用6N3复合晶体管制作的A2类9W单端牛出电路

jingli999

草原天籁 发表于 2022-6-20 20:38
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 ...

感谢您的质疑！我只是把自己摸索过程如实展示给大家。晶体管是晶体管，电子管是电子管；但是电子管与晶体管复合之后，自有其独特的性能。

18楼已经给出了输出特性曲线。如果看到18楼曲线的对比，还没有什么感觉，可能会错过这个电路结构的美好。

20楼的负载线已经给出了偶次谐波的成因。

实际上在这个电路结构中电子管阴极输出的电流是随栅极输入信号变化的，并非恒定。恒流驱动从何谈起？

或者我的理解有误，请您明示！

jingli999

再看看复合电路的栅流曲线：



    从栅流曲线可以看到，如果用到+3V栅压，最大栅流约10.2mA，相当于只有300欧左右的栅极输入阻抗。本以为应付这样的栅流应该在普通运放（比如5532）的输出能力之内；实践的结果是如果直接用5532运放来做推动级，虽然输出波形看不出什么缺陷，但是音质略有拘谨、干涩。尝试使用一个运放+BUF634输出的数播来做驱动，声音立即开扬、润泽。看来，充分的驱动对电子管的A2应用非常重要！

初烧小子

不错的实践，学习了

草原天籁

jingli999 发表于 2022-6-20 20:53
感谢您的质疑！我只是把自己摸索过程如实展示给大家。晶体管是晶体管，电子管是电子管；但是电子管与晶 ...

不是质疑，我是从好声的角度，去分析它的原理，一个器件的特性和一个电路的特性是不同的，“复合”结构的特性是电路特性，不是末级晶体管的特性！至于晶体管的恒流驱动，可以参考有关电子电路分析类书籍，好了，我不再讨论这个话题。

jingli999

草原天籁 发表于 2022-6-21 07:48
不是质疑，我是从好声的角度，去分析它的原理，一个器件的特性和一个电路的特性是不同的，“复合”结构的 ...

好声音是我们的共同愿望，至于是通过器件特性实现还是通过电路特性实现，并不成为障碍。在我的论述中一直强调，可以把电子管与晶体管复合电路当做一个全新的压控电流输出器件来理解。

晶体管的恒流驱动？这个概念我理解不透。BJT晶体管是流控电流输出器件，如果输入电流恒定，那么输出电流也是恒定的，早些年我学的Ic=Ib*hFE这个公式最近没有改吧？输入输出电流恒定之后，输出端怎么随着输入信号变化，完成放大作用？

看来，我还要深入学习！

补充内容 (2022-6-22 21:13):
经过向坛友梁兼栋先生请教，他指出：您想表达的“晶体管的恒流驱动”，应该是BJT晶体管的电流源驱动，区别于BJT晶体管的电压源驱动。在电流源的驱动下，有利于克服基极/发射极之间P/N结的非线性失真。

老爷车

jingli999 发表于 2022-6-21 08:31
好声音是我们的共同愿望，至于是通过器件特性实现还是通过电路特性实现，并不成为障碍。在我的论述中一直 ...

胆跟石复合后，其特性跟IGBT是不是有些类似。

jingli999

老爷车 发表于 2022-6-21 10:57
胆跟石复合后，其特性跟IGBT是不是有些类似。

看来兄弟理解一部分了，可喜可贺！实际上，IGBT相当于MOS晶体管与BJT晶体管的复合电路，从结构上看MOS晶体管相当于胆石复合电路中电子三极管的位置，而BJT晶体管都是用作电流输出的。

最终的输出特性差别在于：IGBT的输出特性曲线形态近似于MOS晶体管（请看下图2SK214 和  GT20D101的曲线对比），胆石复合电路的输出特性曲线形态近似于电子三极管(请参照18楼的曲线对比)。所以，两种电路在驱动喇叭时，出来的声音特性就不同。



我是认准了电子三极管的声音，但是买不起大功率电子三极管，也买不起输出特性曲线相近的VFET晶体管，所以才走上这条人迹罕至，但是精彩纷呈的胆石复合之路！

老爷车

jingli999 发表于 2022-6-21 15:13
看来兄弟理解一部分了，可喜可贺！实际上，IGBT相当于MOS晶体管与BJT晶体管的复合电路，从结构上看MOS晶 ...

胆结石，关成栋坛友做了试验，发过一些帖子，跟做的反应声音不理想。

jingli999

老爷车 发表于 2022-6-21 15:39
胆结石，关成栋坛友做了试验，发过一些帖子，跟做的反应声音不理想。

不是电路中有胆有石，或者前胆后石，就能让末级输出电路具备电子三极管的输出特性曲线。有效的胆石复合需要特定的电路结构形式，不是通常概念的“胆结石”。

从楼上的电路图看，第二个图中，尚不知晓RK对输出特性的影响，所以暂且不论。就第一图的情况看，电路结构正确，问题可能在工作点的选择不当：

1、我用图中提供的工作参数推导了一下：其中2N6673的hFE在手册上标注为10~40，我试取中间值25。所以，6N6的阴极电流应该约为115÷25=4.6mA。故，6N6应该工作在0.115*110=-13V栅压，4.6mA的工作点，这个工作点附近的线簇弯曲，处于明显线性不佳的区域。进一步推算在此工作点6N6的内阻为5KΩ左右，并非6N6常用的线性好、内阻低（1.8K左右）的工作点。实际工作点大致在下图中红点A附近，有兴趣的朋友可以自己比划一下。电子管工作在如此委屈的状态，怎么出好声音呢？



2、前面推算6N6在工作点的内阻为5KΩ左右，所以6N6与Hfe=25的2N6673复合之后，内阻约5000÷25=167Ω。以167Ω的内阻驱动1.8KΩ的初级阻抗，应该是不太协调的。输出牛初级阻抗过大，直流内阻也大，埋没了胆石复合电路低内阻的重要优势。单从复合电路167Ω的内阻推算，此时输出牛用400~600Ω的初级阻抗，性能会比较平衡。

仅以上两点，我认为此图并非充分、系统考虑胆石复合电路参数的优化设计。按图施工肯定是能响的，其实还有其它问题（电源电压、静态电流、负载线、阴极电阻等）待有机会再系统详述。

真是可惜了6N6，可惜了这么好的电路结构

老爷车

坐等详述。
图2应该也是胆石复合的一种形态。

jingli999

老爷车 发表于 2022-6-22 09:21
坐等详述。
图2应该也是胆石复合的一种形态。

本帖就是一个以全新实例详述胆石复合电路的尝试，从电路结构、元件参数分析、元件参数匹配……各方面统筹安排，最终形成一个合理、高效、好听的电路。后面我还会有6N3电子管的特点、晶体管的选择、输出牛、电源、调试等方面的内容。等内容完整之后，自然可以对比出我这个电路设计与图一的电路设计的差异。请您耐心等待！

图二中RK的存在，意义不明，我还没有机会深入研究。

jingli999

关于电子管和晶体管的选用：

   据我所知，进口的5670可以直接代换6N3。别的型号管子如果也想使用这个电路结构，理论上可行，实际参数还需实测才能确定。

    使用6N3可能存在的困惑是两只管芯的性能偏差，随手拿一只新管，在相同的栅压和屏压下，屏流相差10%很常见，这是电子管物理构造的不一致性造成的。应对这样的常规误差，我们在有限的资源条件下还是有弥补的办法。因为随后复合的NPN晶体管的Hfe也不可能完全一致，我们用屏流较大的电子管搭配Hfe较小的晶体管，用屏流较小的电子管搭配Hfe较大的晶体管，其结果会趋于平衡。

    在这里采用的NPN晶体管，型号选择范围很大，几乎所有功放的末级输出管都能胜任(2SC5200、2SC3821、2SC2922、MJ15024、3DD15……)。Hfe范围在80~200之内为宜；Hfe偏小则电路温飘小、输出阻抗较大；Hfe偏大则电路温飘大、输出阻抗较小。

jingli999

关于输出牛：

    适合这个胆石复合电路的输出牛阻抗比大概在100~200:8；输出牛的功率根据实际需求设计；成本容许的话，多些余量会更好。

    我手头正好有阻抗比170:8的单端输出牛（由丹麦广播设备输出牛改造而来），84铁芯，舌宽28mm，叠厚29mm，初级直流内阻约11Ω，初级电感量约0.6H，初级允许最大静态电流约0.45A，所以本文的相关测试数据以此牛为基础。

    当然，170:8的阻抗比不一定是最理想的，有兴趣的朋友各位可以根据手头的材料和喜好设计输出牛，并依据复合电路的输出特性曲线找合适的工作点。我们一同探讨、摸索。

    上述参数的输出牛，相比同等功率的纯电子管输出牛，绕制难度低不少，有工时成本优势；对于漏感、分布电容等参数也更宽容；至于分层、分段、垫纸等高级工艺，无氧铜、HiB铁芯等高级材料，多多益善、有利无害！

jingli999

关于电源：

    主电源B1，个人喜欢用CLC滤波的传统工频电源，开关电源加良好的LC滤波之后应该也行，用电池供电也是个好主意。

    灯丝电源接AC或DC6.3V。为了简化供电，建议用DC/DC模块从主电源B1获取灯丝供电

jingli999

关于调试及其它：

1、        按电路图施工，只要原件正常，一般不需调试，通电就能出声。若想获得更好的效果，还需要微调工作点，以及左右声道的平衡。

2、        如果有可调稳压电源，先调整输出电压到预定工作电压的一半，CC设置为预定的静态电流，接入一个声道的全部元件，一边观察电流一边提升电压，直至达到预定工作电压。如果静态电流不符合预定值，可以通过改变R2阻值，调整栅极偏压来实现。重复此步骤调试另一声道。将两个声道的静态电流调整到基本一致为好。
如果没有上述条件，可以先用预定工作电压的一半或者更小的电压逐步升高来调试。

3、        推动级接入前，最好先测量一下，推动级的输出端对地应该不要有明显的直流电压，否则会干扰电子管的栅压，影响复合电路的工作点。必要时可加入隔直电容。

4、        两个NPN管必需加绝缘片再固定在散热器上。

5、        晶体管的散热是需要重点解决的问题。
    随着散热器温度升高，静态电流会增加；散热器温度恒定时，静态电流也基本恒定。喜欢传统散热方式的朋友可以根据实际的静态功耗自行计算散热器的参数。

    我推荐风冷散热器配合智能温控电路的方式，最大的优势是可以让晶体管快速达到热平衡和稳定（这是让静态电流稳定的决定因素，比温补电路简单、实用、可靠），其次可以大幅缩小散热系统的体积和重量。至于传说中的风噪，毕竟是个传说！现代优质的低噪风扇、风道设计还是值得信赖的。

   我测试用的散热器是风冷的3热管CPU散热器，12V的风扇暂时跟灯丝接在一起用6.3V直流供电，风噪几乎听不见。工作时，散热器温度基本稳定在50℃左右（气温25℃）。一般通电几分钟之内就可以达到热平衡，不必浪费一壶茶，等功放热起来。

6、        如果能在主供电回路加一个温度保护继电器，在散热片温度超标（比如70℃）之后自动断电，电路就更可靠了。

qinfeng

很多年前，我在淘街听过一次前胆后石的功放，很喜欢那个声音。楼主可不可以上一段录音视频让大家听一下呢？

jingli999

qinfeng 发表于 2022-6-25 01:14
很多年前，我在淘街听过一次前胆后石的功放，很喜欢那个声音。楼主可不可以上一段录音视频让大家听一下呢？

抱歉！我不信任自己手机的录音水准，所以录音视频还是免了吧。

话说很多年前的前胆后石功放，应该不是我现在玩的这种胆石复合结构；印象中那时流行的是一个胆前级推普通互补晶体管后级的结构。如果那种电路结构、那种声音就能让您多年念念不忘；找机会亲耳听听胆石复合的声音吧，估计下辈子也忘不了！

yangwenguan

楼主, 散热器太强了, 属于极限超频

雨滴02

完整详细电路图，可有？

冰冻三尺

输出牛难搞