[分立前级] 四管前级的那些事

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本帖最后由 mxwmke1 于 2018-12-19 00:13 编辑

:四管前级的追根朔源


1957
年立体声唱片问世,同年,马兰士推出Model 7C立体声前置放大器并持续生产9年,下图是马兰士Model 7C官方图纸:
马兰士7原图.jpg

其中的唱头放大部分:
马兰士7C唱头放大部分.jpg

下图是网上搜索到的网友DIY马兰士7C的线路,精简了原图中的输入、输出切换电路,只保留了唱头放大电路主体(含RIAA均衡负反馈网络):
马兰士7唱头放大器带RIAA.gif

由于马兰士7C的盛名,大致在70年代日本人利用当时逐渐成熟的结型场管与电子管同为压控器件的特性,仿照马兰士7C的电路构架,设计出了类似的场管前级放大电路:
日本场管带唱放前级.jpg

其中的唱头放大部分:
日本场管前级放大器之唱放部分.jpg


另一款源自日本的场管前级电路:
场管放大器2.jpg

注意:这一款电路和上一款相比,有三个地方不同,第一,在音调电路前置,输入信号经过场管共源电路缓冲输出后,直接进入衰减式音调电路,其后经过音调的大幅度衰减后,再进入音量电位器调整电平,然后才进入后面的场管放大电路。第二,该电路第四级采用三极管射随器输出,第三,它没有唱头放大器必须的RIAA均衡网络。结合这三点不同,可以判断出该前级不是用于弱信号放大的前级,而是一款线路放大前级。

现在贴出主角,也就是图片上有2010-03-27时间戳的liushuliang四管前级电路:
DIY论坛发布的四管前级电路.jpg
这是我能够在论坛找到的最早的四管前级电路,不排除还有更早的(印象中有一张手绘的电路图),从这张图片时间戳可以看出,坛友liushuliang老先生至少在网络上和本论坛上贴出此电路,至今已有8年多的时间,从论坛发布的相关帖子来看,包括作者本人在内,数量众多。而淘宝上搜索四管前级,也有几家在贩卖,也就是说,四管前级在国内发烧友中,是有一定的使用者。

另外,坛友bazys曾经在四管前级制作帖子中指出,四管前级电路是liushuliang老先生在80年代的《国际电子爱好者》杂志中发现的:

注:以上图片来自本论坛或者网络。

从马兰士7C电子管前级到最后一张JEFT四管前级电路图,它们的电路构架有极为相似之处,这并不奇怪,这些阻容耦合的电路构架几乎就是教科书式的经典放大电路,从胆管到晶体管发明以来就在使用,不能因为它们的构架古老而进行某种价值或者音质判断。另外,从上述日本的两款场效应管前级和四管前级的电路中,如果忽略放大级的场管DS之间的压降,用其电源电压除以Rd+Rs之和,可以快速粗略地判断出它们一个共同的特点,就是均工作在100uA左右的静态电流下,从这点来看,四管前级有所争议的工作在微电流状态其实并非独门绝技,而是微弱信号放大的一种选择而已。总而言之,如果我们能够深入了解每一级放大电路的原理,以及多级阻容耦合的特点,对元器件特性有到位的认识,就会帮助我们扬长避短,有的放矢地DIY,而不是人云也云地鹦鹉学舌,罔顾电路某些方面的短板而无限拔高它,甚至迷信它,这不是科学的DIY精神。

马兰士7唱头放大器带RIAA.gif

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 楼主| 发表于 2018-12-18 18:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 cloudfly55 于 2018-12-20 08:30 编辑

二.四管前级的极低频振荡原因

制作调试过四管前级的网友,应该有一个印象,就是调试四管机的时候,前面两级放大电路,尤其是第一级放大电路,如果不通过第一级源级上可调电阻将其放大倍数降到最低或者干脆让其无放大,就非常容易引起一种极低频振荡,表现在万用表电压读数乱跳,示波器看波形抖动。这是为什么呢?其实就在于四管前级第三级的输出电容取值太小的缘故,参见下面四管前级仿真电路中的C7。
四管前级仿真电路图.png
(注意:上图中的C3应为10uF,C6应为10uF,图中的取值是我调整频幅特性的一次仿真实验,截图时忘记修改)
liushuliang先生提供的图纸中,C7为0.5uF,实际制作皆取值0.47uF。
第三级通过0.47uF输出后一路送入下一级音调电路,一路通过R10的47k电阻反馈到第一级源级,形成三级环路负反馈,如图中的红色箭头所指。在这个回路中,总的负反馈电阻实际上是R10加Xc,也就是47k电阻加0.47uF电容的容抗。我们知道,容抗的大小,与电容容量和频率都成反比,也就是说,如果C7的取值太小,那么容抗就会大,并且上面通过的信号频率越低,容抗也越大。为了有一个量的视觉直观认识,我特意生成如下表格和图片:
电容的容量容抗和频率关系.png

不同电容的容抗-1.png

从上面的图表可知,当第三级输出电容C7采用0.47uF和10uF的时候,频率越低,容抗差异巨大,比如,0.47uF的容抗在100Hz的3.386kΩ,到1Hz急剧上升到338.6kΩ,就是在20Hz处也有16.9kΩ,达到负反馈电阻47k的36%。上面分析到,实际上负反馈电阻=47K+Xc,如果C7在某一频率的容抗Xc远远大于47K,将会导致四管前级低频段和极低频断电负反馈量急剧减少,也就是等于前三级在低频段到极低频段的某一个频点上的放大倍数特别高,从而导致电路的不稳定。
但若C7取值为10uF,从上图中的容抗曲线来看,则相对平缓很多,从而导致总的负反馈量变化相当平缓。

下面,我们通过对四管前级电路的1-1kHz频段来进行交流分析,以求证上述推论是否成立。
下图为C7=0.47uF的四管前级输出幅度(频响)和相位特性,从图中可见,大致在2.6Hz处,有一个峰值,这个峰值的幅度在第一级曲线中达到30dB左右,而在该频率对应的相位特性中,出线断崖式的反转,证明了上述的分析。
在用示波器实测极低频发生振荡的时,根据波形一秒钟抖动的次数,也可印证上述分析的成立。
四管前级:第三级输出电容C7为0.47uF的低频段交流分析_1.png

如果将C7换成10uF电容,无论频幅曲线还是相位曲线,都有大幅改善。
四管前级:第三级输出电容C7为10uF的低频段交流分析_1.png

实际上在仿真四管前级电路的时候,有时候正好调节到电路处于极低频振荡状态,从仿真示波器波形的不停限幅变化也可以看出此时已经发生极低频振荡,如果此时输出端接有失真度仪,也可看出失真度读数忽大忽小。

结论:四管前级的极低频振荡,不只是让人调试困难,尽管它发生在极低频率,但由于电容的容抗是随频率而上升的,就是在20Hz处也达到16.9kΩ,实际上对100Hz以下仍然是有影响的。特别是在播放动态大低音丰富的音乐,有可能诱发低频振荡,这也是部分网友的四管前级在播放某些乐曲会出现无规律的可闻失真原因之一。因此,建议四管前级使用者将该电容更换成10uF,或者采用下图所示方式,增加红圈内的电容,效果一样:
负反馈修改.png
这种接法在已有的四管前级电路板上也很好处理:焊开47k负反馈电阻一端,串入一个10u电容即可,如果该电容为电解电容,注意正极接第三级管子源级,负极接47k电阻。(注意,因为疏忽,上图红圈中的C7A电容应为10uF)

提示:如果读者再回看上一楼的四管前级追根朔源中两款日本场管前级,就会发现它们的负反馈回路中的电容取值较大,均为10uF。

为让大家更为直观了解第三级电容取值0.47uF和10uF的不同区别,我按照下图,通过一个开关串联一个10uF电容,再与0.47uF并联,然后录制了一段视频,放在最后。
仿真C7并联10uF电容.png
(注意:上图中的C3应为10uF,C6应为10uF,图中的取值是我调整频幅特性的一次仿真实验,截图时忘记修改)

开关加10uF电容3.jpg
开关加10uF电容1.jpg

下面的视频为本人原创,转载请注明来自本论坛。
其中第一个视频是提示四管前级单纯用万用表调试存在有可能某一级调试不到位(调节范围很小就可能进入波形失真状态),导致该级会失真,但由于大环负反馈的存在,最终输出波形仍然正常,这种情况是用万用表调试发现不了的,该视频不再另文叙述
视频地址:


四管前级视频之一:万用表调试的不可靠性
https://pan.baidu.com/s/1q2mQyYhMLUPTxi6UfdFDMQ

四管前级视频之二:极低频振荡的原因
https://pan.baidu.com/s/1PyKn_hUqoDeoDJwSpW3TXQ

声明:本帖中关于四管前级的讨论,纯属技术探讨,本人水平有限,难免存在不周全和错误,欢迎拿出诚意和干货指正我在技术方面的错误,我万分感谢并承诺及时修改。但本人不会回复似是而非的玄学理论、更拒绝非理性的谩骂嘲讽,请某些坛友和商家自重!









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本帖最后由 cloudfly55 于 2018-12-20 09:49 编辑

三.四管前级的输入信号衰减和噪声的思考

前面说到,四管前级脱胎于唱头放大器电路,而唱头的输出信号,如果以动圈唱头为例,其输出信号幅度在5mVrms左右,但现在的CD唱机、解码器、声卡等,输出信号大多为2Vrms,所以输入到四管前级必须要衰减才可让信号正常放大。值得注意的是,从四管前级来看,栅极上的信号电压,才是真正输入到该前级电路的信号电压,所以我下面列出的表格,均换算成第一级栅极实际信号电压。该表格内有不同衰减电阻对应的前级输出信号(第四级输出)电压值和失真度仿真测试数据。

四管前级-输入衰减电阻对比.png

从上表的数据基于我的仿真电路,可以得出一些结论:
1.如果输入衰减电阻为470K,第一级栅极上的信号电压为125mV(RMS有效值,下同),四管前级输出会严重失真,实际上就是严重削波;
2.在仿真中,如果想得到最大不削波输出,对应的第一级栅极信号电压为71mV,输出2.578V(此数据没列入上表);
3.衰减电阻从1M到2M,第一级栅极信号电压依次61mV降到到31mV,失真度也相应从0.12%降到0.046%;
4.假设输入接入动圈唱头,其信号大小一般是5mV(唱头动圈输出0.5mV,升压变压器升高10倍),此时前级输出信号为183mV,失真度0.006%
5.除去衰减电阻470K这一项,可以换算出第一级栅极在其他5个不同输入信号下的放大倍数均一致,都在35.8倍。
6.除失真度外,上述仿真输出电压幅度和实作的输出实测数值接近。

关于四管前级信噪比的一点思考
第一级栅极,才是该前级实际输入信号点,一旦前级电路装机完成,进入使用状态,在固定的使用场地中,第一级栅极上就有一个固定的噪声电压,因为它在场管之外,我们先暂且把这个噪声电压看作一种外部混合噪声,比如电阻热噪声+电磁感应噪声等等之和,这个噪声因为使用场合的固定,相对来说是一个固定值,可看作一个参数Vn,我们知道,信噪比是指信号电压和噪声电压的比值【20LOG(Vs/Vn)】,那么从上表可得出这样的结论:
1.衰减电阻越大,第一级栅极上的Vs越小,信噪比越差
2.同理,鉴于动态范围和信噪比的关系,动态范围也随之差
3.如果一部正常的前级,可以正常从输入段2V输入信号,再考虑一定的衰减,假设该前级到达第一级放大电路真正的输入端为1000mV计,而四管前级最大只能输入71mV,相差14倍,按照信噪比计算公式可得知,在信号输入这一个环节,四管前级就处于非常不利的境地。
4.第一级栅极上的噪声是在大环路负反馈之外,因此四管前级的大环路负反馈对降低栅极噪声没有任何作用(这是负反馈的原理之一:负反馈环路之外的噪声和失真,负反馈无法改善)。
5.用一个形象的比方:我和你在一个房间交谈,我说话的声音越大,到达你的耳朵(相当于第一级栅极)的声压也越大,因为房间的噪声是一个定值,这时候的信噪比也越高。
6.上表特意放入动圈唱头,其输入幅度为5mV,从四管前级第一级栅极最大输入电压为71mV来看,作为唱头放大电路,在输入级留有足够的不失真输入电压范围,且因为输入幅度小,失真可达0.006,可见如果四管前级只是设计用于唱头等低电压输入,还是很合理的。而用于CD等音源,则是削足适履。

实测四管前级噪声电压
在业余条件下,只能利用手上的设备,尽可能做到排除干扰地进行测量,因此,下面的测试方法只能借助精度不高的示波器,不一定专业,得到的结果也不一定准确,但可以定性说明问题。
1.专门购入一个大铁盒,在测试时对前级电路进行电磁屏蔽,尽可能减小外界干扰。
2.下面的噪声测量,均把输入端子用导线短路。

01-示波器探针短路测量的底噪-2.png

这是示波器探头短路后测试的噪声电压,数值为峰峰值2.4mV,有效值0.76mV,下述测量数值应该减去该噪声电压。

四管前级噪声测量-无屏蔽.jpg

四管前级-噪声测量-无屏蔽.png

四管前级电路板裸露测量(四管前级输出噪声,下同),明显可见干扰噪声,测量值:噪声电压峰峰值30mV,有效值7.231mV。

四管前级噪声测量-放入屏蔽盒.jpg

四管前级-噪声测量-屏蔽盒未盖.png

四管前级电路板放入屏蔽盒,且屏蔽盒接地但未盖的测量。测量值:噪声电压峰峰值18mV,有效值4.814mV。

四管前级噪声测量-放入屏蔽盒加盖.jpg



四管前级电路板放入加盖的屏蔽盒后的测量,测量值:噪声电压峰峰值16.2mV,有效值4.466mV。

从上述四管前级裸露和加屏蔽测试结果来看,大家制作四管前级,最好采用装入金属机箱的方式为佳。

第一级栅极的噪声测量

本楼最上面特意给出了不同衰减电阻上对应的第一级栅极信号电压,我实作中采用的衰减电阻为1.5M。
注:下面的测量中,输入端子已用金属导线短路。

02-第一级栅极测量的底噪-1-未屏蔽.png

第一级栅极在裸露条件下测量的噪声电压,测量值:噪声电压峰峰值29.8mV,有效值6.091mV。

02-第一级栅极测量的底噪-2-屏蔽盒.png

第一级栅极在屏蔽条件下测量的噪声电压,测量值:噪声电压峰峰值14.2mV,有效值4.083mV。

03-第一级输出端测量的底噪-屏蔽盒.png

第一级漏极输出在屏蔽条件下测量的噪声电压,测量值:噪声电压峰峰值33mV,有效值9.909mV。

再看屏蔽条件下,第一级漏极1kHz下的输出信号和噪声叠加的波形:

第一级输出波形-噪声叠加-屏蔽盒.png

也就是说,第一级输出的波形上叠加的噪声相当明显,尽管第一级漏极处于负反馈环路内,但由于噪声是由负反馈环路之外引入的,第一级输出的噪声并无减小。

但是,我也有疑虑?为什么静态测量,第一级输出噪声电压为有效值9.909mV,而到最终的输出下降到有效值4.466mV?难道这个噪声电压不会一级级放大吗?目前我自己的理解是:
1.第一级输出的实测阻抗高,导致测量数值大,而最终输出级的输出阻抗偏低,所以测量数值小。
2.示波器设置不当。示波器我是设置为100MHz带宽,应该设置为20MHz,这样就可以排除掉大量的远高于音频范围内的噪声信号,就如同用示波器测量开关电源的噪声和纹波测试方式一样。由于四管前级采用阻容耦合,加上51P电容施加的高频负反馈,和其他旁路电容等因素,这些高频噪声到达最终输出端已经大幅下降,导致输出端噪声测量值小很多。
当然,上面的分析只是我的猜测,需要严谨的证实,也欢迎专业人士解惑。

总结:
上述表格的推算和实测的结果,至少可以说明:
1.采用大阻值电阻对输入信号进行大幅度衰减然后再进入放大器放大,严重地降低了信噪比和动态范围,同时也增大失真。这种方式尽管是四管前级不得不所为,但不是合理的设计,合理的设计是提高第一级输入电压范围。
2.四管前级施加屏蔽只有好处绝无坏处。

【因论坛程序BUG,最后两张图片请读者自行归位,我在帖子编辑中无误,但就是无法让其正常,或者版主可帮忙归位】

补充(兼回复牛骑兵坛友):

1kHz噪声局部-1.png

把第一级输出的1kHz波形做一下简单的标注,可以分析出:
1.从方框放大的局部噪声波形可数出有6个尖峰(实际上每个尖峰不是单一波形,放大细分是一簇,但这里不展开复杂化),这种尖峰噪声对应的频率大致可估算为6kHz左右,并且幅度大,峰峰值为46mV,幅度达到1kHz信号电压幅度的33%,有可能四管前级的沙沙声,对应的就是这种噪声。
2.1kHz的信号波形轨迹很粗,我实际在示波器上展开观察过,没截图,就不上了,表现粗的原因实际上是叠加的大量高频信号,频率远高于20kHz,幅度也达到峰峰值6mV,我认为这就是牛哥说的那部分“有能量贡献”的高频噪声。不管这部分噪声对听感有没影响,从设计和工程的角度来说,最佳的方法是尽可能减少。而四管前级输入对地并没有接人一个高频落地电容加以抑制这些无意义的高频,我也认为是不妥当的。
3.实际上我上述的测试,都是在输入端并入了一个47p电容的到地,否则测量数据更差,方波测试也不好,以后另说。
四管前级-噪声测量-屏蔽盒盖上-1.png
03-第一级输出端测量的底噪.png

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 楼主| 发表于 2018-12-20 23:51 | 显示全部楼层
本帖最后由 cloudfly55 于 2018-12-21 00:31 编辑

四.小功率结型场管的测量与配对(1)
本来想讲讲四管前级中场管工作于什么状态的问题,这就免不了要用到场管的转移特性曲线。其实这个问题在坛子上撕了很久,主要就是纠结在到底是不是工作在预夹断区等。说来好笑的是,这些概念性问题在读书的时候都学过,工作的时候也用过,只是我转行十来年了,再没有接触过这些东西,知识长期不用,就生疏淡忘了很多。就像我的高中物理经常是100分,而前几年初中的女儿问我一道物理题目,我一看这还不容易啊,马上叫女儿解题。第二天女儿告诉我做错了......别笑我,真要你们去做一道小学五年级的数学题,保证难倒好几个。
话说坛子里面众人为四管前级场管工作状态,也就是前面两级放大管到底被偏置在什么区域而讨论争执的时候,我一开始凭过去的知识,结合前两级具体的电阻设置,大致得出了自己的判断。但看多了坛子里的争论,我也对自己的判断有所怀疑。后来在2017年初制作四管前级的时候,调节中遇到低频振荡的问题,当时因为是老工程师极力推荐的电路,有这么多年的历史,制作的人也很多,做成功的人都说好,于是根本没往因为反馈回路因为0.47uF取值不当的问题上想,加上自己对调机有一定经验,很快也跳过了调试中的振荡阶段,四管前级做好就送人了,剩下一块烧了2个退耦钽电容的板子放入抽屉,也就没去深究这个问题。有次偶尔看到坛子里hulx老兄的场管知识普及贴,观点正确,讲解精彩、认真,受教之余,也印证了我最开始的判断。不过之后并没打算继续玩四管前级,而是把精力投入到一款坛友推荐的功放之中。
前一段时间,有个坛友加我,恳请我帮他调试他制作的四管前级。当我收到板子后,本以为半小时的事情,居然折腾了我2、3个小时才查出原因。一开始无论怎么调试,其一个声道输出只有0.35V,一个声道输出为0.72V,远低于我的四管机前级1.44V。因为他之前反复强调,这些管子是美国的朋友制作四管前级成功后,把剩下的管子送给他了,所以我在前面怎么样也调不出来的时候,怀疑是不是其他元件造成的而浪费时间。排除电路板上其他元器件无问题后,最终替换管子,输出电压恢复正常。原来是他的BF245B的问题,很有可能是冒牌管,尽管用万用表和晶体管测试仪测试属于“好“管,但实测转移特性曲线可判断出跨导太低,且其中一只管子还出类拔萃地跨导低,这就是导致输出电压特别小的原因。
经历过这件事后,我突然对测量场管转移特性曲线来了兴趣。对测曲线,我并不陌生,父亲在70年代玩胆收音机(经常帮别人制作),只能去电子管厂的门市上买那种所谓的民用品甚至处理品,父亲与门市上的人很熟了,每次都是买10来个回来,自己测试挑选,再把不理想的管子下次去更换,再测......如此循环,乐不知疲,但父亲给人做的收音机口碑是很好的,声音好,接收信号稳定,管子使用寿命也相对长。从小的耳濡目染,以及后来从事的工作,养成了我自己一旦对某个不清楚的事物有兴趣有疑问就必须要用手段尽可能搞清楚的习惯或者毛病。这个BF245B工作的不正常,让我有兴趣想探究一下,它的转移曲线和我的3DJ7H到底有什么不同?后来还问别的网友要来几只另一品牌的BF245B,进行了一番测试。
测试原理如下图:

场效应管测量原理图.PNG

以上图为参考搭建的测试平台:
场管测试平台1.jpg

测试平台用两组可调IC稳压电源,一组给D级供电,一组给G级供电,
上图左边装有4颗长铜柱,实际上为以后在上面安装另一块测三极管的电路板而预留,反正电源可以通用。
测试管座采用长圆孔针脚,按照三种场管封装方式布局,省得测试不同管子的时候,要掰管脚调整,因为一次很可能测一小批,每次掰开管脚浪费时间,还容易出错。
测试均采用数字万用表读取数据,不推荐采用指针表,每次测试数据要看完指针位置再换算成数值,换挡也不方便,不快速,特别不推荐淘宝上那种几元钱的指针表头,质量堪忧,我一年前买过几个,首先准确度成问题,但最关键的是你挪动多点,指针就有偏移了,可能要重新调零归位,可见质量堪忧。


场管测试平台2.jpg
测试平台侧面照片

场管测试平台3.jpg
测试平台实测场管场景

先上一张我测试自己购买的3DJ7H的数据汇总照片吧。注意,这19只管子(实际上是20个,其中一个是坏的)是我要求卖家按照10mA的IDSS配对了的,这其实很重要,因为以后会说到,场管的选择,如果能在一定的IDSS和Vp(夹断电压)这两个参数下进行选择,就等于是限制了这批管子的曲线斜率,在其中挑选的准确性要高得多,但一般商家只会用快速的方式给我们做初步和粗略的挑选,那就是IDSS这一个参数了,用一个9V电池和一块万用表就可以快速完成的,这也不错,至少把一个参数限制在一个小范围内了,为下一步的挑选和配对缩小了范围。
19只3DJ7H测量汇总.jpg
右边的19根转移曲线是根据左边的测试参数生成的,由于IDSS我要求配对了,可以看出,这19个管子除一个IDSS为8mA的外(绿色线条),其余IDSS大致在一个范围内,没过分的偏差。
关于管子的测试,有很多的东西要讲,慢慢更吧,要睡了,明天周末没时间了,身子和心思都是老婆、女儿的。要下周才能更新了。



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本帖最后由 cloudfly55 于 2018-12-25 21:47 编辑

四.小功率结型场管的测量与配对(2)

首先我测量了一个3DJ7H的41组数据用来进行初步分析,以希望找到某种尽可能简化,又能大致准确得出场管转移曲线的方法。
Vg(V)
0
-0.1
-0.2016
-0.3058
-0.4018
-0.5011
-0.6029
-0.7043
-0.8022
-0.9004
-1.004
-1.201
-1.403
-1.601
-1.722
-1.716
-1.754
-1.787
-1.821
-1.858
-1.897
-1.942
-1.988
-2.048
-2.09
-2.131
-2.142
-2.152
-2.165
-2.179
-2.195
-2.214
-2.238
-2.27
-2.321
-2.336
-2.356
-2.384
-2.433
-2.459
-2.527
Id(uA)
10300
9528
8828
8150
7544
6976
6373
5807
5250
4714
4162
3162
2227
1425
1002
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
150
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
8
6
4
2
1.5
1

由上述数据得到的转移曲线:
41组数据生成曲线.PNG
描绘出管子转移曲线的目的,第一,从曲线中得到场管的具体特征,这比官方技术文档给出的极限数值要直观,第二,得到我们手中管子的实实在在的参数曲线,而不是官方给出的参考曲线,因为生产厂家的不同,和批次不同,同一型号的实际曲线,肯定和技术文档的曲线有一定差异,遇到山寨管,甚至会差异很大,所以这也是比较靠谱的排除山寨管的方法。第三,如果我们想完美配对,给每个管子描绘出曲线,再根据曲线配对,无疑是最靠谱的方法,用简单的配对仪器,往往只能够针对某一个点进行配对,这是远远不够的。
不过,如果每个管子都取值41组数据去描绘曲线,虽然得到的曲线会很准确,平滑。但工作量巨大,如果我能从得到的41组数据中简化到5组和9组数据,得到的曲线和41组曲线区别大不大呢?
5组数据生成曲线.PNG
5组数据生产的曲线


41组数据和5组数据生成曲线对比.PNG
5组数据和41组数据生存曲线的对比

9组数据生成曲线.PNG
9组数据生存的曲线


41组和9组数据生成曲线对比.PNG
9组数据和41组数据生存的曲线对比


41组数据和9组及5组数据生成曲线对比.PNG
5组、9组、41组数据生存的3条转移特性曲线


从以上5组、9组和41组生存的同一个管子转移特性曲线对比来看,其实5组数据生存的曲线尽管稍有偏差,但趋势一致,已经可以作为我们判读管子特性的依据了,而9组数据曲线已经和41组曲线高度重合。所以在具体对管子的实测中,除必须测量的Vds=0V时候的Idss和Id=0(注:实际上是尽可能小,比如我的万用表可以测量到0.1pA精度,但从操作性上考虑,我以Vp在1pA测试为准)时候的Vp外,尽可能根据管子在电路中的工作电流值来进行测试值进行取舍,比如我们判断四管前级第一级工作在100uA左右,那么我们除了必须测量Vgs=0和Vp这两个数据外,其余数据的取值就以Id为100uA为一个参考点,上下偏差一定数值取样进行测试,至于具体取5点还是9点,还是11点,根据个人的时间精力和强迫症严重程度而定。

根据以上的分析,我采用5组数据测试了我的19只3DJ7H,并从其中选得了4对比较配对的管子,图片如下:

6和7对比.PNG

8和10对比.PNG

13和14对比.PNG


16和17对比.PNG

从上面4对管子的曲线接近度而言,其中编号13&14的管子曲线非常重合。其余的三对,在4mA以下重合度也相当高,而四管前级4个管子的工作电流,均在1mA以下。

为验证上述曲线测量的可靠性,我测试了孪生场管2N3958,如果我的测试方法存在问题,那么测试出来的2N3958两条曲线就会存在较大偏差。
下面为2N3958内部两个管子的41组测量数据

2N3958
测量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
管A
Vg(V)
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
-0.9
-1
-1.2
-1.307
-1.386
-1.451
-1.585
-1.657
-1.731
-1.807
-1.887
-1.972
-2.064
-2.165
-2.279
-2.347
-2.422
-2.44
-2.459
-2.478
-2.499
-2.522
-2.546
-2.576
-2.611
-2.661
-2.675
-2.693
-2.717
-2.761
-2.786
-2.918
Id(uA)
3958
3736
3518
3305
3101
2903
2702
2509
2318
2128
1945
1600
1425
1300
1200
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
150
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
8
6
4
2
1.5
1
管B
Vg(V)
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
-0.9
-1
-1.2
-1.308
-1.386
-1.451
-1.585
-1.656
-1.73
-1.807
-1.887
-1.973
-2.066
-2.166
-2.282
-2.35
-2.427
-2.444
-2.462
-2.482
-2.5
-2.525
-2.55
-2.58
-2.615
-2.666
-2.68
-2.696
-2.722
-2.763
-2.786
-2.919
Id(uA)
3959
3735
3520
3313
3104
2900
2698
2506
2322
2126
1945
1600
1425
1300
1200
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
150
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
8
6
4
2
1.5
1


2N3958孪生管转移曲线.png
上图为上述41组数据生存的2N3958管内两个管芯的转移特性曲线,高度、甚至完美重合。
2N3958的测试说明两个问题,首先,我的测试方式是可行的,其次,网上有种关于对孪生管的说法,说孪生管的参数也不一定配对,至少通过这次实实在在的测量,2N3958孪生管还是可信的。

以下为自问自答:
1.得到测试数据后,上述曲线是怎样生成的?
答:采用电子表格软件自动生成,具体方法请度娘。
2.四管前级场管需要配对吗?
答:不需要,但建议配对。上述测量并不是为了四管前级配对而做,而只是对场管的性能参数进行的一种了解。不过既然筛选出四对可以配对的管子,我就把左右声道的管子进行了配对使用,比如,每一对配对的管子我就用在左、右声道的同一级。这样做的好处是调试好一个声道,另一个声道可参考后快速调节好。不过个人认为管子配对后装配,最大的好处还是左右声道的一致性吧,包括声音方面的。而这种测曲线来配对的方法,对于做差分电路,更有意义。
3.Idss很好测,就是Vgs=0V的时候测试值。是不是这样?
答:又是,又不是。结型场管是存在PN结的,所以同样受温度影响。因此,在我们将Vgs=0时测量Idss值,可以说管子是处于最大的工作电流的状态,这时候管芯温度升高速度比在小电流测量时要快得多,导致Idss读数快速下降,让人取值无所适从,我测量Idss的方式是:先不上测试管,而把Vgs调到0V,然后关闭测试台电源,插上场管,再通电,迅速读取数字万用表测得的数值,这才是管子还没有受温度影响得到的数值(理论上,要抬杠当然分析得出万用表测试有滞后)。
4.Vp(夹断电压)不应该是Id=0A测出的电压值吗?
答:理想状态下,Vp对应的Id应该为0A,实际上测试中做不到,所以厂家给出的Vp有一个对应值,比如2SK30是0.1uA,BF245B是10nA,2N3958是1nA,这是测试实验室对应的技术水平和测试人员的测试观念造成的,实际上具体对应的数值多少对我们影响不大。由于我的四位半万用表最小测量精度只能达到0.1uA,且这时候调整可调电阻非常的不方便控制,所以我的测试中把Vp夹断电压定在1uA,且也远离100uA级别,已经足够实用。
5.我可以三天打鱼两天晒网地测量一批管子吗?
答:严重不建议,特别是需要配对的情况下,除非你有恒温条件,可以在每次测量的时候,控制好环境温度在同一温度下。因为,结型场管,和三极管一样,对温度同样敏感。同时,最好测量的时候在2小时内完成,记录参数的时候,最好标注是在什么温度下进行测量的,方便以后的参考。
6.你测试的转移曲线是在Vds=10V下得到的,但四管前级每一个管子的Vds不同,这样的测试曲线可靠吗?有实用价值吗?
答:可靠且实用。大家注意到,厂家给出的结型场管曲线几乎都是Vds=10V条件下给出的,为方便对比,所以我也采用10V这个数值。但这不是唯一的原因。最主要的原因是,结型场管的特性决定了不同Vds下测量出的曲线,极其和Vds=10V得到的曲线极为接近,并且类似于平行线,所以,测出10V这一条就足够可以判读出这个管子的不同状态下的特性,比如不同Id电流区段的不同跨导特性,无论你用那种Vds测量,同一个管子都是一样的。
7.这种曲线测量很费时间吗?
答:看你怎么想。如果做好准备,也通过对一个管子的测试熟悉了整个过程,然后选取了需要测试的数据组为几组,实际上我测试20个管子需要的时间不会超过半小时。我个人认为,在业余条件下玩DIY,在设备有限的时候,利用手中的万用表和自制测试平台测试管子,然后对管子做到心中有数的筛选,对以后的DIY制作过程的帮助是很大的,也能避免走一些弯路,节约的时间比对管子测试是时间,或许更合算吧。当然,最大的好处是,经过你的手亲自测量的管子,它的参数和特性,不再是手册上冰冷冷的数据,而是带有你温度的实实在在看得见的曲线,你买回来的管子经过测量,到底里面有那些是出色的,那些是堪用的,那些是绝配,这时候你心中有数,怎么用好它,你就心有成竹了啊。
8.测试结型场管用的万用表,需要几个?非要数字万用表吗?
答:两个就可以,推荐数字万用表。先固定并测量好Vds=10V后,就不需要测试Vds了,一块万用表测Id,一块测Vgs。为保证读数的快速性,这时候数字万用表就体现出优势了。其次,对于微弱到1uA级别的电流测试,一块质量较好的数字万用表是应当好过普通的指针表的。随着测试电流的增大和结型场管的温度特性影响,测出的数值会慢慢变化,所以我们读数不应过份犹豫拖拉,而应该果断快速。
9.你怎么没给出测试电路?
答:不是不给出,是太简单没有画。上一贴给出了测试原理图,我花一小时用洞洞板搭出,所以也没有画电路图。实际上就是用我手上的LM317和LM337(非必须,我因为只有一块LM317,就用了LM337)做成2个稳压电源,注意,是完全独立的两组电源,从变压器绕组就开始独立。一组正电源调到10V给DS供电,一组正电源(或者负电源)调到5V接一个20K的多圈可调电阻,其中的动臂接栅极,给栅极供电,方便调节Vg,注意,测量N管,栅极需要接负电压。这个测试电路以后会进行改进,也会加入测量三极管的板子,所以懒得画图了,以后完善了,再另开帖子细说吧。10.既然商家对管子的测试不靠谱,我买管子的时候要向商家提出配对要求吗?
答:无论场管还是三极管,如果可以提配对测试要求并收费不高,提配对要求比不提要好,因为至少经过商家的粗略测量,已经把你要买的这批管子在一定范围内缩小了差异,从而让我们配对成功的概率得到提升。只不过,依然需要一定的采购数量,且配对成功概率和采购数量成正比。











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好,楼主辛苦了。

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发表于 2018-12-18 17:34 | 显示全部楼层
.. . . 原來有些關係~

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发表于 2018-12-18 17:48 来自手机端 | 显示全部楼层
可否做成分立耳放

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发表于 2018-12-18 17:54 | 显示全部楼层
LZ辛苦了,这些资料居然都可以找到,佩服!

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发表于 2018-12-18 18:11 | 显示全部楼层
当初我是计划写这么一篇的,因为前一篇搞的太累,并没起到预期效果,以至后来彻底死心。看好你!

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 楼主| 发表于 2018-12-18 18:36 | 显示全部楼层
hulx 发表于 2018-12-18 18:11
当初我是计划写这么一篇的,因为前一篇搞的太累,并没起到预期效果,以至后来彻底死心。看好你!

以后我讲述四管前级选管的时候,会专门讲到你发的那个讲述场管的帖子,很好的帖子啊,是坛子上(甚至国内网络上)讲结型场管最全面也正确的帖子,可惜识货的人不多!

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 楼主| 发表于 2018-12-18 18:46 | 显示全部楼层
592657820 发表于 2018-12-18 17:48
可否做成分立耳放

耳放?四管前级的噪声会让你发狂

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发表于 2018-12-18 19:01 | 显示全部楼层
本帖最后由 HWF 于 2018-12-18 19:05 编辑

很好,辛苦了,视频中的钢琴曲《逆爱的梦境》很好听!

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发表于 2018-12-18 20:37 | 显示全部楼层
期待,零件都准备好了,有好结果就动工。

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发表于 2018-12-18 23:07 | 显示全部楼层
哦呦呦,理出这么多东西,考古学家

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发表于 2018-12-19 00:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 patch 于 2018-12-19 00:25 编辑

楼主对弱信号放大理解有误,放大器耗电少应属于微功耗放大器。管子工作电流小与适合不适合弱信号放大没有什么关系。

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发表于 2018-12-19 00:35 | 显示全部楼层
我第一次看到这个电路就觉得这个电路很古老,但是今天看到了原电路,是觉得区别蛮大的。在今天的技术条件下玩这个电路有一点点玩胆机的意思。

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开关那买的,漂亮~

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发表于 2018-12-19 08:20 | 显示全部楼层
低频振荡原因是新发现,是否传抄过程中的某一位笔误了也有可能,估计设计者不会出现这种失误。现在看来要找到这个电路的源头。

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 楼主| 发表于 2018-12-19 10:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 cloudfly55 于 2018-12-19 10:33 编辑
hulx 发表于 2018-12-19 08:20
低频振荡原因是新发现,是否传抄过程中的某一位笔误了也有可能,估计设计者不会出现这种失误。现在看来要找 ...


不排除最开始手误的可能,但目前我不认为是手误。印象中坛子上有一张手画的线路图,当时liushuliang先生传不上,最后是发邮件给坛友传上论坛的(也许我记错),为了看看是不是手误,刚才用百度图片搜索四管前级图片,还是没找到,但却无意中找到一张坛友bnm发表的一个帖子(http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... 240&ordertype=1),其中他就把负反馈电容进行了修改。

只是这个有价值的尝试,并没什么人关注罢了。
如果是手误,10年的时间啊,怎么没想到而不更正?很多人在反映四管前级调试时候的抖动时,理应想起这个“手误”的。
我的理解是,这个电路是用场管仿胆机唱放而来的,其耦合电容的取值就参考了胆机唱放,但有一点没考虑清楚的是,胆机前级的负反馈电阻在数百千欧,采用0.47uF的电容带来的总阻抗变动不大(不会是数量级的关系),是没有问题的,但用在场管上,负反馈电阻降低为47k问题就凸显出来了。

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发表于 2018-12-19 10:36 来自手机端 | 显示全部楼层
lz厉害,终于有人实践了三级放大电容耦合之间转折频率尽量避免重合,其实还有高频也一样

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发表于 2018-12-19 10:41 | 显示全部楼层
cloudfly55 发表于 2018-12-19 10:25
不排除最开始手误的可能,但目前我不认为是手误。印象中坛子上有一张手画的线路图,当时liushuliang先 ...

能否正負15V 工作 ? 望樓主提供一下

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 楼主| 发表于 2018-12-19 10:47 | 显示全部楼层
martymak 发表于 2018-12-19 10:41
能否正負15V 工作 ? 望樓主提供一下

这种电路用正负供电没有意义,音质上也无改善
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