电子管耳机放大器制作报告（1）设计思想

唐布衣

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  这部机器是给朋友做的，一开始就有如下考虑，厚颜称之为“设计思想”，见笑！

一、采用电子管电路，原因如下：
1、       失真小、听感好。电子管的线性优于晶体管，并且一般认为谐波特性优于晶体管。（这并非意味着电子管偶次谐波多就可以纵容较大的失真，只是说当同等失真时，偶次失真的听感比奇次失真略不难听些。）不管怎么说，“胆味”好听，甚至会 “中毒”。不像晶体管机不耐听。这对于长时间听音乐的朋友来说尤其重要。
2、       好玩、好diy。元件优异的特性，使得采用简单的电路和较少的零件就可以得到很小的失真，而不像晶体管机一般通过复杂线路和深度负反馈来减小失真。这一点对于diy来说非常有益。简单的电路、很少的零件、搭棚焊接方式，非常适合“玩”。即使你连机箱都懒得开，只要插拔换用不同牌号的电子管就可以体验不同音色。
3、       够酷。当同学们都还时尚用耳塞听mp3的时候，想一想用电子管在陋室里放爵士的景象吧……垂落的夜色、昏黄的胆管、呜咽的萨克斯、张曼玉款款的腰肢……温馨与感伤、时尚与怀旧，孤独与骄傲，……如此奇妙的扭曲在一起，让人欲仙欲死……哈哈。
二、电路架构：两级三极管放大，变压器耦合输出。
1、       电压放大级：6N8P共音放大，经典的管子、经典的电路。6N8P的声音厚实温暖，失真小、推力大、胆味浓。中U胆放大系数适中。
2、       功率放大级：6P3P三极管接法牛输出。6P3P在典型状态（四极管）输出5.4瓦，可推动音箱了，但在三极管接法下效率大为降低，只有一瓦多的输出功率，但是三极管接法的线性要好很多，从特性图上可以很直观地看出来。如果用来做功放，效率太低不可行，但是用来做耳放则绰绰有余！三极管接法下管子的内阻比原来小一个数量级，直接改善了输出频响。另外，三极管接法使电路更为简单，唯一的缺点是交流声比典型四极管接法大。
3、       变压器耦合输出：很多朋友（还有一些在网上叫卖的产品）采用阴极OTL输出，优点是体积、重量和成本，但驱动力太小，推高阻耳机勉强可行、低阻则万万不可！我认为既然用了电子管就应该用牛输出，力度与雄浑的气势才能出来！
4、       放大倍数与负反馈：整体放大倍数较小，因为大多数CD\VCD\声卡都有高于1V的信号输出，放大量如果较大一则没有必要，二则可能会出现烧坏耳机的意外情况。注意不能简单地通过负反馈来调整放大倍数，因为负反馈量必须通过试听来决定，对音质影响较大。可以通过阴极电容的取舍（局部负反馈）、6N8P屏极负载电阻的大小来调整开环放大倍数。由于前述的原因，即使不加负反馈也可以得到很小的失真，在完工后再根据实测和听感来决定是否加负反馈以及负反馈的大小。
三、输出变压器：用6.5瓦单端输出变压器，初级阻抗4k，次级8欧姆，铁心19*22。这里没有采用耳放专用牛，原因如下：
1、       手头闲置的变压器有好几对，这对6.5瓦牛我一直嫌它小，作耳放倒是显得很威猛，也算废物利用！
2、       所谓“耳放专用牛”，一般次级阻抗为32、120、250或600，与耳机阻抗相对应，优点是效率较高，输出功率和电压可以达到标称值，但如前所述并无必要。由于次级匝数较多反而导致高频和控制力变差！
3、       采用功放牛，个人认为频响、控制力都比“耳放专用牛”要好，更接近于理想电压源特性。原则上需要在输出端并联10欧姆左右的电阻，但调整这个电阻大小可以改变末级负载电阻、放大倍数、负反馈量、阻尼系数、等等，也就是说调音（玩）的手段又多了一些，更好玩！
四、外壳：由于是给朋友制作，外观是很重要的，因此决定购买成品，乍一看比平价厂机精致多了！（题外话：我在多年来自制的几十个外壳都被LP扔进垃圾箱后才醒悟——原来外观比电路更重要！后人切记！）

具体的电路图纸和分析计算请看第二部分！

leolss

又一位制作电子管耳放的高手，支持一把。

rogers

  DIY精神值得鼓劲，但电路知识还需充电。线性区是有前提的，不存在胆比晶体管好。设计得当都能作出好耳放！

唐布衣

说不上“高手”，只是喜欢动手罢了，尤其在耳机方面还是菜鸟！

唐布衣

下面是引用rogers于2004-12-04 20:37发表的:
  DIY精神值得鼓劲，但电路知识还需充电。线性区是有前提的，不存在胆比晶体管好。设计得当都能作出好耳放！

1、请放心，所有参数根据特性曲线设计，低频电路略知一二；
2、至于胆石优劣无需争吵，环肥燕瘦，各有各爱，我向来以胆机听人声、以石机听摇滚；
3、在合适的工作状态下（线性区）三极电子管的线性优于晶体管，这是板上钉钉的事实。也无须争论，没什么意思。你分别用胆石搭一个两级共阴放大的电路（电路合理），输入正弦波和方波，在不加负反馈的情况下用示波器比较一下就一目了然了。
4、好的晶体管机（能够放好人声、并且高低频不硬）不是没有。好的电子管机（动态和速度能出来）也不是没有。只是都买不起。
5、至于“好耳放”，个人标准不同，实在不必争论，但是严重同意“设计得当都能作出好耳放”这句话。

tanping

本人觉得此机机还是搞成做成推喇叭的好！

牛哥

下面是引用唐布衣于2004-12-04 22:06发表的:
1、请放心，所有参数根据特性曲线设计，低频电路略知一二；

   既然是作为设计，管子的特性曲线还是因该首先考虑的，这是设计的最基本出发点，同时也应该看到虽然电子管的离散性比较小，但是后期的调整更重要。单纯依靠管子的特性曲线是不能有好结果的。

2、至于胆石优劣无需争吵，环肥燕瘦，各有各爱，我向来以胆机听人声、以石机听摇滚。

   这个问题本来就是没有答案的争论，但是应该看到的是，不是每个人都有条件上2套甚至以上的二房来驱动耳机的，耳机与喇叭不同，现在的喇叭阻抗基本上就是4欧姆、8欧姆两种，在阻抗匹配上做起来很容易，但是耳机则不同，最小的是32欧姆，最大的是600欧姆（只考虑动圈耳机），要想使一个带输出牛的二房来大包大揽的驱动所有耳机还是困难的，所以还应该考虑到输出牛的参数多样化。

3、在合适的工作状态下（线性区）三极电子管的线性优于晶体管，这是板上钉钉的事实。也无须争论，没什么意思。你分别用胆石搭一个两级共阴放大的电路（电路合理），输入正弦波和方波，在不加负反馈的情况下用示波器比较一下就一目了然了。

  这个问题正好是说反了，从特性曲线上看，电子管的线性远远不如晶体管，简单的看曲线的弯曲程度和族线的间隔就很容易判断出来到底哪个管子的线性好。电子管电路的优势是采用了高的电源电压，而输出电压相对比较小。做实验的时候，也让电子管输出信号大一些，电子管的缺点就暴露出来了。晶体管电路是在几十伏的电源电压下输出十几伏的电压，电子管电路在几百伏的电压下，输出一百多伏的电压，看看线性到底如何？

4、好的晶体管机（能够放好人声、并且高低频不硬）不是没有。好的电子管机（动态和速度能出来）也不是没有。只是都买不起。

   关心一下楼主的这个设计定位价格是多少？是否能达到大家花费月工资的1/3就能买下来？以前也看到过类似的设计，出来的成品价格高的比较离谱。

5、至于“好耳放”，个人标准不同，实在不必争论，但是严重同意“设计得当都能作出好耳放”这句话。

   设计得当不是都能做出好耳放的，这个问题就好象是电子管电路中的输出牛一样，指标参数好的牛，在听感上有很多人是不认可的。

以上只是个人观点，欢迎讨论。

子木

牛哥小心哈

牛哥

小心？为什么？是不是我又要准备挨板砖了？ [s:41]  [s:41]  [s:41]  [s:41]

子木

http://www.erji.net/read.php?tid=86611&fpage=2

这里的更精彩

sword_yang

牛哥的见解很全面,赞成!

唐布衣

下面是引用子木于2004-12-08 22:02发表的:
牛哥小心哈

讨论是好事，与牛哥继续：

1、“管子的特性曲线还是因该首先考虑的，这是设计的最基本出发点…虽然电子管的离散性比较小，后期的调整更重要”——这一点观点一致。
“单纯依靠管子的特性曲线是不能有好结果的。”——这是设计的最基本出发点。

2、要想使一个带输出牛的二房来大包大揽的驱动所有耳机还是困难的，所以还应该考虑到输出牛的参数多样化。——用一个输出牛带多个抽头不是好的解决方法。我的思路是采用低阻输出，可以适应高阻负载，这也是晶体管机的一般做法。从驱动能力上来看是有利的，但效率比较低。

3、“从特性曲线上看，电子管的线性远远不如晶体管，简单的看曲线的弯曲程度和族线的间隔就很容易判断出来到底哪个管子的线性好。电子管电路的优势是采用了高的电源电压，而输出电压相对比较小。做实验的时候，也让电子管输出信号大一些，电子管的缺点就暴露出来了。晶体管电路是在几十伏的电源电压下输出十几伏的电压，电子管电路在几百伏的电压下，输出一百多伏的电压，看看线性到底如何？”
——老兄只看表面未及深思。
晶体管的特性曲线看上去确实很好——只是看上去而已。
a、常见的晶体管的特性曲线都是小功率管子的，如果你看到大功率晶体管的实测曲线就会明白“三极电子管的线性优于晶体管，这是板上钉钉的事实”这句话的含义。
b、晶体管由于不同批次的参数离散性太大，他的曲线可以说仅供参考，而教科书上提供的小功率晶体管的曲线只是模型，非真实曲线，所以看起来特别好。而正品电子管的离散性比较小，曲线图可以说是实打实的，因此在设计时有实际意义。实际上常规晶体管电路设计根本不会去看曲线，都只根据需要选工作点、然后选管子、然后用负反馈纠正出现的失真。再次建议看看大功率晶体管的实测曲线。
c、晶体管内阻高、电子三极管内阻低，性能差距进一步拉大。
d、电子管功率输出级也是工作在大动态下！！！并不会如斑竹所说“让电子管输出信号大一些，电子管的缺点就暴露出来了”！恰恰相反，晶体管机在接近满功率输出时声音已不堪入耳，而电子管机在接近满功率输出时不会明显恶化！这也是有人说“三十瓦的电子管机抵得上100瓦晶体管机”的原因——当然这种说法很不严谨。
e、如上所述，“电子管电路在几百伏的电压下，输出一百多伏的电压”，完全可以做到毫无问题。
f、没想到会争论这么严重的问题：“胆石谁的线性好”。不说了。

4、“这个设计定位价格是多少？”
——我做的成本接近600元（整机），如果是厂家则同样这些零件的成本可以控制在400元以内，当然他们的售价肯定大于1000圆，尤其是耳房这种小市场。大家如果自己做的话根据使用的材料不同成本可以低于200圆，也可以高于20000圆，哈哈。

5、“设计得当不是都能做出好耳放的”
——这不是讨论而是争辩了，难道设计不当就能出好作品？这种争辩就没劲了，我和前一位兄弟所说的“设计得当”当然不仅仅指的是参数。

以上只是个人观点，欢迎讨论。

牛哥

下面是引用唐布衣于2005-01-01 20:51发表的:


讨论是好事，与牛哥继续：

3、“从特性曲线上看，电子管的线性远远不如晶体管，简单的看曲线的弯曲程度和族线的间隔就很容易判断出来到底哪个管子的线性好。电子管电路的优势是采用了高的电源电压，而输出电压相对比较小。做实验的时候，也让电子管输出信号大一些，电子管的缺点就暴露出来了。晶体管电路是在几十伏的电源电压下输出十几伏的电压，电子管电路在几百伏的电压下，输出一百多伏的电压，看看线性到底如何？”
——老兄只看表面未及深思。
晶体管的特性曲线看上去确实很好——只是看上去而已。
a、常见的晶体管的特性曲线都是小功率管子的，如果你看到大功率晶体管的实测曲线就会明白“三极电子管的线性优于晶体管，这是板上钉钉的事实”这句话的含义。
b、晶体管由于不同批次的参数离散性太大，他的曲线可以说仅供参考，而教科书上提供的小功率晶体管的曲线只是模型，非真实曲线，所以看起来特别好。而正品电子管的离散性比较小，曲线图可以说是实打实的，因此在设计时有实际意义。实际上常规晶体管电路设计根本不会去看曲线，都只根据需要选工作点、然后选管子、然后用负反馈纠正出现的失真。再次建议看看大功率晶体管的实测曲线。
c、晶体管内阻高、电子三极管内阻低，性能差距进一步拉大。
d、电子管功率输出级也是工作在大动态下！！！并不会如斑竹所说“让电子管输出信号大一些，电子管的缺点就暴露出来了”！恰恰相反，晶体管机在接近满功率输出时声音已不堪入耳，而电子管机在接近满功率输出时不会明显恶化！这也是有人说“三十瓦的电子管机抵得上100瓦晶体管机”的原因——当然这种说法很不严谨。
e、如上所述，“电子管电路在几百伏的电压下，输出一百多伏的电压”，完全可以做到毫无问题。
f、没想到会争论这么严重的问题：“胆石谁的线性好”。不说了。

.......

我也就是喜欢讨论，不针对个人，也不针对任何产品。先就上面的问题继续进行。

a.不能用大功率晶体管的曲线来替代小功率管子，这个问题就好象不能用功率电子管的特性曲线来替代电压放大管一样。虽然晶体管的特性曲线中弯曲部分也存在，但是在大家设计电路的时候，都是尽量避开弯曲部分而用族线分布比较均匀的部分，因为这部分的条件下工作，输出的失真最小。而在电子管电路中大家基本原则也是这样用的，但是也有不少的设计师为了达到某种所谓的“胆味”玩的就是曲线部分。否则，就无所谓什么“胆味”了，说穿了，就是利用了这种失真。如果真的让电子管工作在特性曲线平直部分，哪里来的“胆味”？
看看。。。如果能找到一些小电流下线性好（几十MA）、耐压高（300V以上）、耗散功率大（40W以上）、频率特性好的晶体管，那么倒是可以真的对比实验了。
b.晶体管的特性离散性比较大，不能说就是线性不好。因为测试出来的特性曲线是针对于一个管子单体说的，正是因为晶体管的离散性大才使得在设计电路的时候，手册给的曲线只能作为参考，因为不是每个能应用管子的同学都具有对于每个管子特性曲线测试的条件。如果真的有这个条件来对于应用的所有晶体管都进行特性曲线测试，那在制作电路的时候，就完全可以依照这个曲线来确定管子的工作状态而进行计算，最终不需要太大的调试工程。
关于大功率管子的线性问题，不仅仅是晶体管存在，电子管同样存在，上一个大家公认的靓声功率电子管的曲线看看，线性好么？
c.关于管子的内阻问题，还是应该看管子的工作组态，“晶体管内阻高、电子三极管内阻低”这个结论一般是管子工作在共射（共阴）组态下的，如果工作在射极（阴极）输出组态，结论正好是相反的。我相信楼主的输出设计应该是在射极（阴极）输出组态的，所以，结论正好与楼主的结论是相反的。
d.电子管功放的储备功率不需要晶体管功放那样大，这个与管子的线性没有多大的关系。原因很简单，那就是电子管在过载的时候发生软削顶，输出的是一个馒头形状的，而人的耳朵对于这种软削顶失真不敏感。而晶体管功放发生的是硬削顶失真，顶端是一个平台，尤其在输出曲线的弯折部分可以分解成复杂的多次谐波，而人耳对于这种失真是很敏感的。同时，这个问题应该是正好说明，在不超过功放的最大输出的时候，一个优良的晶体管放大器的失真是小于电子管功放的。如果非要让放大器过载工作，那就应该另当别论了。
e.要说什么问题就怕有事例来说明问题了，一个比较不错的运放，在电源电压在+-18V的电源电压下，就能很好的输出+-15V的电压输出，而且输出信号的失真度还相当小，当然这个指标是在深度负反馈的基础上实现的。楼主的电路如果是一个采用360V电源电压下，输出信号在300V的时候依然能保持很小的失真的电路，恐怕就不用争执了。

唐布衣

a\“不能用大功率晶体管的曲线来替代小功率管子”
——请比较大功率晶体管和大功率电子三极管的曲线。
我始终强调的就是这个，为什么？
因为小功率晶体管的实测曲线比较少见，我年轻时曾描点实测过。大功率晶体管的实测曲线在杂志上还可以查到，但我电脑里没有，否则也发一个上来看看。

b\“上一个大家公认的靓声功率电子管的曲线看看，线性好么？”
——你如果看到大功率晶体管的实测曲线，就会明白6p14的曲线好了！但是请注意：6p14是五极管，曲线与晶体管是属于同一类型（高内阻），我说的是三极电子管。

c\“也有不少的设计师为了达到某种所谓的“胆味”玩的就是曲线部分……如果真的让电子管工作在特性曲线平直部分，哪里来的“胆味”？”
——合理处理曲线部分，但绝不是故意工作在曲线部分（除非是调幅等特殊场合用）。好在那么玄乎的设计师不多。

d\“关于管子的内阻问题”
我提到内阻问题，不是讨论输出阻抗。而是因为高内阻特性（晶体管、四极五极电子管）与低内阻特性（三极电子管）的失真特性不同，这在本坛转贴的某篇文章中有探讨，个中理由未有定论，但三极电子管线性优于四极五极电子管是公认的，也算一个证明，（如果你不认同这一点……我肯定说服不了你）。

e\“我相信楼主的输出设计应该是在射极（阴极）输出组态的”
——我的是常规的共阴电路，三极管接法，牛输出。这点误解不怪牛哥，因为我还没有上图。

f\“储备功率”
——这里我不讨论储备功率，只是想表明：功率电子管也是工作在大信号状态下！绝非如你所说“几百伏电源电压输出一百多伏就有比晶体管更大的失真”！

g\“一个优良的晶体管放大器的失真是小于电子管功放的”
——你把负反馈去掉试试？不是我钻牛角尖，这里本来讨论的就是管子的线性！

h\“一个比较不错的运放，在电源电压在+-18V的电源电压下，就能很好的输出+-15V的电压输出……”
——同上，你把负反馈去掉试试？试过没有？
我试过，5532、847、十多种，去掉负反馈，输出波形（无明显畸变）没有超过五伏的！！！很多还不到1伏！！！

i\这里讨论的是管子的线性，就事论事，我的结论是很明显的。当然这对晶体管不公平。由于晶体管的特点（线性稍差，但效率、体积、成本、可大规模生产……等等），使得晶体管电路走上了另一条路：依靠复杂线路（比如用差分电路、共射共基电路等等）、深度负反馈来强制克服失真，从而不再在意个别元件的失真，导致了虽然开环失真很大但闭环失真很小。唯一的遗憾是负反馈的作用不如理想的完美。电子管电路走得依然是老路：强调元件的线性，辅助以浅负反馈。其实早期的晶体管电路就是这样，虽然线性不如电子管，但也不会像运放去掉负反馈那么糟糕，也有当代高手用这个思路作晶体管机的，有兴趣大家自己看看。

j\最后谈点我的看法：胆味形成的原因很复杂，决不仅仅是“偶次谐波”的功劳，好像失真越大越好似的。因为听感人言人殊，所以这一点不做讨论（这是专业“发烧”人士的事，哈哈）。而且假期一过，就没有时间来给大家交流了！

牛哥

看看下面2组对比的曲线，如果注意2SC3858的工作条件（一般是最大电流IC几个安培，UCE电压是几十伏特）我实在看不出来到底哪点线性不好了。