关于电子管与晶体管失真问题的讨论

yyy9

一提到电子管功放与晶体管功放,总会看到关于这两类元件谐波失真的结论。
  早就对此感兴趣，但一追问原由，就会得到一大堆傅立叶变换等名词，可就是看不到真正有价值的东西！
  前些日子，论坛中又出现这个话题，令人高兴的是，这次真遇到明白人了，经过多次问答，这两类元件谐波失真的理论依据在我面前终于第一次水落石出！
  别笑话我无知，隔行如隔山，因为我不是这个专业的，所以别人觉得理所当然的事情，我不弄明白究竟，也就不会轻易接受。
  同时，上论坛这么多年，经常有人拿这个结论解释许多问题，在清楚了问题的基础之后，对此有一些体会，作为对论坛的回报，也作为我08年开的第一帖，发表在此大家互相学习交流！

yyy9

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首先,我把讨论过程中已有的内容原封不动地引用过来,供朋友门参考。
  从中，大家也可以体会出不同专业的人，思维方式矛盾的地方，但对于认真的人来说，这也是最能相互学习共同促进的时候！
  希望有兴趣的朋友，在认真地看完下面引用的帖之后，结合自己的经验将体会发表出来一起交流。
  当然，在我转贴完之后，我要总结总结我的体会与感想。

yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-3 22:26 发表



[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-3 17:42 发表
FET输出的功放，如有可能，就全FET机。
胆机，就是在接近过载是是柔性失真。FET也有这个特点。
电子管，偶次失真为主，奇次很少。晶体管奇次较多。FET基本是二次（数值也非常低），高次极少。
所以，FET是最优质的音频放大器。

FET末级一般是源跟随器，跟三极电子管的特性非常的象。

功率可以使用的更为临界，即小功率大推力。

由于没有输出变压器，频带非常的宽，当然声音就不完全一样，而是现代声。

但仍有饱满，润泽的感受。

当今市场上，FET功放少之又少，得仔细找。

本帖最后由 yulihua 于 2007-12-3 18:02 编辑

原帖由 yulihua 于 2007-12-3 17:42 发表
FET输出的功放，如有可能，就全FET机。
胆机，就是在接近过载是是柔性失真。FET也有这个特点。
电子管，偶次失真为主，奇次很少。晶体管奇次较多。FET基本是二次（数值也非常低），高次极少。
所以，FET是最优质的 ...

  "电子管，偶次失真为主，奇次很少。晶体管奇次较多。FET基本是二次（数值也非常低），高次极少。"
  这个,能给出有说服力的理论与实验吗?
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yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-5 17:11 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-5 12:57 发表

电子管是 3/2 次方曲线，FET是平方曲线，晶体管是指数曲线。
这在讲原理的书中有。
经过傅立叶变换就是这个结论。
如果推挽，甲类：偶次抵消，奇次叠加。乙类：偶次转为奇次。

  这些原理,能推荐几本书吗?
  说实话,你说的这些,俺一点也看不明白,惭愧每年我都讲《积分变换》！
  “电子管是 3/2 次方曲线，FET是平方曲线，晶体管是指数曲线。”，这究竟是什么意思？如果这里说的各种曲线就是我们通常说的函数图象的话，我可以副责任的说，得不到那些“奇偶次协波“的结论。

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yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-5 17:11 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-11 12:52 发表

这些曲线指的是输出电流与输入电压的比值。
虽然大体是线性的，但是会有点弯，弯的形式是如上函数。
对f(sin(ωt))进行傅立叶变换就可以了。

本帖最后由 yulihua 于 2007-12-11 12:53 编辑

  谢谢回答!
  可惜,我还是得不到前面那些奇偶次协波的结论。

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yyy9

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原帖由 yyy9 于 2007-12-12 14:32 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-12 11:35 发表

错了，对f（）进行傅立叶变换就可以了。
对于2次，sin2(ωt),积化和差试试。

  不用试,得不到。

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nbaudio

2008第一炮，推翻基礎理論。[s:6]

yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-20 07:41 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-19 10:44 发表

唉！这道初中题还得我这个老头子给你做！
sin2(x)=sin(x)*sin(x)= 1/2*cos(0)-1/2*sos(2X);
一个sin函数通过一个平方函数，只有2次谐波，其他自己推导。
当然，多个频率通过这个器件时，不管什么曲线，只要不是线性，都会产生互调。

平方率产生的互调成分是最简单的。

本帖最后由 yulihua 于 2007-12-19 11:26 编辑

  看来老哥误会了!
  算这些东西对我来说不是问题,我是靠传授它们吃饭的。
  我是说你给出的那些曲线，无论是经过傅立叶级数展开还是经过傅立叶变换都得不到你前面说的奇偶次协波的结论！
  更不会出现经过和差化积或积化和差就把n次协波抵消的事情！无论n是奇数还是偶数，关于n次协波的定义如果至今为止还没有重新定义得话，。可能我的学识比较差，这方面如果有什么新进展，还请老哥指教！
  ；另外，纠正一下：
“sin2(x)=sin(x)*sin(x)= 1/2*cos(0)-1/2*sos(2X);”
  上面这个不是初中的知识，是高中的三角函数内容，也不叫你前面说的那个名称，这是余弦倍角公式的变形。
“一个sin函数通过一个平方函数，只有2次谐波，其他自己推导。”
  正余弦的平方只有偶次协波，这个是正确的，但得不到你前面那些结论！

[/quote]

yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-27 18:32 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-20 19:50 发表

怎么成了信号分析专题了？
我再帮你做一下：
设f(x)=(x+5)2(曲线不用我画了吧，关心X=0附近）,x=sin(ωt);
f(x)=x*x+10X+25;
=1/2*cos(0)-1/2*cos(2ωt)+10sin(ωt)+25;
这输出函数只有2次谐波。
这个简单函数，不用傅立叶变换也可以。

一个2次多项式，随便使用哪一段，都不会出现高次谐波。

多少次的多项式，就是多少次的谐波，数学如此精妙，揭示了事物内在的、本质的特征。

3/2次方会出现高次谐波，但不太多。指数函数会出现大量高次谐波。

本帖最后由 yulihua 于 2007-12-20 20:30 编辑

  首先，我是很认真地请教老哥，希望能严肃地回答我的问题，否则就不要这样应付我了。

  也许我太无知，上面这些，我看着都是错误！

1.“我再帮你做一下：

设f(x)=(x+5)2(曲线不用我画了吧，关心X=0附近）,x=sin(ωt);

f(x)=x*x+10X+25;

=1/2*cos(0)-1/2*cos(2ωt)+10sin(ωt)+25;”

  这样的计算，希望以后再不要做了！估计老兄荒废这方面的知识的时间比较长了，你只要说说要算什么就行，这么简单的计算，我根本不用你来示范，且不会出错。

2.“1/2*cos(0)-1/2*cos(2ωt)+10sin(ωt)+25;

这输出函数只有2次谐波。“

这个简单函数，不用傅立叶变换也可以。”

  直接构造这么个函数，当然只有2次谐波！且不是“不用傅立叶变换也可以“，而是根本就用不着！

3.“一个2次多项式，随便使用哪一段，都不会出现高次谐波。

多少次的多项式，就是多少次的谐波，数学如此精妙，揭示了事物内在的、本质的特征。“

  请明确给出出处！我在给学生讲谐波分析的时候，n次谐波的定义可不是这样的！

4.“3/2次方会出现高次谐波，但不太多。指数函数会出现大量高次谐波。“

  这根本不是我要了解的,我非常清楚它们的频谱，从你提供的结论看似乎你不是很清楚!我最想知道的是前面那些奇偶次谐波是怎么来的

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yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-27 23:46 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-20 19:50 发表

怎么成了信号分析专题了？
我再帮你做一下：
设f(x)=(x+5)2(曲线不用我画了吧，关心X=0附近）,x=sin(ωt);
f(x)=x*x+10X+25;
=1/2*cos(0)-1/2*cos(2ωt)+10sin(ωt)+25;
这输出函数只有2次谐波。

你估计没有理解我前面的回帖吧?

原帖由 yyy9 于 2007-12-20 07:41 发表

正余弦的平方只有偶次协波，这个是正确的，但得不到你前面那些结论！

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yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-28 00:02 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-20 20:19 发表

本人所云非玄学也。电子管的3/2次方理论是有根据的，当年这种书很多。现在竟然一本也找不到了。
容我一些时间找找。你看电子管的特性曲线，条条都是3/2次方的。
下文是FET的，其实FET也含有3/2次方因子，据说近似公式是平方的，居然实测也是平方的。

http://www.dz863.com/Power-Manag ... electronics/FET.htm

http://www.sumzi.com/cn/detail.aspx?id=958

本帖最后由 yulihua 于 2007-12-20 23:52 编辑

  我的问题是,利用这些结果,得不到前面说的那些奇偶次谐波的结论！

  请不要，在把正弦或余弦函数代入这些函数，如果广泛传播的电子管晶体管的那些结论是这么来的，真就是忽悠了！

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yyy9

原帖由 yyy9 于 2007-12-28 00:39 发表



[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-27 09:42 发表

关于电子管和FET,前边已经提到．晶体管如下：
3．PN结电流方程
i=IS（e^u/Ut -1）

式中：IS——反向饱和电流。u——外加电压
                       UT——温度电压当量，常温下UT=26mv（T=300K)
http://jwc.ncist.edu.cn/jpkc/moni/jiaoan1.htm

好了，

“电子管是 3/2 次方曲线，FET是平方曲线，晶体管是指数曲线。”，根据都已经找到．

前边说到，二次曲线，只含有二次谐波，推论：多项式最高多少次方，就有多少次谐波。

３／２次方和指数曲线呢？

可以用麦克劳林展开式，它们都有无穷次方．比较它们的系数就可知谐波多少．

当然，每种器件在其工作点附近只是这些曲线的一部分，选取好的工作点，可以使曲线尽量平直．

晶体管虽然失真较大，可以通过深度负反馈解决．

另两种，浅度负反馈就能满足，避免深度负反馈带来的负面作用．

综上所述，我的看法，还是FET好．

本帖最后由 yulihua 于 2007-12-27 10:07 编辑

  衷心感谢提供的资料！

  不过，在频谱分析里，n次谐波并不是按幂级数展开式定义的，而是用傅立叶展开式来定义的。

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yyy9

原帖由 yulihua 于 2007-12-28 20:00 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2007-12-28 20:00 发表

怪了，输入函数代入传递函数=响应函数，这是基本分析方法呀！
自变量，一个输入信号，X=sin(ωt);
一个放大器，具有传递函数：
f(X)=aX2+bX+c
代入，整理，得到输出函数，结论就出来了，忽悠谁了？
我们提到放大器的失真，指的是当输入一个正弦信号时，输出中所含谐波成分，您别误解，以为输入任何信号啊？

测试也是如此啊，送一个正弦信号，测输出的各种频率成分。

你送方波啊，那什么谐波没有啊！

前边用词可能不够严谨，说的不是高次谐波，而是高次谐波失真！

本帖最后由 yulihua 于 2007-12-28 20:35 编辑

  谢谢这一帖!

  终于完全明白来源了!

  看来隔行如隔山！因为相关言论总提到傅立叶变换，我自然就从积分变换，频谱分析的角度去思考，没想到竟然是这样！这哪里用得着傅立叶变换，傅立叶级数也用不着呀！一个合格的中学生就足以解决...

  用这样的结论来解释不同器件功放特点未免太牵强了吧？如果有兴趣，我把咱们的帖整理整理，重新开帖，并欢迎有兴趣的朋友参与讨论，就从信号处理出发继续这个话题如何？否则俺就不再回帖了。

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音乐老师

好贴，顶一下！
建议YYY9先生讲课时，拿一台单管2A3的胆机（据说单管的电子管机器偶次失真为主）和一台晶体管机器，分别推一只JBL4208的箱子，再请你们家的小姑娘来一段钢琴的现场演奏，这样理论结合实际的课会有意思，呵呵！[s:97] [s:21]

yyy9

原帖由 yyy9 于 2008-1-2 13:21 发表


[quote]原帖由 yulihua 于 2008-1-2 10:24 发表

中学生的计算能力是够的，缺乏的是理解力。
我也是通过辩论加深理解的。
正确的分析方法是：f(sin(ωt)).

一个放大器，信号当然不会是简单频率。用实际信号我们将无法测试和评估设备。
只好采用：
1、无信号。看噪音指标。

2、一个正弦波，看谐波失真和频率响应。对f（sin(ωt)）进行傅立叶变换。

前边你也看到了，我对f（sin(ωt)）、sin(ωt)*f还是对f进行傅立叶变换有点糊涂。应该是f（sin(ωt)），只有线性系统才可以sin(ωt)*f。

3、两个正弦波，看互调失真。对f（sin(ω1t)+sin(ω2t)).进行傅立叶变换.

对设备的评估，目前似乎只有这些方法，如何说是牵强呢？

当然仅凭什么函数断言如何如何欠妥，还要看实际工作点到底有多大程度的非线性。

还有，傅立叶变换的性质，

一次函数没有谐波失真和互调，几次函数只有几次谐波失真，是有定论的。

关于奇函数、偶函数产生对应的奇次和偶次失真，也是是有定论的。

较圆润的函数有较低的高次谐波，较陡峭的函数有较高的高次谐波，也是是有定论的。

要我证明要写好多篇，懒了。

本帖最后由 yulihua 于 2008-1-2 11:25 编辑

  感谢老兄再次回帖!

  我也是在与老兄不断讨论中,越来越明确的,为了新年,那我就开帖了,老兄不忙的时候欢迎指教!

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