ECH83低压单端耳放/前级，STC电路架构，得电子三极管真髓的声音！

jingli999

    这是一套有历程的作品，渊源于本人去年的一个帖子：bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1394151，道路曲折，经历了大量的摸索和验证。当时获得了33V、0.11A电源消耗时，每声道0.5W的输出能力和良好的音质（失真约3.6%，主要为偶次谐波）。毕竟拥有高灵敏度音箱的人不多，所以这个电路应用于耳放和前级是更好的选择。

    这个电路图就是在单端牛出电路的改进。在有输出牛的前提下，于输出牛的次级通过电容引出内阻比较大、但是频响更好的信号，可以较好驱动32欧以上的耳机。延时电路是防止开机时输出电容充电引起的冲击噪声。如果负载接在输出牛的次级是不需要延时电路的。
    我们比较一下相同输出功率时，输出牛次级和初级的频响。
    下图为输出牛次级接7.5欧电阻，输出功率0.5W左右时测得的频响（约50Hz~20KHz -1.5dB） ：


    下图为输出牛初级测得的频响（约50Hz~40KHz -1.1dB）：


    明显可见，在输出牛初级的频响更宽。输出牛是驱动喇叭这样的低阻负载不得已的办法，很考验输出牛的素质。虽然实测频响稍窄，但是这款JENSEN牛的听感还是很平衡的。从输出牛初级取得输出信号推我的600Ω DT990耳机，效果非常好。实际上无论初级、次级，32Ω~600Ω的耳机都可以接上去听听，选自己最喜欢的接法吧！
    推动较高阻抗负载时，失真会随着阻抗增加而迅速减小；降低输出功率时，失真也会随之减小。实现失真低于1%是很容易的，详情后附。

jingli999

    如果手头没有合适的输出牛，可以试试简化的电感输出结构，电路如图：


    也就是去掉了楼上电路图的输出牛次级。用一个电感做负载，虽然无法驱动好低阻喇叭，但是驱动耳机、做前级都是没问题的；成本也大大降低了。
    做前级的话，输出电容可以选小一点的容量。
    选择电感的范围也很宽，我的经验是标称300mH~600mH，过流0.1~0.5A的都合适。电感量太小，低频会稍欠；超过600mH，则低频没有太大改善，而成本剧增。

jingli999

    再简化一点，可以用一个电阻来代替电感做负载，电路如图：


    该电路驱动阻抗为100欧以上的耳机比较好，输出电容的取值根据听感调整吧，如果做前级使用，电容还可以减小。负载电阻R5的值可以根据实际情况来选取，大致在100~300欧的范围。电源电压可以适当取高一点，比如36V，因为R5上有较大的压降。电阻负载电路的频响在音频范围内非常平直！就是电源效率低些，做前级或推高阻耳机都不错。
    电阻负载的频响如下（约20Hz~40KHz  -1dB）：


    再扩展一下，如果用一个简单的恒流源替代R5，也是一个好玩法。

初烧小子

d1是什么型号的二极管？而且动态电阻很低，不用并电容了吧

魔幻蓝天

電路圖要花時間才看明白,但是喜歡樓主喜歡專研的精神,

jingli999

初烧小子 发表于 2020-6-14 19:57
d1是什么型号的二极管？而且动态电阻很低，不用并电容了吧

您是有心之人  D1根据不同的电源电压和晶体管的Hfe来选定，目的是让电子管获得合适的负偏压，让末级获得合适的静态电流。D1在33V电源电压时，可以用一只绿色的LED；在24V电源电压时，用两只1N4148串联。关于D1并联的电容，实践的结果还是并上好。这些问题我原打算在后面调试环节详述的。

甩毛飞

魔幻蓝天 发表于 2020-6-14 23:27
電路圖要花時間才看明白,但是喜歡樓主喜歡專研的精神,

是啊，这样画的电路图有艺术感，但连接的位置觉得像有些复杂电路图的总线汇聚点

jingli999

魔幻蓝天 发表于 2020-6-14 23:27
電路圖要花時間才看明白,但是喜歡樓主喜歡專研的精神,

感谢您的关注。其实STC电路架构的大功率实验版本我已经可以做到19.3W输出，失真2.6%，频响30Hz~20KHz -1dB，声音不错的说！还在慢慢调试整理中。先把这个小功率的拿出来与大家分享

jingli999

甩毛飞 发表于 2020-6-15 10:18
是啊，这样画的电路图有艺术感，但连接的位置觉得像有些复杂电路图的总线汇聚点

用微软的办公软件VISIO画的，非专业电路图软件，但是有点特色。

初烧小子

jingli999 发表于 2020-6-15 08:45
您是有心之人  D1根据不同的电源电压和晶体管的Hfe来选定，目的是让电子管获得合适的负偏压 ...

绿色led，大约1.8v左右吧。两个4148，要低一些，大约1.4v左右。
这些复合管，变频管一般没有曲线图（指放大用的特性曲线图），而且是遥截管，用的人很少，所以很便宜。

初烧小子

我手上有一些ech81、ech83、ech84，还没相好怎样用。

初烧小子

再看了下电路，原来是屏极接到阴极，234栅做屏极，当三极管用的。

初烧小子

有没有试过用当5极管做放大，飞利浦pdf文档上有参数的。

jingli999

初烧小子 发表于 2020-6-15 11:25
绿色led，大约1.8v左右吧。两个4148，要低一些，大约1.4v左右。
这些复合管，变频管一般没有曲线图（ ...

    图示仪是个好东西！虽然手头的图示仪只能测36V以内的曲线，但是对付这个电路足够了！
    先看看ECH83三极管部分的输出特性曲线：


    再看看ECH83三极管部分接上一只Hfe=100的晶体管，成为STC复合架构之后的输出特性曲线：


    看到这样的曲线，所以我在标题里说：“得电子三极管真髓的声音”。这样的曲线不就是相当于一个低压大电流的电子三极管？有空拿去对比一下我们常用的BJT和MOS管输出特性曲线吧！据我所知，另有VFET管还能有这样形态的曲线，可是不易买到。这样的不饱和特性决定了它们特有的音质！
    都说电子三极管单端电路的声音好听。我的理解：不仅仅在于电子三极管对声音的润色，更在于电子三极管特有的不饱和输出特性，可以给负载更合理的驱动。所以，那些仅仅让音频信号经过电子管的放大电路只能让音色稍有电子管的滋味；唯有以电子三极管的输出特性直接驱动负载的电路才能充分领略电子三极管的好声音。
    常见的以电子管作为末级驱动元件的耳放，大多是走高电压（>100V）小电流（<100mA）的路子，再通过输出变压器进行阻抗变换后驱动耳机。我不否认高压小电流的工作状态最能发挥电子管的优势。但是这个电路，可以不需要太高的电压，不需要太大的成本，就能听到电子三极管单端的好声音。
   
    顺便放上ECH83七极管部分G2、3、4并联做阳（屏）极的输出特性曲线：

jingli999

初烧小子 发表于 2020-6-15 12:40
有没有试过用当5极管做放大，飞利浦pdf文档上有参数的。

    当五极管用也没问题，只是整体增益更高了，似乎用不着。先看看目前电路的增益情况吧，我测量了下图各点的信号幅值。

   
    上图电路的开环状态下（不接R4）各关键点的电压增益，在无负载时，A点为53mV，B点为167mV，C点为2V。且失真小于0.5%。此时给输出端加一个100Ω的负载，输出电压跌落至1V左右，但是失真也没超过1%。
    可见，电路的增益已经非常大，开环使用时甚至需要对输入信号做适当的衰减。其实，明眼的人应该能看到，如果去掉前面七极管部分的放大电路，从B点输入信号，其增益和输出信号幅度也足够。但是，我依然推荐在这个电路中使用两级放大，哪怕需要对输入信号做一点衰减，是有原因的。（待续）

初烧小子

有图示仪就是好，特别是对这些没有曲线图的管子。

魔幻蓝天

jingli999 发表于 2020-6-15 10:52
感谢您的关注。其实STC电路架构的大功率实验版本我已经可以做到19.3W输出，失真2.6%，频响30Hz~20KHz - ...

多從原理上說說

初烧小子

jingli999 发表于 2020-6-15 10:52
感谢您的关注。其实STC电路架构的大功率实验版本我已经可以做到19.3W输出，失真2.6%，频响30Hz~20KHz - ...

19w，大部分的箱子都能推动了，支持发出来。

初烧小子

19w版本前面的管子能透露下是什么型号吗？提前屯几个。。。

jingli999

魔幻蓝天 发表于 2020-6-15 19:49
多從原理上說說

自己折腾过程中有一点体会，打个比方：
    电子三极管就是一个优秀的书法家，书法家写的一手好字就是电子三极管理想的输出特性曲线。晶体管就是我，写的一手烂字（输出特性曲线一般）。如何让我立即写出书法家一样的好字？
    如果临摹，艰难而生涩，结果顶多是形似而神不似；这好比一般的前胆后石电路，胆石之间只有信号的递进，并没有输出特性的传承；后面的晶体管虽然放大来自电子管的信号，但是难以按照前面电子管的输出特性曲线来驱动负载，基本上还是按照晶体管的输出特性曲线来工作。
    如果书法家亲自握着我的手写出来的字，一定是形神兼备，跟书法家直拿笔接写的字基本一样。这就是STC复合电路架构的最关键特征——复合管可以基本传承电子三极管的输出特性曲线，甚至线性更优（因为有内部负反馈机制）。