STC超三接法实质大解析

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日本上條信一开发的超三电路在国内介绍较少，本文试图做一些容易理解的分析。
所谓超三，就是其指标超过三极管电路：首先是线性好于三极管，其次，内阻相当于三极管，再就是功率灵敏度大大优于三极管，电压利用率也大于三极管。【相关阅读请参见：《《浅谈超级三极管（STC）》】
我们来看看STC（超三接法）的基本单元电路：

图中V2为功率放大管，V1为通用三极管，V1阴极的ed为电压信号源，V1整体通过电流源接地。
在进一步介绍这个电路之前，还是先来了解一些基础的单元电路比较好。
1、典型电压并联负反馈电路，电路结构如图：

其中，US为信号源，RS为信号源内阻，RF为反馈电阻，A1是放大单元开环增益，RL为负载，反馈系数b=RS/(RS+RF)，放大系数A=A1/(1+bA1)，是典型的反馈计算方法。
2、将上一电路中的信号源更换成电流源CCS。

由于电流源特性是内阻趋向无穷大，因此，在上一电路中等效于RS --> ∞，RS远大于RF（RF可以忽略不计），反馈系数 b近似等于 RS/RS=1，放大系数 A= A1/(1+A1)，由于A1是开环增益，远大于1，因此A= A1/A1= 1。
因为是电压反馈，具有降低输出阻抗作用，本例是深度反馈，定性分析，输出阻抗大大降低。
3、将2例中的电流源更换为电压控制电流源VCCS，即互导放大器：

若VCCS的互导为Gm ，即受控电流 I= Gm×US，整个电路增益为 A = Gm×US×RF。
4、电子管单级电路中，符合高增益单元特征，能替代上述3例中A1的，为电子五极管。
将五极管替代 第3例中的 A1单元电路：

此时，同样由于深度反馈作用，结论同例3电路。
5、电子管是一种电压控制型器件，三极管，五极管都具有此特性。而五极管由于内阻很高，输出特性具有电流源特性。因此，电子五极管是一种理想的电压控制电流源VCCS。其单元电路的小信号等效电路，如图所示：

其中，rp是五极管内阻，小信号五极管典型内阻往往高达兆欧级别。相比较，其负载RL可以忽略不计，因此，是比较理想的电流源特性。
6、以小信号五极管替代 4例中的VCCS，如图：

其中，小信号五极管内组rp远大于RF，定性分析，结论同3例。使后一级的功率五极管增益为1，输出阻抗极低。
7、带电流反馈的等值三极管
当电子三极管阴极引入本级电流串联反馈以后，从外部看，等效输出阻抗上升，且可以计算。电路结构如图：

在工作点附近，小信号情况下，其等值于一个线性电阻，这个电阻阻值R'F= rp1+(1+u)RK，其中u为三极管放大系数，rp1为工作点附近三极管内阻。
在另一类STC电路中，其本质是两级串联电压负反馈，电路中即用了这种等值三极管的等值内阻作为反馈电阻。
8、以电子三极管内阻来替代原来各例中的反馈电阻RF，可以得到如下图：

其中，图中反馈电阻仍然为三极管V1的管内阻rp1。此时，电路形成了一个实用结构，跟和前面给出的超三电路已经一致！
假设，V2跨导为Gm2，原内阻为rp2，根据反馈公式可得等效内阻rp = rp2/(1+Gm2×rp2×b)。其中，b为反馈系数（这里也是深度反馈），b=1，Gm2×rp2×远大于1，因此，rp= rp2 / (Gm2×rp2) = 1/Gm2 ，即STC单元电路的结论！
同样，由于V1受控于RK，可以求得整个电路放大系数 u=u1。根据u=rp×Gm，可以求得Gm = u1×Gm2。倒退回去看所谓的STC接法，它的本质就是深度电压并联负反馈！
具体实现方法是：将电子管内阻或者等值内阻作为电压并联反馈电阻，双极晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)、电子五极管作为受控电流源。
由于STC接法大大降低了五极管的内阻，使输出变压器的制作变的异常容易，因此，很多改善来源于原本采用的劣质输出变压器。另外，闭环谐波失真过低没有太大意义，人耳对此不甚敏感。
但是，上述等值电路始终是在小信号模式下分析。当信号幅度较大的时候，并不是所有的电子管都具有良好的线性。由于反馈电阻是非线性电阻，因此，超三的各次失真分量并不具有可控性，也未必随着负反馈同比减小。
另外，深度反馈电路在对应复合负载的时候，具有很大的不确定性。尽管静态指标优秀，但是动态指标则不得而知了。我想既要看到深度反馈的优点，也要辩证的看到可能带来的问题。
因为深度反馈电路，当输出为阻容负载，瞬间给了一个脉冲，容性负载电压不能突变。于是，反馈信号不能及时给出，推动级即产生过载。一旦产生过载，这是任何反馈都无能为力的。
我们的反馈理论是建立在线性系统基础上的。同样，阻感负载因为电感续流作用，也会产生问题。
另外，由于是非线性电阻，不能如实的将输出管各次谐波失真反馈回来，给系统增加了不可控制性。
实际上，系统越是高级，可以发现这种深度反馈，在交响方面表现越差，并且不够自然，过于造作。静态指标是由于100%电压反馈带来的，由于电压负反馈，输出阻抗很低，输出变压器要求就降低很多，这是它静态指标表现好的根本原因。与其这样，不如用阴极输出器做输出级，其实两者都是一样，缺点也类似。
由于国内很多人仅仅从表面去了解了这个线路，只看到了表象，所以我写了这样一篇文章供参考。上條信一还有一个有名的电路是企图采用失真抵消原理提高系统表现，可惜也只是数学公式游戏，实际上其中反而弄巧成拙为正反馈。
至于串入二极管，是国外业余爱好者Patrick Turner首先提出的。超三线路，法国人首先已经给出，其实国外高手都研究过，好坏已经被历史证明了。
花絮：早在20世纪70年代，法国就有STC超三应用的电路，但是昙花一现，反而给日本人申请了专利，姑且不揣测是否巧合，但其中故事就不得而知了。(本文是家电维修杂志社论坛小编网络收集资料，更多相关内容请到交流论坛发言https://www.jdwx.cn/bbs/)