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关于古往今来 各种静电耳放电路的 极简总结

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发表于 2017-12-29 14:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 woodear 于 2018-1-25 16:04 编辑

静电耳机/扬声器放大器,作为音频功率放大器里面的冷门,一直很少有人详细归纳总结过,于是本菜萌生了写一篇贴子,分类归纳一下现有的静电放大器的想法。咱废话少说直入主题:
(急性子可以直接看末尾的总结)

1,变压器升压方案
1.jpg 2.jpg
显然这是最简单的方案,一个升压变压器,直接由普通的音频功放或者耳放驱动,再加上一个高内阻的高压作为振膜的极化电压。这种方案的优点是简单方便,可以利用现成的功放、耳放,输出很高的电压压摆,但是缺点也显而易见,变压器在输出驱动静电耳机的信号这样巨大摆幅的信号时,会产生很大的失真(变压器的失真和信号幅度密切相关),同时变压器会限制高频和低频的带宽,会让人听起来“没两头”。生产RKV的audio valve的luminare静电适配器使用的就是这样的原理,让驱动动圈的耳放变成一台输出高压信号驱动静电耳机的耳放。

2,纯电子管放大器
tubecad.jpg
上图是tubeCAD的Broskie于1999年发表的静电耳放电路,有可能是目前最简单、最基本、最方便DIY的静电耳放。线路很简单,输入级是一只高增益的小信号放大管:12AX7接成差分对,负责放大一组同摆幅但是反相的差分(或者是平衡)信号,当输入信号是单端时,这个差分对可以把单端信号转为差分(平衡)信号输送给下一级的一只6SN7。第二级的6sn7也接成一组差分对,通过电容耦合接收来自第一级的信号,放大后通过屏极直耦输出。
在不同的纯电子管静电放设计中,前面可能是一级自身放大系数很高的12AX7,例如上图;也可以是两级中放大系数的小信号电子管放大,例如woo audio的WES
3.jpg
还可以是一级由两颗中放大系数管组成的cascode结构,例如Eddie Current的Electra(疑似),Singlepower ES-1(同疑似)和SRX+(headcase上以为叫JimL、James Lin的美籍华人的作品)。
4.jpg 941958-singlepower-es1-stax-sr007-mk-i.jpg

纯电子管的设计中,输出级一般都是低内阻,中低放大系数的三极管,或者三极管接法的EL34这类五级管。例如Broskie电路里的6sn7,stax一些老款电子管耳放用的6CG7,WES、Electra、ES-1、Megatron还有后文将会提到的T2,Blue Hawaii Special Edition(BHSE)的共同选择:EL34。这些管子,通常具有较高的DC屏压,以适应静电耳机需要的巨大电压摆幅,例如EL34,最大屏压高达800V,三极管接法时最大屏压也有600V,6SN7(这里实际上是6SN7GTA或GTB)也有450V的DC屏压。同时这些三级管相较于五级管,有着更低的屏极内阻,可以更快速的为静电耳机振膜和极板之间的电容充放电,带来更好的带宽的瞬态响应。

3,纯晶体管放大器
QQ截图20171229145438.jpg

首先咱们从最常见的stax SRM-727说起,图上密密麻麻的原件看着麻烦,其实仔细理一理其中的逻辑,就会发现其实727的线路和之前第一种纯电子管静电耳放有相似的地方——都有前后两组差分对负责放大信号,只是727的两个差分对都由低耐压的晶体管组成,需要增加高耐压的晶体管组成cascode电路,以承受+-350V甚至更高的电压。在经过两级晶体管差分对放大之后,信号内阻极高,所以stax加入了两级2SC5466组成的跟随器,降低整个放大器的输出阻抗。 晶体管电路相较于电子管线路,通常开环增益更高,所以需要负反馈让机器工作在一个相对稳定的放大倍数。stax别出心裁的用了一种类似电子管放大器的反馈方式,从输出级给反馈信号取样,反馈到第一级差分对JFET的源极。这种反馈方式也被后来的各种晶体管或者晶体管电子管混合放大器学习,例如大名鼎鼎的Kevin Gilmore博士的KGSS,KGSSHV,KGSSHV carbon,KGST,KGDT,Grounded Grid(GG),Blue Hawaii,Alex Cavalli的liquid lightning。
KGSS KGSS.gif KGSSHV carbon QQ截图20171229150850.jpg
现在市面上的纯晶体管设计静电耳放,包括stax官方放和KG系列,线路都大同小异,两级差分放大,通过跟随器(717 727 kgsshv等),或者直接不要跟随器(carbon,gg)输出,不用输出跟随器的carbon和GG输出内阻相对于717 727和sshv会大一些,理论上对耳机振膜的控制力更差,有可能低频更混。当然理论规理论,和实际听感可能会有些出入。

4,胆结石(电子管晶体管混合)放大器

Stax-Kopfhoererverstaerker-SRM353X-SRM007t-MKII-SRM727-Mk2.jpg XIwlbgjh.jpg
静电耳放里面的胆结石,和动圈放的胆结石不一样,动圈放的胆结石,通常是电子管负责电压增益,晶体管负责扩流输出。静电耳放不需要太强力的电流输出,需要非常强的电压输出能力,所以胆结石静电放里的电子管,通常作为整个放大器的最后一级兼输出级,输出高电压摆幅信号,并提供静电耳机需要的电流。
kgst st.jpg stax 006 stax 006.png
上面两图是KGST和stax 006耳放的电路,可以看出,两种耳放线路极为接近,和最早提到的基础款电子管静电放一样,依然是两级差分结构,第一级是JFET差分对推动高压PNP晶体管组成的folded cascode电路,第二级是一对电子管组成的简单差分对,通过和之前晶体管静电放一样的反馈确定闭环增益。这样的电路,引入了些许电子管的音色,但是由于第二级电子管差分对开环增益远低于晶体管的电路,所以整个线路的开环增益较低,反馈量比纯晶体管线路更少,失真更高一些。反应到听感上,这一类(T1,006,007T,kgst,kgdt)胆结石耳放素质通常比不上深度负反馈的晶体管耳放。

为了提升开环增益,增加反馈量以减少失真,丧心病狂的stax在90年代初,搞了三级电压放大的T2:
t2.jpg
是不是看着有点头晕?没事咱先来看看T2的简化缩水版,Blue Hawaii(BHSE):
BH.png
上图的红框中是第一级增益,和stax祖传的折叠cascode一样。T2的第一级比BH更复杂,是两对ECC88/6922/6DJ8组成的cascode电路,电子管cascode之后,配合足够高阻抗的负载,可以获得远比单管放大高得多的增益,接近晶体管的效果,同时具有电子管的音色。第二级是一个简单的差分对,第三级有点特别,EL34的信号不是从栅极输入,而是通过一个晶体管跟随器,从阴极输入,EL34工作在共栅放大模式,这种模式下管子又更好的高频带宽。所以,T2和BHSE 的 两级较高增益的电压放大级,加上第三级增益较小的电子管输出级,组合在一起,带来了比前文介绍的胆结石电路更高的开环增益,更高的反馈深度,从而获得了更低的失真。T2和BHSE的反馈量,甚至可能高于全晶体管两级电压增益的设计,使得这种深度负反馈的“假胆机”电路,拥有不弱于,甚至优于全晶体管电路的失真表现,可惜成也萧何败也萧何,这样很深的负反馈,加上三个电压增益级之间复杂的相位关系,会让放大器产生“晶体管味儿”,所以经常会听到有人抱怨,BHSE的听感并不像胆机,倒是hifi性很强。

说完两种胆结石静电放,再说说另外两种特殊一点的胆结石:stax新出的T8000,和KG博士Grounded Grid,简称GG耳放。

T8000: t8k.jpg
T8k是stax才推出不久,号称能推好009的官方耳放,实际电路算是一台JFET输入改成6922电子管输入的SRM727。根据低噪音放大器的原理,电路第一级的噪音在整个系统中最为关键,设计制作低噪音放大器时,通常会竭尽全力减少第一级的噪音系数。但是换一个角度来说,对于T8k这台机器,把第一级输入管替换成电子管,相对于输出级管子用电子管,更能体现电子管的音色(比如电子管那远比晶体管明显的1/f噪声)。理论规理论,实际上众多大神听感都明确表示T8k不是一台胆味浓郁的机器,本菜展会一耳朵蹭听到的T8k也是这样的听感,这可能是因为6922,本身就是低失真低噪音高带宽的管子,带来的失真,或者是胆味并不明显。


KG博士的GG(Grounded Grid):


GG.jpg
GG的电路和KGSSHV CARBON其实极端的类似,区别只是carbon输出级做共栅极放大的碳化硅MOSFET被替换成了EL34,是的,你没有听错,除了栅极偏置电压不一样以外,直接替换!电子管和晶体管互相之间直接替换!所以GG和carbon,除了EL34带来的些许胆味,本质上区别不会很大,之前提到的carbon输出内阻有点偏高的问题,GG上也有(本来EL34接成三极管,内阻是远低于MOSFET的漏极的,但是carbon和GG输出级是BJT差分+cascode的电路,EL34阴极是内阻很高的BJT集电极,EL34只能在自身阴极AC阻抗很低时,在屏极表现出低内阻特性,此时的EL34屏极内阻和carbon的MOSFET输出管没太大区别。)



总结
升压变压器/适配器方案:失真最大,素质不好,但是方便,可以利用现成的动圈耳放功放。而且,信号变压器的失真,也是一种胆味儿,因为胆功放的胆味很大程度上和输出牛的失真有关,没有输出牛的OTL胆鸡 常常被认为不是真的胆鸡,也是因为这个。
纯电子管设计:失真、噪音大,最有胆味,但是素质通常比不过晶体管的机器。
晶体管机和胆石混合机:有相对较深的负反馈,但是反馈深度不如动圈耳放或者功放。很容易做得比蛋鸡更透明更hifi,胆石混合机器通常并不是非常像纯胆机,而是更接近晶体管机,不像有些胆石混合动圈耳放,主要是因为真空管被包在反馈环路里。
KG系耳放(KGDT这种推力小点的机器除外):优势就是声音力度大,规模大,拳拳到肉,适合PK对比,能弥补stax的阴气。缺点也是力度大,拳拳到肉过头显得横冲直撞,没修养没艺术细胞,四肢发达头脑简单。三个字:美国味。




编辑中。。


























3.gif
t2.jpg
QQ截图20171229151450.jpg
发表于 2017-12-29 15:49 | 显示全部楼层
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发表于 2017-12-29 15:49 | 显示全部楼层
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发表于 2017-12-29 17:35 | 显示全部楼层
学习了,等更
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发表于 2017-12-29 20:04 | 显示全部楼层
这个得顶   我最近也在重新制作静电耳放
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发表于 2017-12-30 13:42 | 显示全部楼层
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发表于 2017-12-30 16:14 | 显示全部楼层
好文
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发表于 2017-12-30 18:55 | 显示全部楼层
再来个KG大佬抄的完整LL和LL2T图纸,更狠的是电源都抄了,其中ll我已经软件仿真验证其可行性,未来cavalli或许会在中国重生~
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ll2t.gif

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 楼主| 发表于 2018-1-23 14:36 | 显示全部楼层
终于找了点时间把剩余的内容补上了
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发表于 2018-1-23 14:43 | 显示全部楼层
干货!
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发表于 2018-1-23 14:45 | 显示全部楼层
木耳宗大作
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发表于 2018-1-27 10:25 | 显示全部楼层
进来学习一下。。话说BRIO ES也是楼主的大作?
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 楼主| 发表于 2018-1-27 10:51 | 显示全部楼层
sfc1985221 发表于 2018-1-27 10:25
进来学习一下。。话说BRIO ES也是楼主的大作?

哈哈,是的
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发表于 2018-3-2 15:06 | 显示全部楼层
学习学习~~~~~~~~~~~
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发表于 2018-3-3 18:23 | 显示全部楼层

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