以JC-2為藍本造一台高性能前置放大器 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

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　　素仰「音響技術」向以報導世界著名廠牌、高性能的音響器材為旨趣,在這些著名的音響器材介紹中,像有關於JBL和Marantz等器材的電路結構與技術剖析,不僅對放大器的生產商提供了莫大的助力,尤其對有如筆者般的業餘音響製作者,更引起相當鼓勵作用。

　　近十年來,半導體和應用技術上不但有著極大進步,而且美國音響器材製造廠商像JBL和Marantz等,都已成為老牌,而且最近的話題中心則移轉到放大器製造廠商新秀中的佼佼者Mark Levinson、GAS及AGI等。

　　此等製造廠商之特點,是藉助能使美國航空暨太空總署(NASA)的科技、不斷推陳出新的技術人員、及科學家們所設立的Garage Maker(編註:這是指僅有十數名技術人員卻專門製造「極品」的小公司)為基礎,因此,所製造的放大器與往昔迥然不同,他們近期所生產者,均係極端獨特性能優異的放大器。

　　簡單的說,他們這些產品的特徵,多係針對密集技術及理論基礎,配合自己的新構想而生產出這些性能超異的音響放大器。

　　具體來說,是融合了精密儀器、電腦技術、最新構想、可靠性甚高的MIL規格零件,及簡單電路的理想結構。

　　尤其在運算放大器使用方法上,更為巧妙獨到。筆者亦曾使用類似的運算放大器,由於受到技術限制,仍以使用IC為最佳,由此看來,更可了解個人技術的缺失和知識的貧乏了。

　　本章僅以前述廠牌中的Mark Levinson JC-2為模式製作前置放大器,並與讀者共同研究美國科技新生代放大器的電路技術,俾期共同習得符合邏輯的設計構想。

放大器的基本結構

　　放大器的試作模式既已決定採用Mark Levinson公司的JC-2,然其電路圖和方塊圖尚未公開,不甚了解,故除根據目錄和實體予以推斷外,別無他法。以下的介紹,就是筆者根據推斷為基礎所得的結果加以說明,敬請讀者參考。

　　JC2方塊圖,係NFB型的RIAA均衡放大器和平坦放大器所構成,不過並未使用音調控制器及濾波器。

　　均衡放大器和平坦放大器主要部份的各個聲道,分別成一模組(Module),共計由四個模組組成。電源部分係模組化的定電壓電源,和機器本體分別裝在不同的外殼內。不過均衡器所用的電壓調整器,係裝在機器本體內部。有趣的是:卻沒有電源開關此係由於各個組模上,係用A類推挽動作,經常有不小的靜態電流(idling current)流通,想係欲使動作更穩定的緣故。

　　關於JC-2所用的重要模組電路,亦係Mark Levinson公司本身製作,故外人亦無法獲悉其中奧秘。然而,初期高級機種LNP-2型,係Burwen公司製作的UM-201型模組,分別用在均衡放大器和平坦放大器上。Mark Levinson公司製作的模組,若與UM-201比較,雖在回轉率(slewing rate)上已大幅改進,唯在基本電路的結構上,仍然類似。因此,此次係網羅與Burwen UM-201型模組相當的產品加以使用。

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　　Burwen UM-201型的模組,其內部的等效電路如圖1所示。由等效電路及應用實例上觀察可以了解,若設計用在麥克風放大器或平坦放大器上時,只要另外裝上一個電阻即可。若應用在RIAA均衡放大器上時,亦僅加上兩個電阻即告完成。

　　有如UM-201一般,能將外裝的電阻及電容器同時模組化的產品,並不多見。倘若僅網羅與放大器部份相當的市售調整台用OP放大器則有東京無線電器材的LX-108、109,東京光音電波的HM1010及2010等產品。因此,此次試作時,係採用東京無線電器材的LX-108,作為均衡放大器用模組。關於採用FET輸入的DMC162A,作為平坦放大器之用者,爾後尚有說明。

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　　表1及圖2顯示LX-108的性能及其應用電路圖例。LX-108系雙極輸入OP放大器,即使用在專業音響器材上,亦能充分涵蓋各項所需的特性,是以最適合做為前置放大器之用。

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　　圖3係顯示使用LX-108的均衡放大器電路。圖2所示係東京無線電器材目錄中的應用圖例;β電路中插入220μF的電容器使之成為AC放大器。我們把由AC放大器結構的試作機器,和由DC放大器結構的試作機器用開關切換來從事聽覺測驗,其結果仍以DC放大器的結構效果較為優異,所以本機器係由DC放大器所構成。有關此β電路電容的影響,不但經過試聽,且經作過多項測試,由於未能獲得明確結果,未便發表,本章不再贅述。1KHz、10KHz、20KH等頻率較大的THD特性大致不變,頻率小至10Hz者,其AC放大器的性能,與DC放大器的性能稍有差異,在感應哼聲的影響上,亦有明顯差距。

　　若係AC放大器,在此點上,則無須過分擔心;而DC放大器亦有偏位電壓溫度漂移問題存在。關於此點,在調整項內尚有敘述,然在此級中增益(gain)較大,則偏位電壓的調整與溫度漂移等問題,均將令人感到困擾。

　　本機中,因係以PHONO的3mV輸入,使均衡放大器能在REC OUT輸出100mV(1KHz)狀態下,從事30dB(1KHz)的增益。此時若係DC放大器,則其增益約為50dB(約300倍)。

　　在非反轉的輸入端子上,插入有R1(47KΩ),作為唱頭的負載電阻。近來,MM唱頭的直流電阻,因有較以往產品略小的傾向,且多為500Ω左右,因此,反轉側輸入端子的R2亦為470Ω。若此R2值過大時,反而在雜音層面上產生不利影響。在OUT PUT的端子上,利用1.5μF和0.1μF電容器的插入,用以擔負截斷超低頻的功用。

　　此外,必須顧慮之事,即係由於LX-108是雙極輸入型,輸入上必然會有偏壓電流導通。可在PHONO輸入裝上唱頭(MM或MC),或用470Ω左右的電阻進行歸零的調整,以使偏位電壓成0伏。此狀態下將輸入開路時,R1兩端上產生5mV的電位差,且OUT PUT端子上,約呈現-1.5V的偏位電壓。此5mV的電位差,係以10個LX-108在各種不同的室溫下,經過八個月期間所測定的,而且10個均顯示同樣的結果。此110nA的電流值似乎較說明書資料上的25nA(typ)及75nA(max)為高。

　　在PHONO輸入上,雖可裝用MM唱頭或MC唱頭用昇壓變壓器,然若係連接MC唱頭及前端放大器(head amplifier)時,則PHONO輸入亦與前端放大器電路結構相連,則偏位電壓不一定會保持在0伏,(筆者試作中,連接前端放大器時,其偏位電壓成-1.5V狀態)。

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　　為了深入探討此項偏位電壓對於失真率的影響,曾經做過如圖4所示的失真率特性比較,然而卻未發生任何誤差。以MC唱頭加上前端放大器(偏位電壓為-1.5V狀態下)後,從事聽覺測試仍無任何問題。雖然截割電位(clipping level)降低,不過其降低程度並不致形成問題。

　　另一項值得留意的事,及係唱頭線圈上有110nA左右的直流流通,此項電流在比較聽覺的結果上,似乎亦不會形成問題。當然,這種程度的電流值,無論對MM或MC唱頭均不致使其線圈燒燬,然而值得注意的事,是在輸入是否插入品質良好的交連電容器(此時,若調整100KΩ的修整電位器,則其偏位電壓亦不能成「0」狀態。且交連電容器,若係使用電解電容器時,則受洩漏電流影響,常會產生嘰嘰喳喳的雜音,故宜使用薄膜電容器為妥),在平坦放大器,使用FET輸入的162A代替LX-108較佳(若改用162A時,需將修整電位器由100KΩ改為1KΩ)。

平坦放大器電路

　　裝均衡放大器時,只要考慮唱頭或變壓器與前端放大器之間的連接即可,然而平坦放大器時,因前段加有VR,故若與上述的均衡放大器結構相同時,則因VR滑掣(slider)的位置會使偏位電壓變化。因此,此段採用FET輸入者較佳,然而並非使用LX-108為本體,而係使用FET輸入的OP放大器模組,且需要採用迴轉率較大者,如Teledyne 1026和DMC 162A等,似乎都是可用的零件。

　　此次使用手中現有的成品162A,此種零件雖然較上述的LX-108迴轉率為大,然而雜音卻嫌略多。可是,因係平坦放大器,故影響不大,表2所表示,即是162A的規格。

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　　因此段只將100mV左右的輸入放大為1V左右即可,故其所需的增益為10倍(20dB)。其電路如圖5所示,不需要相位補償電容器。輸入側上亦未接有截斷直流之用的電容器,故不致有溫度漂移問題產生。又當電源加入時,為了消除截斷瞬間爆裂式雜音(POP noise),尚接有靜音繼電器(muting relay)。

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電源電路

　　JC-2的電源部分與其他部份相同,亦係使用模組化的定電壓電源,與機器本體能分別裝在不同底座上的此類模組,可由秋葉原公司購得,其他公司亦有類似的產品銷售,唯價格較為高昂,好在係自行試作,所以無須過份計較成本。

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　　電源部分對音質良窳與否影響極大,最近廠商所製造的放大器,大多用左右兩個不同的電源,或將供電源路裝設在銅片上等,以減少雜音。各種情形,筆者均曾做過試驗,若使用電源內部阻抗較高者時,則串音特性不良。僅為顧及聽覺結果,有時感到電源阻抗愈低愈好。因此之故筆者利用個別元件(discrete element)及IC製作了四種定電壓電源,就測試中結果良好者加以介紹。其電路如圖6所示,因係使用固定輸出為±15V的東芝TA7179產品,所以可以說並不是什麼龐然大物、特別重要的電路。雖然經過改變PC板銅箔圖樣與外裝電晶體後,再行測試,仍然無其他振盪。

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　　電源電路的印刷基板上,為了消除電源ON-OFF時的爆炸雜音,尚有靜音繼電器的驅動電路,其延遲時間約為5.5秒。

　　本次實驗如JC-2一般分別把電源變壓器與機器本體分離者,以及內裝環形變壓器(Toroidal transformre)型式者各兩台,而且經過分別測試。然而由於哼聲和輸入換算雜音電壓均無改變,故向讀者介紹這項變壓器內裝型。此次所用的變壓器,雖然性能優異,然而是否經常如此,尚難預期。

機體結構

　　綜合上述,前置放大器的各部電路結構中,必須有Function切換電路,及Tape-monitor電路等。

　　此次所用的底座尺寸,亦與JC-2完全相同(EIA標準架座型),故面板高度較50mm為低,開關等類無法安裝太多,只適合簡單的電路結構,僅供最小的必要功能之需。

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　　因此如圖7所示,機體結構非常簡單。在各種濾波器種類中,尚有用以截斷錄音機特有的超低頻信號之用的次音頻(subsonic)濾波器。

　　上述結構,因與音量VR有關,故進一步闡明使用此次方法的意圖。

　　在電平VR後的主音量VR上,決定使用分段式VR,因此種VR連動誤差甚小,然而在夜間使用時,因為每一段的變化範圍過大加一段則太大,減一段則太小,常有無法獲得足夠音量的情事。

　　此種狀況下,若將前段的電平VR略為轉小,即可獲得較佳的音量控制幅度。作平衡VR使用時,與電平較小之側配合,調整電平較大之側的VR,使兩者一致即可。而且僅做單一聲道電平控制,仍可使其截斷成OFF狀態。

　　JC-2上雖然並無電源開關,然而本機上仍裝有電源開關。不過本機的電源開關僅從事ON-OFF動作,並未裝有AC電源插座。此係由於最近的功率放大器,多係使用環型變壓器,電源投入時湧浪電流較大的緣故,因此,電源開關另外設置較佳。

使用零件

　　表3所示,即本機製作時PC板所用零件的一覽表。(蘇桑註:原文並無附表3)

　　LX-108及162A上,都有專用的插座,且市面上亦可購得,然而,本機並未使用插座,係採取直接焊接方式。

　　均衡放大器輸出端的電容器,對音質影響甚大,務須從事各項測試。本機係使用德國西門子(Siemens)公司的MKH電容器。其偏位調整用的修整電位器(trimmer),係使用英國Spectol公司所製造的。

　　靜音用的磁簧開關(Reed relay)係使用National NR-S-12V,若使用其他產品時,尚須配合PC板圖樣與線圈的電流值,以調整R13。

　　電源電路的種類,以手頭上所有的,選用大小程度適當者。此外,定電壓電源的2SC1161及2SA653上,加不加散熱片均無關緊要。

　　功能切換用的轉動開關,係將富士通的1段雙電路6接點的成品,改造成4段後使用。若係Alps Y型轉動開關,因外箱高度較低,與本機尺寸不合,無法使用。在電源開關與Tape-Monitor開關上,係分別使用6P與9P的撥動開關。

　　VR的種類,係使用24ψ密閉型作電平VR之用,其主VR上,則係使用Alps分段型。電阻的種類,電源部分係使用碳質者,其他部分則使用金屬薄膜的F級產品。因使用數目不多,故在成本上無大差別。

　　除鉭質及電解電容器外,電容器的種類,其他尚使用有G級的聚苯乙烯樹脂薄膜電容器,及西門子公司的MKH電容器,因誤差為±15%,故在RIAA偏差上頗感擔心,不過曾經過多次試驗,其誤差均在±0.2dB以內,故無大礙。各個OP放大器電源接腳的旁路電容器,因係使用手中現有成品MKH電容器,否則仍以選用高頻特性佳的產品較佳。

　　在底座和外殼的類別上,本機器係採用市售的EIA規格rack mount的Ideal RP-50面板,和Reed SC-50鋁質V型底座配合裝設,底板和頂板係用鋁板自行製作而成。完成後的尺寸就和JC-2相同了。以JC-2為模式的底座結構不但製作上簡單,且是極富技巧頗為合用的標準型式。SC-50的板厚為1.6mm,面板厚為4mm,是一種極為牢固的機體外殼。

　　其次介紹的,是配電線路用的線料,機體上未使用任何隔離線,在容易受到雜音影響之處使用絞線(twist),在比較信號電平較高之處,則是使用平式電纜。又電源配線上以及較粗的線料與地線上,則係使用平式編織網線。

調整與測試

　　除底盤製作外,關於電路的裝置比較簡單,只要在連接上不出差錯,即能產生正常動作。各個OP放大器上,僅有四個偏位調整係需要調整之處。

　　在偏位調整之前,須先確定電源電路是否正確無誤呈現±15V的輸出。此時尚需檢查在無負載及100mA左右的負載電流流通的兩種狀態下,有無振盪。

　　均衡放大器LX-108的偏位調整,可利用大約170Ω的電阻,使PHONO輸入短路進行調整;或裝用MM(MC)唱頭,調整LX-108的第6腳成0V狀態。作者測試8個LX-108的結果,以100KΩ的修整電位器,不能偏位調整者僅有2個(不能成為0V)此時若將修整電位器換成150~200KΩ時,則一切又恢復順暢。

　　平坦放大器採用162A時,則將主VR回轉到底;為使OUTPUT端子成0V狀態,可調整1KΩ的修整電位器。調整之後,尚需確定是否即使移動主VR,偏位電壓仍無變化。

　　此四個修整電位器位置經過調整,俟通電後每約一小時須再行調整,每五個小時,須再從事檢查。筆者經過夏秋冬三季,在八個月的時間內,做過不同室溫下的測試,由於並未發現162A的偏位電壓漂移問題,因此不但可以作為OCL電路之用,且可安心連接在DC功率放大器上。但在LX-108這邊,由於均衡放大器的增益較大,使得輸出有些微擺動,其擺動幅度約為±15mV,不過因輸出端尚有電容器,故亦無須為此過分擔心。此外,關於偏位電壓的偏移,對音質上不致產生太大影響。

　　完成偏位調整後,其他部位即無須再行調整,因此當確定訊號系統配線無誤時,即可從事各項測試。圖8~11即係筆者所製作的各項資料,在此提供給讀者參考。筆者不但製作過四台,而且各項資料齊全,所以重新仿製,並不困難。

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