较严谨沉稳，失真低，但是会显得沉闷暮气。调整负反馈，就是要在这两者之间取一个平衡。这里没有固定的公式，不同的电路和元器件，不同的耳朵听感，需要自己调到自己最喜欢的样子。

这台6gf7功放，我反复试了好几天，最后还是把负反馈取消了。此时的低音弹跳力好、中音有活力、高音有光泽，总体而言可以比作“肆意的青春”，缺点是大动态时低音会失控、高音有时会有齿音，换个说法失真较大、控制力较差。

用后汉书马援的话来说：“龙伯高敦厚周慎，口无择言，谦约节俭，廉公有威，吾爱之重之，愿汝曹效之。杜季良豪侠好义，忧人之忧，乐人之乐，清浊无所失，父丧致客，数郡毕至，吾爱之重之，不愿汝曹效也。效伯高不得，犹为谨敕之士，所谓刻鹄不成尚类鹜者也。效季良不得，陷为天下轻薄子，所谓画虎不成反类狗者也。”

一种是沉稳而无趣的人生，一种是狂放而颠沛的人生，马援希望自己的孩子学习前一种，即便不能取得很高的成就至少也能平稳生活，而学习后面一种，只怕画虎不成反类犬。

你要做一辈子的庸人,还是做英雄，哪怕只有一分钟？

我的选择是把机器做成后一种：哪怕只能带一丝虎气，也别做那沉稳的老狗。

每个乖孩子心底，也许都有一个浪子的梦。

6gf7

上面调整负反馈的时候，把2k电阻并联的100u电容不焊，否则反馈不起作用。
同时820欧姆电阻并联的220u电容需要焊上，因为本机两级放大增益余量不足。

魔幻蓝天

文笔不错

6gf7

小小归纳一下，本版pcb存在的问题：
1.两级放大增益不足，添加负反馈困难。按照特性曲线估计，电压放大级放大倍数约为四十，功率放大级放大倍数约为五分之一，总放大倍数大约在十倍左右（上面文中大约二十倍应该是记错了，因为同时做了6p14的pcb，所以同时还做了一部6p14，两台机器先后制作，然后交替听音和调试，很多东西搞混记不清了），再添加负反馈的话还要进一步压低增益，不太好处理，最后之所以不采用负反馈这也是原因之一。但是，我宁可放弃负反馈也不会采用三级放大，这是个人的一个执念吧。
2.电压放大级的阴极电阻应如下图处理，可以减少阴极电阻引起的增益降低，略微减缓上述矛盾。


3.这几年在玩单片机，所以习惯性地把电路接口设为了ph2.54的，拿到后才想起，对于习惯用粗线的音响diy来说，2.54的接口洞太小、铜箔太小、间距也太小了。其实没问题，但看了膈应，还是决定重做一版。
4.功率管阴极5瓦电阻发热比较严重，需要考虑改成10瓦电阻或者两个五瓦电阻。
5.原件排位没大问题，但几个电容的焊盘开孔需要设大一些，方便反复拆装对比调音。
6.还有些有的没的，走线的部分调整，要不要加上电源开关和电位器，等等。
等我再听一段时间，再重新做一版pcb。

6gf7

经过前三篇的努力，电路基本完工了，今天来完成机壳的安装。

一、机箱选用

1304迷你机箱，价格36元，强力推荐。问题就是比较小。

外部 宽x高x深 132x42x169mm
内部 宽x高x深 122x35x160mm
面板厚度6毫米
后面板厚度3毫米
左右厚度5毫米
上下厚度2.5毫米

二、背板开孔

背板需要安装电源接头、音频信号输入接头、功放输出接头
1.先划线。用划针在板上划出安装位置


2.冲孔。用冲头在开孔位置对准，用铁锤敲一下冲头，在板上留下个凹印，方便钻孔时定位。

3.开孔。先用3mm钻头开孔，然后根据需要再用大钻头扩孔。我这个音频输入RCA接头比较大用开孔器开12mm孔两个。电源孔一般是方孔不好手工操作，所以我用12mm的航空插做电源插头，用12mm开孔器比较方便，缺点是需要做航空插电源线。输出接线柱我这个需要开8mm孔，用8mm钻头。


4.把元件装上试试，OK，完美。


三、机箱上盖开孔

上盖需要开安装变压器的螺丝孔、电子管孔、pcb安装孔。同样先划线，再冲孔，然后钻3mm孔，最后根据需要扩孔。不详细写了，完成如下图


四、安装电路

1.安装变压器


2.安装铜柱，安装pcb


3.在底板上开孔，安装电源，在面板上开孔，面板需要开电源开关孔（6mm）和音量开关孔（8mm）。没有拍照，不详细说了。这里的问题是我用的电位器比较小，杆子螺纹不够长，面板厚6mm够不到，还需要沉孔，不小心开偏了，如下图。


五、合拢，上好机箱螺丝。完工！


六、插电，放声，music 响起来！

6gf7

插曲：

有时候诸事不顺！那天发现显示器不亮了，听声音好像电路板上放了个烟花，大概车库里比较潮，坏了。


拆开来一看，电源ic用的是LD7750，过流取样的两个电阻烧了，查一查应该是一个470欧姆0.25瓦和一个0.27欧姆2瓦的电阻。


470欧姆有，0.27的没找到就用了四个1欧姆0.25瓦的并联正好合用，换上后通电——放了个更大的烟花……估计是开关管已经击穿，这个手头没得换，之好先换上旧显示器，17寸的太小，那就用两个。悲催的是，一番折腾后，发现主机也开不起了，电源开启几秒钟就自动重启……估计主机电源也坏了。


干脆从淘宝上买了个迷你电脑准系统，小点放置起来容易。


第二天收到，从垃圾堆里翻出一块E1225Lcpu和4GDDRL笔记本内存还有个金士顿128G的ssd硬盘，装上，OK，满血复活了。小主机就在下图两个显示器中间。


开着音乐上网乱看……突然看到明基显示器的拆机电源板，花20快包邮买了一块。三天后到手，换上，霉运终于过去了，显示器重生了哈哈哈。


嗯，还差一台主机没修好了，准备再去买个电源……先听几天音乐再说吧。

longji98

楼主多面手。

6gf7

miqi008 发表于 2020-12-10 13:45
那个尖顶的6gf7我用转接座代换了6em7声音还不错，听人声6gf7，交响6em7

这管子的声底不错。遇到的问题是大动态时容易失控，可能是我的变压器问题。这个调了很久，刚做好的时候声音甜美但动态一来就乱，最后是给电压放大级加电源退耦后有改善。现在没加负反馈听着还可以。

qinfeng

确实很好  不错不错

6gf7

土地的主人 发表于 2020-12-8 20:51
请问你这个开关电源是自己做的还是买的？

这个是北京老李做的开关电源，你在深水宝上可以搜到。

冰冻三尺

6gf7 发表于 2020-12-10 20:16
大约来说，备料等快递花了一周，焊接10分钟，基础调试20分钟，改造机壳安装进去花了半天，把电路调出自己满 ...

看老师的帖子 会增加好多知识

zycxjl

这样的管子，不是那么折腾，还是不错的。声音如何，变压器哪里撸？