试着设计一个6N1混血前级

doctorqianbing

一直想做一台胆机，但是没有信心制作输出变压器。只好打胆石混血的注意。用胆管做一个电压放大级，直推0DB的晶体管后级，不少坛友说效果不错。

通过学习电子管电路基础，发现在屏极电流不变的情况下（负载线呈水平），屏极电压变量和栅极电压变量在很大范围内是很好的线性关系。

其比值就是电子管的μ值。换句话说，如果共阴放大电路的负载电阻无穷大的话，则增益A=μ，失真也最小。（随便找个三极管的屏极特性曲线就可发现这个现象）。可现实中这就要求极高的电源电压。解决的办法是用有源负载取代原屏极电阻。所谓μ-Follower正是由此而来。不过个人觉得用晶体管恒流源更简单一些，还能实现内部直耦。

于是采用了一级由晶体管恒流源做负载的共阴放大加一级阴随的电路结构。

这种结构对电源电压适应性很好，也有很高的电源抑制比。对电源纹波要求不高，失真小，增益高是其优点。但共阴电路增益高就意味着米勒电容大，高频响应不好。

以6N1（主要是为了满足增益上的要求，还有就是廉价）为例，Cag=2.7pF，μ=35，则C米勒=97.2 pF。再加上Cgk以及线路的分布电容，等效到栅极的对地电容肯定会大于100pF。

如果输入端用常见的100K电位器，即使信号源输出阻抗是0，电位器动臂在中点位置时（这个位置等效内阻最大），等效信号源内阻为25K。

那么高频响应（-3db）只有63.66KHZ。这方面已经有坛友做过研究，可参见这个帖子。http://bbs.hifidiy.net/viewthrea ... p;extra=&page=1

解决的办法一个是在前面增加一级阴随，不过这样既增加了成本又增加了复杂性。

另一个办法是用低阻值电位器，就像J版的这个电路（没找到原帖，这里有一图http://bbs.hifidiy.net/viewthrea ... p;extra=&page=4）。V2管是共阴极组态，电位器用10K的或许就是这个原因（V1是五极管，米勒电容很小，可以不考虑这个问题）。

仍以6N1为例，如用10K电位器，输入级高频响应扩展到636.6KHZ。不过这要求信号源内阻很低，好在CD机等现代音源的输出阻抗很低，完全可以适应。

阴随级在大的输出摆幅下也容易出现失真，用高互导管好一些，输出阻抗也小。

这里干脆采用互导更大的晶体管做成互补射随器,输出摆幅也可以更大（本电路理论上可达到200Vpp）。

假设被驱动的0DB晶体管后级的输入阻抗20K，则互补射随器输入阻抗可达兆欧级，有源负载的动态阻抗更可达到数兆欧，共阴放大级的实际负载阻抗是恒流源与射随器的并联值，也可接近兆欧级，负载线已经基本接近水平了。

一点说明：电路中所有发光管均选用1.7V的红色管。

为了防止开机时对后级的冲击，加了一个电解电容在恒流管的基极上，使其在刚开机瞬间截止，具体容量多大比较合适尚不清楚。

因其不在信号通路上，故对声音应该没有影响。

因目前手里没有MJE340和MJE350，也没有类似高反压管，暂时没有实做。

电路简单，不需要调试，有兴趣的朋友不妨搭一个试试。对晶体管有反感者除外。

doctorqianbing

欢迎拍砖。

甩毛飞

既生瑜何生亮，如果是取两者之长补两者之短，那就是双赢，如果是妥协，凑合用的，那就。。。。。。。。

doctorqianbing

回复 3# 甩毛飞
G版曾经说过，电子管擅长电压放大，晶体管擅长电流放大。
这里正好利用了电子管在有源负载下线性好的优点，晶体管恒流源不在信号通路上，并不参与电压放大。
作为跟随器，晶体管负责电流放大，提供低的输出阻抗，应该失真是很小的。
是否就是取长补短？
不知道这样分析是否正确。
欢迎参与讨论。

火星计划2009

这样做有些勉强不如直接做胆前级

老兔有点懒

支持创新。

doctorqianbing

回复 5# 火星计划2009
愿闻其详。
当初也曾想用全电子管，但要用电子管做有源负载只能用μ-follower或β-follower。
μ-follower内部为交流耦合，存在阻塞的可能（见Valve Amplifiers第125页）。
而β-follower仍使用了晶体管。
又因输出摆幅很大，用电子管做阴随可能失真较大，所以才选用晶体管射随。
其实整个电路的核心仍然是6N1共阴放大提供电压增益，甚至都不存在本级反馈。因此，还是把本帖发在了这一版块。
这里的很多坛友对晶体管抱有偏见。其实用什么管只是手段，高保真才是目的。

doctorqianbing

回复 6# 老兔有点懒
谈不上创新。
浏览一下国外的论坛，混血设计很常见。
G版推荐的Valve Amplifiers这本书中也有提及。（见135-140页）

doctorqianbing

好冷清啊！

Gautau

一直想做一台胆机，但是没有信心制作输出变压器。只好打胆石混血的注意。用胆管做一个电压放大级，直推0DB的 ...
doctorqianbing 发表于 5-11-2011 00:08

先暂不讨论这设计的可行性 . . . . . . 因仍有大量的讨论空间。


任何形式的设计，本人都会先从最末的哪点开始着手计算。
曾在兩跟帖中提问：BJT 后级的增益几何？及输入阻抗为多少？
可惜沒人作回答 . . . . . .
试想一下，若连基本的条件都不知道，怎算？


也曾举例：
英国 Linn AKURATE 4200 后级
输出功率：200W x 4 @ 4Ω  / 111W x 4 @ 8Ω
输入电压：1.1V rms @ 7.5KΩ
若作 Bi-Amp（兩组功放推一边喇叭）则为 7.5KΩ / 2 = 3.75KΩ

由于 Linn 的输入阻抗确实誇張，故才刻意找來准备作例。
其实 ATC 也好不了多少。
-----------------------------------------------------------
言归正传，0dB，100W @ 8Ω 的后级，假设输入阻抗为 10KΩ

Vo = √ (P * R) = 28.284V rms
Vi = Vo = 28.284V rms（0dB）
Ii = 28.284V / 10KΩ = 2.8284mA rms

即前级的输出亦应为 28.284V（40V p-p）
前级的输出电流为 2.8284mA rms（4mA p-p）

若前级的输入电平为 0.55V rms，Zi = 10KΩ，则其
Ii = 0.055mA   ←   任何音源皆可轻松应付

增益为 34.224dB（51.43倍）
输出阻抗为 500Ω ~ 1KΩ便可。
如按照上面要求设计的前级，全用电子管也没问题。但要留意后级 PN 结间的容量变化。

doctorqianbing

回复 10# Gautau
谢谢G版指点。
我是这样考虑的：0DB后级的输出功率暂时还未定下来，大概50-100W吧，也就是Vo = 20-28.284Vrms，按1#假设的输入阻抗20K计算，Ii 只有1.0-1.414mA rms，用电子管阴随输出幅度是足够了。
但考虑到阴随级本身的阴极电阻与后级输入电阻并联后总阻值减小，交流负载线倾斜度会变得更大，即使用CCS做阴随的有源负载也不可避免，在大信号输出下失真会变大（见下图，仍以6N1做阴随）。再就是用电子管阴随会大大限制正半周的输出幅度，除非用更高的HT。所以才考虑用BJT做跟随的。但不能确定这样失真是否会小一点。
关于增益方面：因为这种结构的增益是固定的（等于共阴级管子的μ值），所以选择了μ=35的6N1，觉得比较合适。如果后级输出100W的话，则本级的输入电平为0.8V rms。用6SN7似乎低了点，12AX7又太高了。

牛仔很忙

回复 11# doctorqianbing
分析后，感觉该电路很像SRPP，
而且没感觉是把石管和胆管优势组合

doctorqianbing

回复 12# 牛仔很忙
这个与SRPP不同，SRPP是定阻输出的。
SRPP是介于以RL为负载的共阴极放大器和以RL值作为有源负载的μ跟随之间的一种中间形式。但是上管阴极电阻RK的低阻值意味着，下管的真实负载会相当低，暗示SRPP的增益必定小于μ值，所以相对来说比真正的有源负载失真明显变大。
Valve Amplifiers上说的，现学现卖。
兄弟认为胆管和石管的优势各在哪里？应该怎样组合？肯请赐教。

牛仔很忙

回复 13# doctorqianbing
SRPP前级，加OTL的后级。和你的电路达到的效果差不多，有空的话你分析下吧。
这种电路我以前也设计做过，晶体管恒流源+电子管+晶体管跟随器输出。
这种电路不管用晶体管还是用电子管恒流，下管都是用中低u的管子性能好一些如6N3 6N11，所以用高u管得到高A并不是优势，失去的特性曲线的线性（你可以把平直的负载线画在高u管得曲线图上就可以得出结果，比如6N2）。
LZ的设计有很多亮点，看得出LZ花了心血，是个不错的设计。我只是说点自己的一点看法，没有否定的意思。
电子管的优势很多和晶体管各有千秋。
电子管，体积大 耗能大 受温度的影响小，所以省去好多稳定用的偏执电路和反馈回路，受外界扰动很小。再如五级管的曲线跟晶体管差不多的，高频特性也很好，输入电阻大，但同时输出电阻也不是一般的大，还得用高压。
晶体管体积小，承受电流可以做到很大，输出功率可以做到很大，还有个很大的优点是可以集成度很大。用差分、大系数反馈、并能做在桐一块硅板上，等优点是电子管不可比拟的。对了，还有数字技术的应用，比如D类放大。对于信号的高保真，现在的技术而言晶体管肯定能做的比电子管好。

doctorqianbing

回复 14# 牛仔很忙 [/b
对牛仔兄关于胆管和石管优势的看法完全赞同。
在这一版块难得看到对晶体管不报偏见的人，故早已准备好接砖了。
谢谢山东同乡参与讨论。

山东老胆

回复 1# doctorqianbing
感兴趣！但电路还是显得太复杂！应再寻求更简的方案！

赵雷

河北老乡前来学习，我也喜欢胆中加石。另外对楼主11楼的图个人表示略有不同看法，阴随器的话失真不会像画的那么大，图里的正负半周不对称表达的是阴随器输出信号对管子栅阴间信号的失真，但是输出信号对阴随器输入信号（输出信号加栅阴间信号）不会那么大，毕竟是完全串联电压反馈。

doctorqianbing

回复 17# 赵雷
分析的极是，也知道阴随是完全电压串联负反馈，失真应该很小。可就是没转过弯来，怎么就没想到呢！
要不再改回用电子管阴随，不过电源电压可能需要提高一些了。
谢谢河北老乡的提醒！

doctorqianbing

回复 16# 山东老胆
谢谢老乡捧场。
原电路不好再精简了。
不过，通过17#提醒，再修改一下。
届时欢迎给出宝贵意见。

doctorqianbing

按照G版的意见，又根据11#提醒，改为阴随输出，也用有源负载。
为了保证输出正半周不受限，将电源电压提高至330V。阴随级的工作点正好如11#图所示。图中蓝线为后级输入阻抗为20K时的交流负载线。（与20K相比，CCS的动态阻抗很大，可以忽略）。
改变电压不会影响第一级的工作点。
由于两级之间是直耦的，电子管的栅极输入阻抗可以看做无穷大。这样第一级的负载阻抗真正可以达到数兆欧。负载线更接近水平了。
这里对14#朋友的一个疑问说明一点，从6N1曲线图上看，好像4mA以上线性就比较好了（μ值恒定）。
不过，这样一改，开机瞬间，输出端电压只能被箝位在50V左右，仍对后级有冲击。
还有，阴随级对电源纹波的抑制作用可能会比较差。
欢迎大家多提意见和建议。