低雜音MC唱頭放大器製作 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　如果使用唱片做為訊號源,那麼無疑的,MC唱頭是當今最登峰造極的換能裝置了。但市售的MC唱頭,若再加上升壓器(Set up)或放大器(Pre-pre-amp.)則其高昂的售價常令人望而卻步。因此自30期起,本刊即推出MC唱頭前端放大器的製作,希望能引導讀者走向Hi-Fi最高境界。

　　MC唱頭的工作原理基本上與MM唱頭相同,都是把唱針從唱片音紋所拾取的機械振動,去改變唱頭線圈內的磁力線,以便在線圈上感應出電壓。MM唱頭是讓線圈固定唱針的振動傳到線圈內的磁鐵上,磁鐵振動使磁力線變化,故稱為動磁式。MC唱頭剛好相反,它是把唱針的振動傳給線圈,而讓磁鐵固定,也一樣感應出電壓來。

昇壓器?前端放大器?

　　由於振動的部份必須具有極輕的質量,才能使唱針的振動緊跟著唱片音紋的變化,所以MC式必須用很細的線和很少的圈數來繞製;因此MC唱頭和MM唱頭最大相異點之一,即是前者輸出電壓極低。而一般的RIAA放大器又多半沒有足夠的增益來放大MC唱頭的輸出訊號,因此必須先經過放大後,才能送入RIAA放大電路。

　　解決之道第一是採用昇壓器,即利用變壓器將輸出電壓提升至足以推動RIAA放大電路;但昇壓器對交流聲非常敏感,只要有極小的交流磁場就會被撿拾,因此有許多人就為了討厭的哼聲而不使用MC唱頭。第二個方法就是使用前端放大器,它是主動電路,除了可以將MC輸出電壓放大到我們所需之外,還可輕易解決與MC唱頭和RIAA放大電路阻抗匹配的問題。底下我們將談到一個高品質前端放大器的製作,至於想徹底瞭解MC和MM唱頭工作原理的讀者,請參閱本刊64期「每月專載」。

這是一個老線路

　　圖一是本機的線路圖,首次出現係在國外的Electronics Today International雜誌上,本刊譯文則登在53期,由於沒有詳細的PCB圖,故甚少有讀者試製,現為便於說明,特將圖一繪成圖二,這樣看起來就清楚多了。

　　當所加電壓為±6V,而R3使用1K時,Q2之電流為(6-0.6)V/1K=5.4mA,而Q2為4支晶體管併連,故每個晶體各分得1.35mA。至於Q4的基極電位則受R13、R11之分壓比而定,當R13=10K、R11=2.2K時,則R11之端電壓為6÷12.2×2.2=1.08V,因此R15之端電壓即是1.08V減去Q4之基射電壓,故Q4支電流為(1.08-0.6)V/390Ω=1.23mA;而Q4原為兩個晶體管併聯,故每個晶體各分得0.615mA(Q1及Q3同)。

　　本機的交流回授係經R18後分兩路各經2200μF大電容到地,至於直流回授呢?由於C3 C4的存在,使得本機沒有頭至尾的直流回授,因此輸出中點的電位(A點)是不一定為0V的,其解決方法在製作時再談。另外,讀者可對照零件表得知本線路所用的電阻阻值相當低,最高不過是10K,這一點是非常有利的,因為阻值低則雜音低。

雜音問題多多

　　在電路中,任何電阻體(不一定是電阻)內都會因熱騷動產生雜音(Johnson雜音),它與溫度、電阻值、頻帶寬都成正比,以式子表示是Erms=√4KTRB,其中K是波茲曼(Boltzmann)常數,K=1.38×10¯²³Joules/°K,T是絕對溫度(以克氏溫標°K為單位,將攝氏溫度加上273.15°即為克氏溫度),R是電阻值,B是頻帶寬;現在我們就以這個公式來求得動圈唱頭本身所產生的雜音。

　　設所用唱頭為Supex SD-909,其直流阻抗為2Ω,而所處溫度為298°K(即常溫),頻帶寬B設定在Hi-Fi音頻極限,即20KHz,則:

　　除了Johnson雜音外,發生於電晶體的射極接面由於電荷通過時所產生的雜音,叫做Schottky雜音(亦稱Shot雜音),它不同於電壓性的Johnson雜音,由於係電流的流通所造成的,故屬於電流性雜音。其大小是:i²=2qI⊿f,其中q是電子的帶電量(q=1.6×10¯¹⁹庫倫),I是流過接面的電流,⊿f是訊號頻帶寬的變化量。

　　例外尚有1/f雜音(即Flicker雜音),本刊53期由於排版錯誤,誤為I/f雜音。1/f雜音之振幅與頻率呈反比,當頻率降低時,雜音會增加,故多發生在低頻段。

　　由上可知,為將Shottky雜音及1/f雜音降至最低,必須儘量使輸入級之電流降低。但本放大器為獲得低輸入阻抗,又必須增加射極電流;故最好的解決方法就是將輸入晶體改成多個併聯。這樣不但所需的射極電流由晶體分攤,同時因基──射極間接合阻抗亦呈並聯,更使第一級的輸入阻抗降低。

主動元件相當重要

　　在元件選擇方面,電阻全部用¼W金屬皮膜型,電容除C5 C6用鋁質,C1 C2用PS或陶片外,全用鉭質,而晶體的選擇更是重要。本期MC唱頭放大器製作所用的主動元件為對稱型2SA1085/2SC2547,在國內市場目前還買不到,筆者手上的係由笙隆公司提供的。A1085/C2547之VCBO都是120V,Ic都是100mA,Pc是400mW,ft是90MHz,Cob是3pF,ICBO(漏電流)最大是0.1μA,輸入雜音電壓是0.5nV√Hz,並且從雜音特性曲線圖中,我們可看出它的雜音相當低。至於hFE,笙隆公司的都是E級,也就是在400~800間。另外請讀者勿將它拿來與5534AN相比,特別是輸入雜音電壓,1085/2547是單一元件,雜音當然較低,5534AN則是一個OP,兩者是不能相比的。

開始製作

　　首先得檢視PCB,看看是否有斷路現象,以及接地面的防焊孔是否準確。在零件面R5及R7之間有條跳線,宜先接上,其次是全部的電阻,其中R1是匹配MC唱頭負載阻抗,原文是以Switch切換的,但在這裡是固定值,阻值約在10Ω~47Ω之間,視所接MC唱頭而定。筆者用Supex SD-909,故R1選用33Ω(直流阻抗的10倍以上即可)。

　　另外本機為雙面銅箔低阻抗設計,故R1有一端要焊在銅箔的兩面。電阻裝完,可以插上小電容,線路板上如字體印刷不清楚,可參閱本文圖樣,但極性千萬不要接錯。

　　再來是晶體,由輸入端往輸出端看,1085再上面一排,2547在下面一排,並且每排上所有的晶體方向都一致。本電路由於採用晶體併聯,故理論上雜音將降低√4倍,即為原來的½倍,因此只要是低雜音小信號晶體在這裡都可以用;但要注意日本晶體的接腳方向與歐洲晶體不同,以1085/2547為例,它的中間腳是集極,有1字符號的是射極,有3字符號的是基極。

　　最後再裝上兩枚2200μF之大電容,並將輸入、輸出及接±Vcc的Pin裝好,其中輸出端的地或是電源的0電位(可任選一個),要兩面銅箔都焊。

　　全部裝妥後再詳細目視一遍,看看有無短路現象,然後就可以準備電源及三用表做簡單的測試。其中電源為±6V,故最好使用乾電池,在中華路有電池架出售,每組四個3號小電池,買它兩個剛好可做本機的電源。

　　±6V加上後,可用三用表DCV檔量取輸出端的直流電位。如果電表是數字式的,則可發現輸出端直流電壓有300~350mV之高,並且以極緩慢的速度下降。這是由於數字式電表內阻太高,致使C9放電太慢之故;此時可找一枚3.3K電阻併在輸出端,則中點電壓會立刻下降。

　　但是量輸出端的直流電位是沒有什麼意義,重要的是Q9 Q10 Q11 Q12的輸出端,也就是C9的正端。前述本線路由於沒有直流回授,故中點電位將不穩定,如果此點電壓超過1V以上,則表示兩邊元件差異太大,阻值有異或電容器漏電等(特別是2200μF之電容)。如果在1V以內,還要視極性而定,如果偏負,則C9的極性亦要反轉(不反轉亦無所謂,因為輸出端電壓不超過1V)。

　　這些測試完成了,如果手邊還有示波器和訊號產生器,則可做波形觀測。其中FB是吸收射頻雜音的,而R6和C5(R7和C6)則決定低頻響應-3dB截止點,R6用10Ω,C5用2200μF,則fo=½πRC=7.2Hz。為能將頻率降低,R6可加大,但Gain卻隨之變小,如果加大C5,則低頻截止點是降低了,但線路就不穩定了(想想電容器漏電怎麼辦?)。

　　如果Q10 Q12的中點有直流電壓,而且在1V以上(也詳細檢查過,認為元件及焊接都沒問題),就修改R10 R11 R12 R13四枚電阻,但不必每個都變動,只要變動一個或兩個就行了。最後在所有交連電容(C7 C8 C9)的銅箔面都再併上一枚0.1μF金屬皮膜電容,由於其ESR(等效串連電阻)甚高,故也並上一枚0.1μF金皮電容,以改善高頻響應。

電源使用 Pro-1515

　　Pro-1515實在是太好用了,從4V~18V都可調出,因此本電路的±6V電源就用Pro-1515來供應。整個線路圖仍然是原樣,其中R2 R5 C2 C4都空著不接,而Zener則改成LED。因紅色LED的順向壓降為1.65V左右,故R3與R4及VR的安排要約為LED壓降的4倍,如此才好調出±6V電壓。VR用5K,R4用3.3K,R3用4.7K。C1用1000μ,C3用470μ,電源變壓器仍然使用本刊供應之15-0-15變壓器(或12-0-12V),但不建議將電源與放大器裝在一起,如能分開裝則較能避免哼聲之干擾。(註:黃色LED順向壓降為1.84V,綠色則超過2V)。

　　而使用LED的好處就是能夠降低雜音,並且還能將它裝在面板上當成正負電源指示燈用;但其接法與Zener恰好相反(Zener處於逆向偏置狀況),千萬不要接錯了。

試聽

　　唱頭是SD-909,前級是Pro-212+Pro213,後級是海風SW-125M,喇叭是Celestion 44,唱盤是Kenwood KD-600+SME 3009 II。在聽完莫札特KV-525小夜曲後,筆者覺得它與5534AN的MC Amp.差不多,在高頻部份有些差異,但可改變C1和C2使兩者性趨於一致。

　　就雜音來說,兩者不分軒輊,幾乎都聽不到。5534AN MC的Gain較高(雖然我已將它降低一些),如果你覺得本機的Gain不夠(28dB),可略為的提高R4和R5,但不可變動太大。