采用ECH83低屏压电子管的STC单端耳放

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    我在走一条陌生的路，目标定为：电子三极管与BJT晶体管复合的STC单端放大电路，供电电压36V以内，能推动常见的低阻耳机。这个电路架构能查询到的参考资料不多，只能摸着石头过河。

    都说电子三极管单端电路的声音好听。我的理解：不仅仅在于电子三极管对声音的润色，更在于电子三极管特有的不饱和输出特性，可以给负载更合理的驱动。所以，那些仅仅让音频信号经过电子管的放大电路只能让音色稍有电子管的滋味；唯有以电子三极管的输出特性直接驱动负载的电路才能充分领略电子三极管的好声音。

    常见的以电子管作为末级驱动元件的耳放，大多是走高电压（>100V）小电流（<100mA）的路子，再通过输出变压器进行阻抗变换后驱动耳机。我不否认高压小电流的工作状态最能发挥电子管的优势。但是，我不想玩太高的电压，又想听到电子三极管单端的声音。

    在STC电路中，电子三极管与BJT三极管复合之后，等效获得一只大电流的电子三极管，且输出特性曲线形态与电子三极管一致。只要找到能低压工作的电子三极管，就有可能通过STC电路等效获得一只可以低压大电流工作的电子三极管。

STC 基本原理图：

除了输出变压器，负载还可以是电感、电阻、恒流源等。

某型号电子三极管输出特性曲线：

纵坐标单位为“mA”，横坐标单位为“V”，栅压间隔为0.5V

复合一只Hfe=100的BJT之后的输出特性曲线：

纵坐标单位为“mA”，横坐标单位为“V”，栅压间隔为0.5V

上面两组曲线的形态基本一致，这保证了复合管的输出特性与电子三极管一致。再请注意纵轴坐标的差异，几乎就是BJT的Hfe值

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    出差了几天，今天把我和朋友们做的几个实例照片放上来。图中的PCB都兼顾了前述的几种玩法，元件可以根据前面的电路图进行取舍。
1、第一版PCB，散热器在PCB中，散热器可以竖立或底装。整机单24V电源工作，灯丝供电为串联设计（通过24V电源稳压得到12.6V），两个作品各用了一对电感做负载。





2、第二版的PCB，灯丝和主电源供电分开，用旧硬盘壳子做散热。



3、第三版PCB，积累了前面的经验，优化了布线，缩小了尺寸。




    这个电路做响很容易，但是为了应对不同的负载阻抗，获得最佳的参数指标，需要对各级的负载电阻和反馈电阻等做细化调整。好在朋友们对其声音的评价都是正面的

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看看变通的玩法：

    1、在使用输出牛的电路中，还可以从晶体管的发射极引出一个输出电容，实现高（32～600Ω）、低（8Ω）阻抗负载通吃，耳机、音箱兼容。

      2、前面的电路图里，都把七极管部分接成三极管来用，跟三极管与BJT复合管构成两级放大，整体增益会比较高。也可以不用七极管放大（将不使用的引脚都接第3脚），直接从三极管的栅极（B点）输入信号，做单级放大的前级或耳放也是可行的。此时需注意的是，输出信号（C）和输入信号（B）是反相的。

    顺便给个实测值：上图电路的开环状态下（不接R4）各关键点的电压增益，在无负载时，A点为53mV，B点为167mV，C点为2V。且失真小于0.5%。此时给输出端加一个100Ω的负载，输出电压跌落至1V左右，但是失真也没超过1%。

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    先更正一下楼上对驱动耳机阻抗的描述。电感负载的电路驱动32Ω的耳机、以及电阻负载的电路驱动100Ω左右的耳机都是可行的，只是驱动阻抗更高的耳机，效果会更理想。
    电感负载的电路图如下：

  该电路在无反馈时（R4取消），输出内阻约100欧，加上100欧负载，失真约1%。加入适量负反馈后，内阻和失真会更低。根据不同的负载阻抗，同样需要对应调整R3、R4的阻值，以达到尽可能低的失真。电感的取值在300mH@0.1A以上就可以了；电感量太小的话，低频响应会不够；大于600mH之后，低频不再有明显的改善，而成本大增。D1在33V电源电压时，用一只绿色的LED；在24V电源电压时，用两只1N4148串联。
    电阻负载的电路图如下：
   

    该电路驱动阻抗为100欧以上的耳机比较好，输出电容的取值根据听感调整吧，如果做前级使用，电容还可以减小。根据不同的负载阻抗，为了得到最低的失真，需要对应调整R3、R4（局部负反馈）的阻值。R5的值也可以根据实际情况来选取，大致在100~300欧的范围。电源电压可以适当取高一点，比如36V，因为R5上有较大的压降。电阻负载电路的频响在音频范围内非常平直！就是电源效率低些，做前级或推高阻耳机都不错。

    由于输出电容的充放电作用，开关电路时会给耳机或后级带来冲击噪声。增加了一个简单的延时电路可以解决这个问题，控制继电器在通电几十秒之后才将输出端子接入电路。该延时电路在使用负载电感和电阻输出时，都是必要的。在牛输出电路时，可以不用延时电路。

调整延时电路的Ra和Ca的取值，可以调整延时的时长。如果使用24V电源，Db可以取消；如果使用36V电源，Db就用一只12V的稳压管。

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    在使用输出牛的情况下，整机的频响多少会受到输出牛的牵制。2楼的搭棚版使用了美国JENSEN的25CV4古董输出牛。
    这个输出牛的阻抗比约为128:8，在接7.5Ω负载，输出0.5W时，测得频响如下：


    从曲线上看，50Hz~20KHZ的频响为-1.5dB，这个实测指标已经非常难得，听感也是平衡的。
    在负载不变时，测得输出牛初级的频响如下：

        明显看到频响展宽了不少，大约是40HZ~40KHz -1dB的样子。这个特性提示我们，如果用高阻耳机，从输出牛的初级取得输出信号，将得到更好的频响。回到电路的架构上，就是使用电感做负载替换输出牛，然后用电容隔直流，直接驱动高阻耳机。100~600Ω的耳机应该都可以（电路图后附）。
    再进一步简化电路，看看用电阻做负载的频响如何？


    不出所料，频响的低频端变得平直了！高频跟电感负载差不多。但是，用电阻做负载的话，这个电路恐怕只适合驱动600Ω以上阻抗的耳机。当做前级使用的话，应该是个好主意。（电路图后附）

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    这个就是楼上搭棚小功放的电路图。
    实测在7.5Ω负载上输出0.5W（失真3.6%），这个指标可以体现该电路在现有条件下的极限能力。增加负载阻抗、减小输出功率，都可以获得更好的失真和频响指标。
    失真FFT分析如下（蓝色）：

    可以看到，失真以偶次谐波为主，符合电子三极管单端电路的特征。如果在输出牛的次级接32欧的负载，输出不会小于0.1W，且失真小于1%。

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    市面能找到的低屏压电子管不多，比如著名的ECC86，用于STC电路也非常好，但是价格……

     ECH83还是相对容易找到的。ECH83是一只为车载收音机等电池供电设备开发的低屏压七级、三极复合电子管，屏压6.3V就可以工作。

    经过几个月的努力，我终于用ECH83复合BJT的STC电路搭棚出来一台音质、电路架构让朋友们耳目一新的0.5W牛出小单端。

    在目前的调校状态下，供电33V，末级静态电流0.11A，每个声道可以在7.5Ω负载电阻上输出2V的电压，输出功率约0.5W；此时失真约3.6%。用来试推8寸的老曹全频喇叭，声音醇美，非常平衡；尤其是低频的控制力和量感，听过的朋友们无不称奇，想不到是这样个头的小功放发出的——得益于STC电路极低的内阻和优秀的线性。这样的功率储备推大多数耳机应该足够；降低功率输出要求的话，失真很容易控制在1%以内，乃至更低。