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发表于 2022-6-19 15:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 jingli999 于 2022-6-19 18:38 编辑

    本人逐渐尝试了多种电子管和晶体管的复合形式,今天把其中一个比较有意思的组合整理出来与大家分享。电路简单,效果不错,可以极低成本体会胆石复合的魅力。

    此电路为单端牛出的无环路负反馈结构,目前实测可用输出功率约9W,且失真在4.7%左右。此电路具备与EL34、KT88等主流单端胆机电路(三极管接法)相提并论的输出功率和声音素质。

    严格的说,这个电路还不是一个完整意义的功放;实际工作时,还需要一个良好的推动级。因为使用到电子管的A2工作状态,所以不可避免的产生栅流,给驱动电路带来挑战。经过尝试,能良好推动低阻耳机的耳放、声卡或者高素质的前级就能胜任。鉴于很多人手里都有类似可以做推动级的器材,我就节省一点篇幅吧;期待有朋友能针对性的设计出优秀的推动级!

一、        电路概况:

6n3 npn.jpg

图中:
    电源电压B1=70V,静态电流0.4A。

    输出牛初级阻抗170Ω、直流电阻约11Ω、电感量约0.6H(&100Hz)。

    关于输出牛的详细情况见另一帖子(实测中使用原装铁芯):bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1484510

    R1的作用是让栅极获得偏压,以及做推动级电路的负载,可以根据推动级的输出能力来调整。R2的作用是产生、调整6N3栅极的偏压,以获得比较理想的工作点。

    这些参数不是完全根据输出特性曲线设计的,为了利用手头现有元件占重要因素。

    我使用一个运放+BUF634输出的便携数播推这个电路,声音有模有样;音量由数播控制。测试电路是地摊搭棚的,超级简单。

IMG_20220606_095421.jpg

IMG_20220606_095129.jpg

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 楼主| 发表于 2022-6-19 16:00 | 显示全部楼层
二、实测结果:

输出牛次级接上7.5Ω电阻负载,输入端接信号发生器,再结合示波器、毫伏表一起实测的工况如下:
(黄色为输入信号,蓝色为输出信号)
1、        输出约2W时

输出约2W.png

输出约2W 失真.png

2W.jpg

从实测结果来看,2W输出时的失真有3.6%左右,主要是偶次谐波失真,可以看见,输入信号的失真度也显示有0.4%左右。所以对于这类廉价仪器的读数,大家看个趋势好了!

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 楼主| 发表于 2022-6-19 16:04 | 显示全部楼层
2、        输出约9W时:

输出约9W.png

输出约9W 失真.png

9W.jpg

    9W输出时,失真有4.7%左右,主要还是偶次谐波失真,输入信号的失真度也达到1.3%左右。这是因为信号发生器有一定的输出内阻,栅流的出现引起了信号发生器输出的波形畸变。从另一个角度来看,如果推动级电路的驱动能力更强,该电路在输出9W时的失真度会更低。

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 楼主| 发表于 2022-6-19 16:07 | 显示全部楼层
3、        输出约13W时

输出约13W.png

输出约13W 失真.png

13W.jpg

    13W输出时,失真有9.5%左右,奇次谐波失真明显超过偶次,输入信号的失真度也达到2.5%左右。输出信号的削波不是由于输入信号的失真引起的,应该跟复合电路的输出特性曲线有关了。实际上,适当提高供电电压,改变静态工作点,可以改善此功率输出时的失真。

    综上述,这个电路如果能有良好的低内阻的推动级驱动,选取更好的工作点和更加匹配的输出牛,达到13W输出,同时保持5%以内的失真是有可能的。也许还能更好。

    频响方面,对比相近功率的单端胆机,应该属于中上水平。这可是没有环路负反馈的结果!

    听感,仍然是电子三极管单端牛出功放的魅力!没有环路负反馈的声音鲜活、亲切、开扬、润泽!

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发表于 2022-6-19 16:33 | 显示全部楼层
建议尝试一下场管,因为不需要驱动电流理论上只要是维持驱动摆幅即可,但是实际中考虑到场管的栅极米勒电容的影响问题也不大远比这种晶体管容易驱动的多,因为我也做过类似的功放效果还可以,但是后来被骂不伦不类只是做了十几台就停产放弃了

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 楼主| 发表于 2022-6-19 19:48 | 显示全部楼层
火星计划2009 发表于 2022-6-19 16:33
建议尝试一下场管,因为不需要驱动电流理论上只要是维持驱动摆幅即可,但是实际中考虑到场管的栅极米勒电容 ...

    非常感谢火星大师亲自捧场!

    惭愧!我不是不想做电子管复合场管的电路,只是受困于知识不够,难以解决场管被电子管驱动过程的各种问题。还请您不吝赐教!

    电子管是电压控制的电流输出器件,场管也是电压控制的电流输出器件,这两者在结合的过程中,必需把电子管输出的电流转换成控制场管的电压。每当想到这个环节,我就晕了,需要考虑的因素太多:电子管的输出内阻和输出电位、场管输入电容和栅极电位、电子管的输出电压摆幅、场管的跨导,还要顾及频率特性的变化……真不是我这样的学识能够摆弄清楚的!
    如果是电子管与BJT晶体管复合,晶体管是电流控制的电流输出器件,电子管的输出电流直接注入晶体管的基极,而晶体管的集电极输出电流遵循Ic=Ib×hFE,整个过程没有复杂的变换,在我的理解范围之内。所以我主要还是玩电子管复合BJT晶体管;电子管复合场管也玩过,弄响了,但是一直没有深入。
    至于有人骂一个声音好听的电路结构,就让他们骂好了,应该不会影响这个电路的参数和声音素质;每个人都可以表达各自的观点,只是骂人的行为显得不那么优雅。

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发表于 2022-6-19 20:33 | 显示全部楼层
R1过载了!这种复合电路早期老毛子一个烧友有玩过,老田论坛有他发布的组合测试曲线。只可惜,那个论坛关闭了

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发表于 2022-6-19 20:58 | 显示全部楼层
首先建议,阴极的电阻转移到发射极,通过调整其大小让6N3获得合适的偏压,避免这个电阻因基极电流的变化产生额外的失真。另外根据晶体管电流的变化,反推到6N3需要的推动电流的变化,以其70V的供电,是很难提供出的,而且当屏极接到集电极时产生强烈的反馈,晶体管最需要推动电流的时候,6N3的屏极电压竟然是最低的时候,这怎么能不出现削波呢?所以另外一个建议是6N3屏极单独接正高压,70V不足时还可以再高一些。最后一个建议是,6N3的驱动电流实在是余量不大,建议再整个小功率高贝塔晶体管复合一下,或者干脆找个达林顿管试试。
6N3-2SC.png

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发表于 2022-6-19 21:24 | 显示全部楼层
有这样的胆石复合A1电路吗,可否分享?

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 楼主| 发表于 2022-6-19 22:00 来自手机端 | 显示全部楼层
本帖最后由 jingli999 于 2022-6-20 06:36 编辑
giovanni 发表于 2022-6-19 21:24
有这样的胆石复合A1电路吗,可否分享?


您查询本人的帖子,或在本坛搜索“13DR7”、“ECH83”这两个电子管的型号,应该能找个两个A1类胆石复合的实例。

昨晚手机用回复的,编辑不便,还是直接上链接吧:

http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1470628

http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1442708

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发表于 2022-6-19 22:15 | 显示全部楼层
jupeter 发表于 2022-6-19 20:58
首先建议,阴极的电阻转移到发射极,通过调整其大小让6N3获得合适的偏压,避免这个电阻因基极电流的变化产 ...

改 成  6N3 屏级单独接高压,    那整个电路输出级和以前 的晶体管单端牛输出 就没有什么不同了, 电流放大级的曲线就是  晶体管的曲线了  


电子管+ 晶体管 复合 的方式  就是想让晶体管的曲线象电子管靠拢,  模拟电子管的曲线特性

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发表于 2022-6-19 22:20 | 显示全部楼层
jingli999 发表于 2022-6-19 22:00
您查询本人的帖子,或在本坛搜索“13DR7”、“ECH83”这两个电子管的型号,应该能找个两个A1类胆石复合的 ...

多谢提供分享!

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发表于 2022-6-19 22:53 | 显示全部楼层
nnrainbow 发表于 2022-6-19 22:15
改 成  6N3 屏级单独接高压,    那整个电路输出级和以前 的晶体管单端牛输出 就没有什么不同了, 电流放大 ...

那就复合一个高贝塔的管子或者复合一个达林顿管子吧,否则驱动电流跟不上。

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发表于 2022-6-19 23:27 | 显示全部楼层
这样能否获得电子管输出特性?如果能就简单了
image.jpg

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 楼主| 发表于 2022-6-20 06:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 jingli999 于 2022-6-20 08:34 编辑
jupeter 发表于 2022-6-19 20:58
首先建议,阴极的电阻转移到发射极,通过调整其大小让6N3获得合适的偏压,避免这个电阻因基极电流的变化产 ...


感谢朱老大的关注!

    R2放到晶体管的发射极是可以,放在基极是为了方便微调栅压以应对电子管和晶体管的个体差异。欧姆级别的大功率电阻,想更换阻值比较困难,100欧姆级别的小功率电阻更换阻值会比较方便。而且,R2在发射极可以进一步减小电路的失真;如果电子管和晶体管的配对良好,电源电压等数值精确,R2放在发射极的确有优势。

    从您观察胆石复合电路的角度得出上述一系列结论是正常的,但是可能不够完全;后面我会分别引入电子管、电子管与晶体管复合电路的输出特性曲线来阐述这个问题,希望能够更真切的反映胆石复合电路的实质和优势。到时再请您指点!

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 楼主| 发表于 2022-6-20 07:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 jingli999 于 2022-6-20 07:55 编辑
FU81 发表于 2022-6-19 20:33
R1过载了!这种复合电路早期老毛子一个烧友有玩过,老田论坛有他发布的组合测试曲线。只可惜,那个论坛关闭 ...


R1谈不上过载,因为6N3的栅极阻抗在+3V栅压时是大约300Ω,所以我放一个300Ω的栅地电阻在这里,是为了平衡推动级的正负半周负载。即便如此,从推动级来看,信号负半周的负载阻抗为300Ω,正半周的负载阻抗最低150Ω(R1与栅极阻抗并联,且随栅压改变)。这样的负载阻抗变化,我一时还想不出什么更合适的驱动电路,只好用耳放来推

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 楼主| 发表于 2022-6-20 08:28 | 显示全部楼层
本帖最后由 jingli999 于 2022-6-20 08:52 编辑
swsw4321 发表于 2022-6-19 23:27
这样能否获得电子管输出特性?如果能就简单了


    您这个图,还是电子管、场管各干各的活;信号虽然流经电子管,但是末级的场管依然任性的按照自己的输出特性曲线工作。出来的声音,应该会有一点电子管的痕迹,总体上还是以场管为主。

    我来打个比喻:

    一道菜是否做得好,关键是谁掌勺。在所有前置工序(食材选择、炮制、刀工……)都基本合格的情况下,掌勺的厨师决定最终菜品的质量。当然,如果掌勺厨师参与前置工序,整体质量会更有保障。

    在我的认知里,功放的声音特性主要由末级功率管决定,就是说负责推动喇叭的末级功率管是掌勺的。

    电子三极管就是一位得到大家认可的掌勺名师,直接使用大功率的电子三极管做末级功率管的功放音质颇有口碑。如果只让电子三极管参与前置工序(胆前级、推动级),菜品质量虽有一定保障,但是肯定不如电子三极管亲自掌勺(在末级参与喇叭的推动工作)。

    本贴提及的胆石复合电路,就是通过巧妙的连接组合,将电子三极管掌勺的手艺赋予晶体管,让胆石复合电路具备与电子三极管相同形态的输出特性曲线,实现一个小功率电子三极管和一个大功率晶体管复合之后,等效于一个大功率的电子三极管。

    胆石复合电路用在功放的末级,就相当于电子三极管亲自掌勺。虽然不敢说最终的音质跟真正的大功率电子三极管完全一样,至少是有极高的相似度;且内阻低于常见电子三极管一到三个数量级,栅极驱动电压要求低;从线性角度而言,某些条件下还会超越电子三极管。

    不知这个比喻是否恰当,敬请各位高手斧正!

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 楼主| 发表于 2022-6-20 20:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 jingli999 于 2022-6-20 20:18 编辑

曲线比较.jpg

    上图分别展示了6N3、6N3与2SC55200复合之后的输出特性曲线,两者形态几乎一致。我们可以把电子管和晶体管复合之后当做一个元件来看待,即一个具有高输入阻抗、高线性、大电流的压控电流输出器件,且具有电子三极管典型的不饱和特性。

    观察得更细一点,会发现复合电路在正栅压部分的曲线会比6N3原始曲线的线性更好。

    在这个晶体管与6N3电子管复合的实例中, A2状态下复合电路的线性得到了改善。其原因应该是栅流和阴极电流同时注入晶体管基极,扩展了晶体管集电极的电流;A2状态下栅流的出现,在一定程度上弥补了6N3电子管A2曲线区域压缩的问题,最终改善了复合电路的线性。


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发表于 2022-6-20 20:38 来自手机端 | 显示全部楼层
我不认同这种复合接法可以使晶体管产生电子管的特性,这种电路如果说音质好,有两个方面的原因:1、晶体管单端也是偶次谐波较多,音色会丰厚一点。2、对于晶体管电路,影响听感的高次谐波源于PN结失真,消除这种失真的办法,就是对晶体管进行恒流驱动,电子管驱动正好相当于恒流驱动,使之失真减小……。

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 楼主| 发表于 2022-6-20 20:39 | 显示全部楼层
按照现有的元件参数,画一下工作点和负载线吧:

工作点A.png

理论工作点“A”在66V/0.4A(输出牛初级有大约4V压降),负载线为170Ω,栅极偏置电压约-0.1V。

实际工作点在66V/0.4A,负载为170Ω,栅极偏置电压约-0.21V。这个偏置电压由R2产生;R2的加入,应该对电路的曲线稍有影响,在此先忽略不计。

这个偏置电压的差异应该来自于电子管和晶体管的个体差异;我通过调整R2的阻值,把两个声道的静态电流都调整到0.4A。因为个人觉得,充分利用好输出牛和输出特性曲线的线性区域是首要考虑的;栅极偏置电压的差异不影响大局。

在上述理论工作点,当输入信号峰峰值电压在Vpp=5.2V(即Vrms=1.84V)时:
输出功率=(0.76-0.09)×(119-7)÷8=0.67×112÷8=9.38W
失真度={0.5×(0.76+0.09)-0.4}÷(0.76-0.09)={0.425-0.4}÷0.67=3.7%
电源效率=9.38÷(70×0.4+2)=31.2%   (2W为电子管灯丝的功耗)

理论计算的数值与前面3楼的实测结果非常接近。电源效率也超过很多电子管单端功放。
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