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【原创】一种大动态、低输出阻抗的五极管超线性接法前级+推动级

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发表于 2021-10-2 12:01:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 29BBY 于 2021-10-2 13:13 编辑

本人近几个月对小信号五极管做了深入的理论研究,在此基础上设计出了本前级+推动级。

特点
1、大电压摆幅:300V电源下,最大不失真电压摆幅可达170V 失真1%
2、极低输出阻抗,选用高跨导管作为输出级,输出阻抗可到50欧,甚至10欧以内。完全不惧后级输入电容。
3、超低失真:输出100Vpp时THD可至0.1%以内
4、较大的放大倍数:可至50倍左右

原理简述:
前级为五极管超线性接法,屏压经过跟随器阴极电阻分压,送回至帘栅极,完成负反馈。屏极采用恒流源负载,将动态、增益均最大化,THD最小化。
输出极采用高跨导三极管,或者高跨导多极管接为三极管使用,以获得极低的输出阻抗,提供极为强大的推力。
极间采用直耦,尽量减少电容的使用,优化了网络的电压传递函数。

本级放大倍数约等于前级管的超线性μ值



补充内容 (2021-10-3 10:17):
还有一个优点:高PSRR,可达60dB量级

补充内容 (2021-10-4 11:32):
指标均为仿真结果,不代表实际值!实作后会贴出测试结果。

补充内容 (2021-10-5 17:41):
恒流源的实现方法,可以参考:https://www.bartola.co.uk/valves/for-sale/ccs-pcb/

补充内容 (2021-10-12 20:47):
再更正,这种接法并非超线性接法,而是线性接法。

补充内容 (2022-3-6 16:28):
初步测试结果见29楼
ultralinearpreamp.jpg

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发表于 2021-10-3 11:41:17 | 显示全部楼层
29BBY 发表于 2021-10-2 13:51
我没有从这个角度设计它,也没有从这个角度分析过它。不用纠结于谁是原型谁是变种。
srpp上管不表现恒流 ...

摩根琼斯在电子管放大器里给出了类似的电路,在三极管的级联接法加射级跟随器那,看图
111.gif
这种三极管的级联接法,隔壁DIY坛J版说是纯真之源,还后续纯一纯二纯三,咪版在胆X轩说这个级联电路就是五极管的特性,摩根琼斯说级联接法是具有五极管的优点而没五极管的缺点.

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发表于 2021-10-2 12:19:02 | 显示全部楼层
本帖最后由 于海旺 于 2021-10-2 12:27 编辑

这个五极管启不是变成二极管了吗?即便I1是恒流源,画法有点问题。
截图未命名.jpg
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 楼主| 发表于 2021-10-2 12:19:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 29BBY 于 2021-10-2 12:41 编辑

一些问题:
1、R1 R2组成的电压反馈网络,其分压比不宜过小,现阶段来看,大于0.5最好。原因:
分压比决定了帘栅反馈的深度,当帘栅极直接接到跟随管阴极时,分压比等于1,反馈最深,前级管就退化为三极管.反馈深度浅一些,即分压比小一些,前级管的超线性曲线就更加向五极管的方向靠拢,内阻增大。此时微调恒流源的输出电流,前级的屏压就会有较大变动,进而牵扯到两管的工作点的变化。甚至恒流源本身的电流漂移也会较大程度地影响各管工作点。因此分压比不宜过小。

2、对于恒流源的性能有较高要求,尤其是精度,稳定性、可靠性等等。本人下一步将投入恒流源的研究与制作,争取早日实现此电路

3、工作点直耦的原因,调整较麻烦。

4、现在网络上流传的五极管spice模型经常不准,仿真结果,尤其是放大倍数,与实际有很大出入,所以还需实作。

无论怎样,此电路背后的设计理念很棒。制作难度虽大,但精心调试后肯定有极其精彩的表现。
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 楼主| 发表于 2021-10-2 12:24:20 | 显示全部楼层
于海旺 发表于 2021-10-2 12:19
这个五极管启不是变成二极管了吗?

非也。仿真时用的管子是6S6三接,所以是个四极管的符号。也可以用原生三极管。

后级就是个电压跟随管,原理没有什么新奇之处。
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 楼主| 发表于 2021-10-2 12:33:41 | 显示全部楼层
于海旺 发表于 2021-10-2 12:19
这个五极管启不是变成二极管了吗?即便I1是恒流源,画法有点问题。

于版无需操心,这种架构已经仿过真了,性能那是变态的强啊  虽然实作后性能会与仿真有些区别,但此电路仍然是很有价值,很值得玩的。

这个软件的电流源画法不知采用的哪个标准,不过不是重点了。
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发表于 2021-10-2 12:58:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 daxian50 于 2021-10-2 12:59 编辑

前级,需要输出那么高的电压摆幅么?推什么后级?
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 楼主| 发表于 2021-10-2 13:06:54 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 29BBY 于 2021-10-2 13:09 编辑
daxian50 发表于 2021-10-2 12:58
前级,需要输出那么高的电压摆幅么?推什么后级?


这其实是前级+推动级,合而为一的电路。“前级”的表述不是很准确,已经修改过了。
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发表于 2021-10-2 13:41:51 | 显示全部楼层
SRPP的变形?下管由三极管变成五极管,仿真情况下输出电流有多大?
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 楼主| 发表于 2021-10-2 13:51:23 来自手机 | 显示全部楼层
rabbit 发表于 2021-10-2 13:41
SRPP的变形?下管由三极管变成五极管,仿真情况下输出电流有多大?

我没有从这个角度设计它,也没有从这个角度分析过它。不用纠结于谁是原型谁是变种。
srpp上管不表现恒流性,而是表现出电阻性。
考虑下管的输出电流也没什么意义,因为后级起到缓冲作用。
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发表于 2021-10-2 19:30:23 | 显示全部楼层
近段时间一直见这个电路构架,创意是很好的。但是隐约感觉到用帘栅极作为负反馈的引入端,帘栅流的变动问题需要考虑。且负反馈回路电阻较大时,帘栅流的变化对帘栅压的影响,进而对负反馈信号的准确性的影响可能较大,也就是说对电路的整体效果会有影响。
我们常见的超线性接法往往用在末级、变压器输出的场合,这种情形恰恰是利用了线包的直流电阻较低能够克服帘栅流变动的结果。而在纯直流电路里面采用超线性结构,特别是大摆幅输出时,不得不着重考虑上述因素的影响。
我不知道仿真电路的五级管模型中帘栅流在大摆幅时的变动因素是不是考虑在内了,所以虽然仿真电路显现的效果很好,还需要实际电路和测试的结果给予佐证,最终能够证明这种架构确实如仿真结果所显示的理想效果。
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 楼主| 发表于 2021-10-2 19:48:12 来自手机 | 显示全部楼层
jupeter 发表于 2021-10-2 19:30
近段时间一直见这个电路构架,创意是很好的。但是隐约感觉到用帘栅极作为负反馈的引入端,帘栅流的变动问题 ...

感谢J大的宝贵意见。
我最近发现了一个问题,就是许多五极管的spice模型不准,模型中帘栅压对帘栅流以及屏流的控制能力(帘栅内阻以及帘栅跨导)与实际元件不符。我会去详细研究一下,能进行修正最好,不行的话等过年期间实做测试。
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发表于 2021-10-2 19:50:20 | 显示全部楼层
类似这样的6F2直藕前级?
6F2PCoupleDriven6F2TCathodefollowerPreAmp330V.jpg
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 楼主| 发表于 2021-10-2 19:55:46 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 29BBY 于 2021-10-2 20:09 编辑
jupeter 发表于 2021-10-2 19:30
近段时间一直见这个电路构架,创意是很好的。但是隐约感觉到用帘栅极作为负反馈的引入端,帘栅流的变动问题 ...


又对“超线性”进行了一些思考:
后级的“超线性”算是交流超线性,帘栅极和阳极在直流上等电位,交流电位有一个比例压缩的关系
这里的“超线性”算直流超线性,直流电位与交流电位按相同比例压缩。
小米兄可以测试直流超线性接法下的曲线,为此电路的设计带来极大方便。

另外,此处帘栅极对地电阻约几k-十几k数量级。看看在扫曲线时能不能加入这个电阻。电阻是线性元件,串联在帘栅回路中也相当于负反馈,顶多减小些放大倍数,不会引入新的失真
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 楼主| 发表于 2021-10-2 19:59:05 来自手机 | 显示全部楼层
bambino 发表于 2021-10-2 19:50
类似这样的6F2直藕前级?

非也。这张图,帘栅极只在阴随器处取得直流偏置,而交流是接地的(有个旁路电容)。
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发表于 2021-10-2 21:41:58 | 显示全部楼层
29BBY 发表于 2021-10-2 19:55
又对“超线性”进行了一些思考:
后级的“超线性”算是交流超线性,帘栅极和阳极在直流上等电位,交流 ...

正是因为帘栅流的变动属于非线性,而电阻的介入即使是线性的,结果也会造成帘栅压的变化与负反馈的音频信号的不合拍,也就是说帘栅极回路的直流电阻越小越好,越大负面影响越大。所以我觉得重点是要解决你的负反馈取样端的直流电阻问题,也即帘栅流的提供源的内阻问题。
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