出售自己研发的“电子管音色”前级板

正直电子

承蒙大家厚爱，本款电子管音色效果板是继2021年7月推出的《具有电子管音色的TDA2030A OTL功放板》之后，根据各位热心朋友提出的若干意见再次研发成功并推出的另一款产品，单块成品电路板售价40元，在电路设计上重新对元件参数进行了优化，使得效果更好价格更合理，原理依旧是用二次谐波产生类似于电子管的音色，当然了不同人对电子管为什么好听的见解不一，如果您也认为电子管好听的原因在于二次谐波失真并对本产品感兴趣，欢迎您继续往下看：

一．研发背景及初衷：
随着半导体及信号处理技术的飞速发展，各类音频设备从音源到功放都在经历着一次次伟大的变革，现如今欣赏高品质的音乐已经不再是一件繁琐的事。尽管它们发展的主流方向是纤毫毕露的高保真，但对于一些音乐如果用这种方式去演绎难免会让人觉得冷艳单薄欠缺感情，如改用电子管前级或功放则将带给人一种温暖醇厚情感细腻的感觉，正因如此时至今日依旧有很多电子管爱好者热衷于制作各类电子管前级和功放，他们在一次次辛劳的DIY过程中不断丰富着自己的业余生活，不断追寻着自己梦中触动灵魂的声音，不断克服着一切困难超越自己。DIY的过程虽苦虽累，甚至有时会失败，但经过自己的一番努力之后获得的快乐和享受是金钱无法比拟的。这种DIY的精神弥足珍贵，也正是因为这些令人尊敬的电子管爱好者，古老的电子管才得以逃脱被时代封印的命运，那种电子管专属而又独特的“古老的声音”也穿破时空，继续吸引着更多现代人的耳朵。事实上不论是晶体管，集成电路还是电子管，它们共同作用都是完成音频信号的放大，而放大的基本前提就是要求失真要尽可能低一些，但对于谐波失真更为严重的电子管来说，它的声音反而比晶体管和集成电路的更讨喜，这是因为在电子管放大电路中蕴含着丰富的谐波，其中以偶次谐波为主，二次谐波最为丰富。因此只要设法加入二次谐波，晶体管和集成电路放大器也能发出和电子管放大器极为相似的声音，这种技术手段不仅简单易行，还具有成本低廉的特点，早在2021年7月已在我的得意作品《具有电子管音色的TDA2030A OTL功放板》中有所应用。得益于发达的互联网和快递行业，不论是原理图，原理分析还是制作套件，成品板都得到了很好地分享，同时我也收到了如下热心朋友提出的改进意见：
1.电路板上所用的TDA2030A稍显鸡肋，因为广大爱好者手下都有很多十分不错的功率放大器想要连接，而在电路板上却没有设置任何接口，这样不仅在使用上不方便，还让整块电路板显得鸡肋。
2.二次谐波失真调节电位器和音量调节电位器之间的间距偏小，使用时稍显不便。
3.电路板为单声道，如需要双声道就需要两块电路板，这样在调节时就需要左右声道分别调节导致调节起来非常繁琐。
为此，设计一款全新的双声道电子管音色效果板显得尤为必要，它不仅可以很好地解决上述问题，还能在性价比上具有绝对优势，更有利于本技术的分享普及和推广。在产品设计上，为提高使用灵活性和降低安装难度，电路板上设有+12V直流稳压电路，可适应+12~20V的宽电压范围直流供电，还设有电源指示灯和+12V/50mA的直流稳压输出接口方便用户为MP3解码器一类的微功耗电路供电；为缩小体积和降低分布参数的影响，大规模采用了体积更小，精度更高，质量更好的贴片元件，进一步提高了产品的一致性，可靠性和耐用性。

二．原理图及原理分析：

1.二次谐波信号发生级
本级电路用于二次谐波信号的产生，在技术实现上决定使用效果最好且最为简便的模拟乘法器，具体做法是将原始信号同时输入到模拟乘法器的输入端x和输入端y，这样在模拟乘法器的输出端out上就会产生原始信号的二次谐波信号，相关数学计算和分析如下：
假设有一原始信号u=A•coswt，我们将它直接输入到模拟乘法器的输入端x和输入端y，此时对于输入端x有ux=A•coswt；对于输入端y有uy=B•coswt，其中A=B；对于输出信号uout有：
uout=Km•ux•uy
        =Km•(A•coswt)•(B•coswt)
        =(1/2)•Km•(A•B•cos2wt+A•B)
        =(1/2)•Km•A•B•cos2wt+(1/2)•Km•A•B
式中Km为模拟乘法器的比例系数，不难看出第二项是一个直流电压，我们只考虑交流信号将它忽略不计，最后uout只剩下(1/2)•Km•A•B•cos2wt这一项，可以发现它是原始信号u的二次谐波。
数学计算证明使用模拟乘法器产生二次谐波的方法完全可行，并且我们还可以发现uout的振幅与ux和uy的振幅都有关系，因此任意改变其中一个输入端信号的振幅，就能改变二次谐波的振幅，但依旧存在一个问题，我们需要的是基波与二次谐波的叠加，而上面计算的最终结果中并没有基波出现，如何将基波请出来呢？答案就是给任意一个通道加上一个直流偏置电压U，以输入端y举例，此时uy就从原来的uy=B•coswt变为现在的uy=B•coswt+U，若重新计算一下uout则发现基波也出来了：
uout=Km•ux•uy
        =Km•(A•coswt)•(B•coswt+U)
        =(1/2)•Km•(A•B•cos2wt+A•B+U•A•coswt)
        =(1/2)•Km•A•B•cos2wt+(1/2)•Km•A•B+(1/2)•Km•U•A•coswt
不难看出第二项是一个直流电压，我们只考虑交流信号将它忽略不计，最后uout只剩下二次谐波(1/2)•Km•A•B•cos2wt和基波(1/2)•Km•U•A•coswt，即二者的叠加。此时改变直流偏置电压U，就能改变基波的振幅；任意改变其中一个输入端信号的振幅，就能改变二次谐波的振幅。如此一来就可以人为控制二次谐波分量得到令人满意的听感，这一点是要比电子管功放更加灵活的。
综上，决定选择变跨导二象限模拟乘法器作为本级电路的基本框架，原因在于其在满足设计要求的前提下电路结构最简单。在其工作时，若输入端y无信号，它只是一个带恒流源的差分放大电路；若输入端y有信号，恒流源的电流也将随之变化，但电流方向始终不会发生改变，如此一来就完成了上式所描述的功能，达到设计目的。具体电路工作原理如下：
VT1,VT2,VT3及其相关元件构成二次谐波信号发生级，不难看出如果将二次谐波失真度调节电位器W1的划片接地即变跨导二象限模拟乘法器输入端y没有信号时，本级电路只是一个带恒流源的差分放大电路；当变跨导二象限模拟乘法器输入端y有信号时，恒流源的电流也随之变化，但电流方向始终不会发生改变，如此一来就完成了相乘的功能，相乘后产生的基波和二次谐波分量从VT3的集电极输出并耦合至下一级电路。由于二次谐波分量可调，使得本电路不仅同电子管放大电路一样具有丰富的二次谐波，还解决了电子管功放“众口难调”的问题，这一点是要比电子管功放更加灵活的。但值得注意的是过多的二次谐波失真只会劣化声音，尽管一个功放电路可以按照使用需求适当美化声音，但它的主要作用还是不失真地放大信号。因此有必要在二次谐波失真度调节电位器W1上串联电阻R8用于缩小二次谐波失真度的调节范围提高使用体验。由于本级电路位于整体电路的第一级，对非线性失真要求很高，故不宜输入信号强度较大的信号，因此增加R9进行信号衰减，与此同时VT1,VT2,VT3的直流偏置电路均采用交直流电压并联负反馈式直流偏流电路，这样既可以在静态时为各三极管提供合适的偏置电流，又可以在动态时改善非线性失真。

2.音频信号放大级
从上面关于模拟乘法器的相关计算中可以发现相乘势必会导致输出信号幅度减小，因此在调节二次谐波失真度调节电位器W1时听到的音量也会减小，为了弥补二次谐波信号发生级带来的信号衰减，增加U2及其相关元件构成音频信号放大级。本级电路为单电源供电的同相运算放大电路，其中R1,R2构成的电阻分压电路用于提供合适的偏置电压，本级电路的电压放大倍数Au计算如下：
电压放大倍数Au：（预期值：15）
Au=[R13/(R12+R13)]*[1+(R11/R10)]=15.45455
为得到类似于电子管功放输出变压器变压器耦合非常柔和的声音，音频信号放大级的下限频率fl，上限频率fh均按电子管功放的参数进行设计并满足“五十万法则”，计算如下：
1.下限频率fl：（预期值：50Hz）
fl=1/(2Π*R10*C11)=48.22877Hz
2.上限频率fh：（预期值：10000Hz）
fh=1/(2Π*R11*C12)=9456.62169Hz
放大后的音频信号经C14耦合至音量调节电位器W2并输出。

三．产品相关参数：
1.产品尺寸：66*36*15mm
2.电位器安装孔径：7mm（推荐8mm）
3.电位器轴间距：51mm
4.PCB材质：JLC高品质FR-4
5.产品净重：30g
6.供电电压范围：直流+12~20V
7.最大电流消耗：50mA
8.直流稳压输出电压：+12V
9.直流稳压最大输出电流：50mA
10.频率响应范围：50Hz~10KHz或20Hz~20KHz

四．注意事项：
安装时推荐使用尽可能短的屏蔽线作音频信号走线，同时本产品安装位置应远离电源变压器或交流电源线，以防引入电磁干扰劣化信噪比。

补充内容 (2022-6-7 10:50):
本电子管音色效果板使用方法：连接好电源和音频输入输出之后播放音频，将音频输入一侧的二次谐波失真电位器逆时针关死，音频输出一侧音量电位器开到适当位置，然后调节两个可调电阻让声音不失真，左右两声道平衡

补充内容 (2022-7-6 09:52):
需要的朋友可以来这里
出售自己研发的“电子管音色”效果板
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=204856
(出处: 矿石收音机论坛)

正直电子

自认为这次设计非常成功，特此发帖与大家分享，特别是在价格方面，之前单声道的胆味OTL功放板成品要35元每块，算上邮费就要45元了，如今双声道的效果板使用如此灵活却只需40元包邮全国，算是一种突破

ye123

好东西。帮顶！

linbo

帮顶一下，老板发一个淘宝连接我。谢谢！

正直电子

linbo 发表于 2022-6-7 06:54
帮顶一下，老板发一个淘宝连接我。谢谢！

谢谢您帮顶！但我没有淘宝链接，抱歉

ftam

不知胆味明显不?如将2030换成1875或性能更好的IC是不是效果更好一点呢?

正直电子

ftam 发表于 2022-6-7 07:52
不知胆味明显不?如将2030换成1875或性能更好的IC是不是效果更好一点呢?

胆味还是比较明显的，特别是人声一类的音乐，如果感觉声音发硬过于粗犷可以适当调整二次谐波失真电位器让声音变得柔和。

2030胆味OTL是我去年分享的作品，由于12V供电条件下2030功率已经够用加上1875假货多，就选择了2030，不过您也可以换成1875进行磨机

虫来都不知

技术贴的都是牛人，顶。

冯氏胆艺

th1225

顶一下，请问一下老板有技术贴连接吗？。谢谢！

正直电子

th1225 发表于 2022-6-7 09:14
顶一下，请问一下老板有技术贴连接吗？。谢谢！

技术贴哪敢发啊，一发就来一堆喷子
没时间争辩我只能走，走了之后留下喷子：他走了倒是好事！

没办法啊，我只能在交易区连原理带实物一同分享，话还得措辞半天，生怕得罪人

正直电子

只希望这种电路能给大家带来一种思路上的启发，电路也不复杂，一个乘法器也只是三个三极管，后面就是一个运放，因此有条件的朋友想制作出来也不难，如果需要成品板，也欢迎大家跟帖标准语

正直电子

顶一顶，继续出

凌晨3点

技术贴，帮顶一下。。。

cnbc

大神啊。顶一个。