2SK304（含其它结型场效应管）四管前级制作难点浅析及几点儿心得

zjmcxf

gzbw88 发表于 2015-12-10 09:57
刘老您好：我原是用输入2M，听DB高的音乐过载严重，再+470K，调来调去，接解码器还是有过载情况，接LP唱 ...

上个图，刘老更好帮你分析
底噪太大了，不正常！

开怀一笑

最终的图有没

liushuliang

gzbw88    用2m输入出现过载，肯定是第一级没有调好工作点的缘故。不应该出现这种故障。信噪比不高，也是工作点调偏的关系吧。为什么不好好仔细地调节呢？要有耐心

liushuliang

当然第二三级调偏也有噪声的可能。diy要靠自己，有点问题就想着求助，对自己没有长进。

四离谱

gzbw88 发表于 2015-12-10 09:57
刘老您好：我原是用输入2M，听DB高的音乐过载严重，再+470K，调来调去，接解码器还是有过载情况，接LP唱 ...

1, 输入出线不要过长，用屏蔽线。
2, 电位器放在输出端。
3, 板子祼奔时，不要直接放在桌面或其它平面上，将板架空约5CM（铜柱是个好办法）。
4, 装个金属箱。可以解决噪声问题。

gzbw88

我的4管机

hsieh_old

bazys 发表于 2014-2-25 02:57
本前级原理图

板主真是用心，也十分热心。
谨提供一点点私人意见下:
观察这个电路基本脱胎自Marantz 7的电子管磁头放大电路。
现基本上是把JFET当作电子管在用，而原本Marantz 7是用在微小输入信号的磁头，因为信号小所以动态的要求并不大。
现在这个4管JFET前级要当成Line Amp来使用，所以基本上会衍生出现两个问题:
其一: 对输入动态来说有些不足。
其二: 电子管的放大倍数没有JFET高，所以负反馈量不大，电路是稳定的。而改做成JFET的话，因为负反馈量可能会增大以致于造成电路可能进入不稳定的状态(也许选用的JFET gm比较低的话没事，若选用gm比较高的型号来用的话就有机会产生不稳定的状态)……这会反应出有些板子成功却有些板子却不成功。

实际在电路上是有些方法可以适度改善一些以上两点可能发生的状态的。
在下新来乍到，不知是否合适在这个版面发表太多意见?

liushuliang

你是观察还是做过这个电路感到有这个问题。其实是多担心。这个前级动态范围很好，还原大动态的交响乐一流。选择高跨导的管子并没有问题。实际的效果绝不比m7逊色。你认为有更好的改进，尽管提出来，没有什么不可以的，集思广益，服务大众。

liushuliang

跨导6-12mc的管子都用过，没发生异常。有些人做不好可能是对JFET根本不了解，没有调到位的关系，同电路没有关系。这电路设计应该比较合理成熟的，经过长期的考验了。

hsieh_old

liushuliang 发表于 2015-12-25 18:39
你是观察还是做过这个电路感到有这个问题。其实是多担心。这个前级动态范围很好，还原大动态的交响乐一流。 ...

多谢楼主许可~

可以做的改动叙述如下:
首先要处里的是动态范围，因为电子管工作电压高所以动态范围自然比较不是问题。JFET工作电压低所以得要善用每一伏特。
原图第三个JFET管(输入算起….FET1 – FET2 -- FET3)的接法是比照M 7电子管EQ AMP来做的，JFET3源极下面接的33K电阻下地实在是会大大限制了负向输出驱动的能力，以致负向输出会远比正向输出提早过载。(反馈电阻为47k, 33k要驱动47k就太吃力了)。
所以这个电路要让它脱离EQ amp向Line Amp的用途靠拢的话，首要是增大FET3的输出摆幅。这可以选择的方案有许多，
然考虑到PCB尽量少变动则最简单的法为直接短路FET3 源极8.2k下面的33k接地电阻，同时间也一并短路FET3栅极输入的0.5uF电容。也就是把FET3和FET2作直接交联。这样的话驱动47k的反馈电阻就相对轻松了，不失真的输出摆幅范围即可拓宽。

E:\Audio_amplifier\Audio\Paper\4FET preamp _modify
这样一来随后的tone control (FET4)就可以自由选择要或不要，因为改接后的FET3输出驱动力就大为增进，稍可应付Line out的需求了。同时因为输出摆幅增大了，47k的反馈电阻可以考虑减小一些，例如33k，降低放大率以便相应减小输入的衰减量。这样也增加使用的便利性。

其次，在做FET3直接交连的同时，也就顺便减少了一阶的时间常数，有助于增进电路的稳定性。原本这电路算下来有5个时间常数，稳定性就比较不容易控制，现在减少一个，接下来可以比较好处里。
至于原本电子管时代这样做没有问题是因为电子管的放大倍率低，反馈量很小所以比较不会显现问题。JFET放大率虽然比BJT小，但也比电子管要高许多，反馈量大了，5个RC常数迭加起来就难保每一片板子都稳定，特别是采用高跨导的JFET时。

在不想改动PCB的情况，可以试着减小JFET2和JFET1源极电阻上的10uF旁路电容值，例如放到5uF，这样就可以限缩这两级的低频放大率，随着低频放大率的降低，其反馈量也就随着减小了，电路也就会因此趋于稳定下来。至于减小到5uF? 3uF?则有待实验来决定。

若可允许改动PCB的状况，则可以再进行以下的措施:
即在电压放大节点引入另一个时间常数来打散低频相位，这样或可维持原本的源极电容数值亦不会引起不稳定状态。
此种作法是在JFET2和JFET3之间做个自举电路，藉由自举电路的时间常数来打散JFET2的低频相位。
可以试试把JFET2 Drain(漏)极上方的75k一分为二，在中间点接个100uF电容到JFET3的源极，这样也可以增进电路的稳定。

这电路要正常运作，第一级并没有办法完全工作在电阻区，因为JFET的电阻区就像颗电阻没有放大率(这和三极电子管不同，因为三极电子管虽然也是像颗电阻，但是却是有足够跨导。而JFET在电阻区则没有足够的跨导…..这可以从观察其特性曲线得知)。
所以第一级(输入及)顶多调整到接近电阻区，也就是在半饱和区工作，若调整在电阻区的话就还不如直接把它做成源极随藕器还要来得更为妥当。
调整的位置想来也相当大程度的影响音质，这也是它好玩的地方……这个电路的好玩就在这里。
第二级的话，因为第一级调整在半饱和区，其放大率会偏低…..估计是5倍左右而已。其余的放大倍数都要由第二级来承担，所以第二级不可如法泡制工作在半饱和区(这样必定没有足够的放大率维持整体的正常工作)，由此推论第二级应工作在正常的饱和区……观察图，调整到V_Drain = 1/2 (17.3-2.8) V+ 2.8V 则可以取得最大的输出动态范围。

照此修改的话相信应该更能正常运作的。

拉杂讲了许多，希望有助于大家。

hsieh_old

hsieh_old 发表于 2015-12-25 21:42
多谢楼主许可~

可以做的改动叙述如下:

声明:
小弟我只有在仿真看这个电路，并未实做。
若有谬误尚祈诸位同好海涵。

liushuliang

你就亲力亲为做一个吧！如果设计就是这么简单，都在仿真上搞一下就能设计，那么音响厂的设计师都得下岗了。不过我还是希望你能为大家搞出个世界上超一流的前级来的。

liushuliang

你标出的电压数据能成立吗？如果成立的话第二级到第三级都已在电阻区了，完全离开了工作区。既然这样把它推倒重来。

hsieh_old

liushuliang 发表于 2015-12-26 09:03
你标出的电压数据能成立吗？如果成立的话第二级到第三级都已在电阻区了，完全离开了工作区。既然这样把它推 ...

刘先生这个电路相当好玩，如果单就回放音乐来说应该是非常优秀，条件是要能仔细调整。如果希望在应用上比较往符合Line out移动并且能够简化调整项目的话，做适度的修改会比较更适合这样的目的。

一般来说仿真最大的好处是可以比较各种条件来看出电路反应的趋势，如果模型没有多大的问题的话。
仿真不能做到的有两件事情: 实际的噪声和听感，这两件事情仿真不来。
所以仿真不能代表真正出来的声音，但是放在解决电路问题上比较好用，因为它可以方便的做出图表来分析 ----- 这是在实务上比较困难去做的: 比如分析在近饱和区的状态，有图表会方便得多了。

对这个电路很有兴趣是因为它几乎是天生为DIY设计的，输入级在近饱和区工作的电流只要调整有1uA的差异，放大率就差异非常大，所以厂机是没有办法这样做的因为厂机要确保每一台特性的高度一致。而DIY并没有这种顾虑，大可以用心微调出自己喜欢的音色来，所以这样才好玩。
换句话说这个电路是DIYer应该做的东西，好玩度远胜去仿甚么名机。
这完全要感谢刘先生和楼主的热心。

上面贴的图是套用楼主之前再另一个讨论串贴出的，不是我画的，只因为这样比较好看出修改的位置。
反正只需要小修而已也不需要重做PCB，试一试是无妨的。
再贴一张追加仿真的节点电压值(并注记了修改之处)。
仿真2SK304的参数值也已标在上面。和实做的差异只是Idss和Vto不同，这可以微调元极电阻来调适。因为JFET3电流变大了，所以右上的电源反交连电阻已经修改为2K。

通过这样的修改，调整就会变得比较明确和方便，成功的机率能够大增，也方便更多同好来一起参与。只要先把第二级JFET2调定在接近1/2 Vdd1(调整Rs2)，在接下来调整JFET1的Rs1让自己所喜欢的声音出来即可。
这样一来除了JFET1需要挑选之外，就大大的放宽了JFET2和JFET3可以用的型号，更加的容易制作。
期望这样有助于大家来制作这个电路。

liushuliang

hsieh old  这个前级不考虑要增益，而考虑要音色音质，保证信噪和动态，将JFET尽可能在饱和区工作，不然让JFET在电阻区工作的话，虽然可以大信号工作，但会失去浓浓的胆味。其实你去掉JFET2的输出电容直藕，效果是一样的，不过把JFET3牵进去了，对老烧调试不成问题，对新手增加点难度，到最后还不会有正面的提升。如果可以简单，早就简化掉了。不信你就试试吧，后面还有提升电路（不过你是将它取消了）

hsieh_old

hsieh_old 发表于 2015-12-26 17:59
刘先生这个电路相当好玩，如果单就回放音乐来说应该是非常优秀，条件是要能仔细调整。如果希望在应用上比 ...

饱和区和线性电阻区的位置

~确定一下大家讲的饱和区和线性区

hsieh_old

hsieh_old 发表于 2015-12-27 12:45
饱和区和线性电阻区的位置

~确定一下大家讲的饱和区和线性区

在饱和区工作的JFET比较像五级管

在线性区工作的JFET，是有点像三极管，但是因为JFET这区的gm太小，所以基本上无放大能力，就像一颗电阻会衰减信号。

故而在低Vds，也就是如上图Vds比 Vgs –Vp小一点的情形是故意要调在饱和区和线性区交会的地方工作如此就会保有一些放大能力又比较有三极管的味道…….. 这是JFET1要调整到的地方。

hsieh_old

hsieh_old 发表于 2015-12-27 12:55
在饱和区工作的JFET比较像五级管

在线性区工作的JFET，是有点像三极管，但是因为JFET这区的gm太小，所 ...

仿真的图表拿来作图计算:
这时JFET1栅极Vg两条线间隔0.1V，输出为0.67V
放大率 = 0.67/0.1 = 6.7

hsieh_old

hsieh_old 发表于 2015-12-27 13:45
仿真的图表拿来作图计算:
这时JFET1栅极Vg两条线间隔0.1V，输出为0.67V
放大率 = 0.67/0.1 = 6.7

如果调小Rs1，把JFET1的Vds降到85mV左右(这保证是在线性区了，不过还不是在曲线最陡峭的地方)。
同样拿仿真图来计算放大率:
放大率 = 69.7mV/0.25V = 0.279

看得出来，把JFET调到线性区工作是会造成衰减的(真正就像一颗电阻)，如果第一级有衰减信号的话，第二级JFET就得要放大更多倍数。

而如果把第一级和第二级全都调整到线性区的话，这个电路基本上是不会正常工作的，因为如此一来整体放大率<1，无法放大信号。这也是为何有少数朋友会反应调来调去输出比输入小的原因。

所以第二级(JFET2)是一定要工作在饱和区的(有图为证)。
以K304这颗JFET的仿真图来看，只要Vds > 0.2V就进入饱和区了。
由此看来，JFET2的Vd直接调到接近1/2 Vdd1就方便又实在，也兼顾到输出的动态范围了。这样可以简化调整程序，方便更多朋友近来制作这个电路
如果把JFET2的Vds调到近饱和区的话，输出的负向摆动幅度就会不足。
放大率也会偏小。
而若藉由调整Vds使放大率小到一定程度，就没有大环负反馈作用了，这时如果把负反馈电阻(47k)断开的话也不会有甚么差别。所以楼主会想把反馈电阻移开也没差是这样的原因。而如果不加大环负反馈的话，也就不会有稳定度的问题。

但如果JFET2工作在饱和区而有足够的放大率的话，有没有反馈电阻的差异就很大了。这时要让电路稳定的话，环路中的时间长数自然是越少越容易稳定。

当然若是DIY老手的话本身就可以根据自己的需要和经验做出心中理想的结果。
而新手的话若能有一个简化的指引就会更方便得多。

hsieh_old

hsieh_old 发表于 2015-12-27 14:26
如果调小Rs1，把JFET1的Vds降到85mV左右(这保证是在线性区了，不过还不是在曲线最陡峭的地方)。
同样拿 ...

注记:

以上的计算是在DC直流的状态，实际上JFET1有源极旁路电容，AC的放大率再乘上1.4倍左右。
以上是计算JFET1放大率的情形。