由於 ESS 功率擴大機之仿製之後,我又寫了一篇以同樣架構裝置 100 瓦擴大機之方法,加上本刊讀者服務部大量供應此型萬能驅動板,以及中華路可以買到洗好的線路板,使得試裝此機的人數與日俱增。而在此同時卻也有許多奇奇怪怪的問題回來,這中間自然以電源及輸出電路的設計問題最多,因此我想再這裡做一簡要而實用的說明,算是綜合性的答覆。
Q.我想利用 ESS 的驅動電路,裝置 200 瓦的擴大機,但在29期的表中,卻查不到 200 瓦應有的電壓,請問電源變壓器的電壓應該如何設計?
A.功率擴大機中電源變壓器的電壓設計,有兩個方法:
第一、先以輸出功率球出輸出電壓,決定 Vcc 電壓,然後推算 AC 電壓。若以 200 瓦擴大機為例:
(1)輸出電壓應為
√200(W)×8(歐姆) ×2√2 =113 伏(p-p)
(2)Vcc 電壓至少應為 113 伏+0.6 伏×2 =114.2 伏以上,若加5%則大約為 124 伏,亦即 ±62 伏。
(3)若要獲得 124 伏的 Vcc,必須要有 124 伏/√2 大約為 88 伏應平分為二,亦即 44─44 伏,或88Vct。
第二個算法比較簡便,因為由交流峯值到直流,再由直流到交流 RMS 值的換算均是函數√2 或 2倍,所以我們可以把此過程根本省略。以 200 瓦為例,在8歐姆時之輸出電壓為 40 伏,酌加10%為 44 伏,這就是電源半邊的電壓值,合計要兩組 44 伏的 AC 電壓。這個算法不是很簡便的嗎?
Q.那麼電源變壓器所需電流又是怎樣計算的呢?
A.關於電源變壓器電流的算法,雖然也可以算出來,但電源變壓器本身究竟是多少安培的卻須由其他因素決定。
因此之故,往往甲廠所製 4A 的變壓器和乙廠所製 3A 的變壓器,其電器性能完全一樣,但他們所標示的電流卻有不同,我們並不能因此而指責甲廠誇大,乙廠實在,因為在實際上,甲、乙廠所取標準不同,甲廠所只是在 4A 負載時有 5% 的壓降,而乙廠則指 3A 負載時有 4% 壓降,如令甲廠的變壓器僅有 3A 負載時,也可能只有 4% 壓降。因此我們無法單從變壓器的安培數而確定其電流容量,至少還要看它有多少的壓降。
在上一問中,我們曾將 AC 電壓酌加 10%,其中有一半就是為電源變壓器的滿載壓降而加的,另一半則為放大電路的損失。
如果以以上的標準來推算變壓器的容量,可將輸出功率酌加 30~40% 即為變壓器的總功率容量,以 200 瓦為例,加 40% 即為 280VA,而所需電壓為 88 伏,因此就需要 280/88=3.18A 可用3.2A 或 3.5A 之變壓器,如為 3A 也勉強可用,端看變壓器師傅是怎麼給你算銅線的了。
Q.一般功率擴大機中所用的電源濾波用電容器的容量大小,有沒有什麼決定的原則?為什麼有人說愈大愈好?而又有人說不必太大,只要一兩千 uFD 就夠了?
A.若純以電源平滑作用而言,自然是容量愈大愈好,但容量一大之後,除了成本及體積之增加外,還要考慮到整流子容受瞬間電流的能力。
濾波電容量的大小,對小功率輸出時,影響極微,但一到接近全輸出時,漣波率就會加大,因而直接影響到擴大機工作的穩定性。事實上一個做為電源濾波用的電容器,除了考慮其電容量的大小之外,還有一個更為重要的參數──漣波電流。所謂漣波電流乃是指這個電容器最大能供給的電流,如果超過此電流便可能發熱而毀損,關於這點,記得非君子在讀圖試圖和改圖中曾做過詳細的分析,請讀者自己參考。
由於每個電容器製造廠製造電容器的材料、處理方式等都有出入,因此不一定同一電容量的電容器都允許有同樣的最大漣波電流。而目前市面所出售的電容器除了標明電壓及容量外,並不告訴我們容許的漣波電流有多少,最近我們已給亞士能公司一個積極的建議,希望能將電流標出,這樣一來,只認電流或要比看容量要更可靠一些。
Q.為了裝置大功率的擴大機,我買了不少舊的大容量電容器,有些上面標明了 80WVDC 100SV,此 SV 和 MV 各代表什麼意思?我可以加上 100 伏的電壓嗎?
A.就字面上的意義而言,WV 代表工作電壓(Working Voltage),SV 則指突破電壓(Surge Voltage)。平常使用時只能加給工作電壓值。
在製造過程上,一電解電容器耐絕緣電壓主要決定於鋁箔在陽極氧化處理過程中,所用電解液性質及電解所加電壓形成的氧化膜厚薄、性質不同而定。以現今的製造技術而言,一般工廠所加陽極氧化電壓大約是成品工作電壓的 1.3~2.0 倍,換句話說,如果電容器的品質可靠,那麼 80WV 的電容器,施加 100 伏甚至到 150 伏是可能的,但是究竟是否可以則要經過實際試驗以決定之。
試驗的方法是以連續可條之電源供給器串以適當的限流電阻(1K 左右)慢慢將電壓升上去,然後讓此電容器再此電壓下通電 24 小時以上,進行再電解作用。以後即可在此電壓以下工作。這個試驗對製造年代甚久的電容器而言,尤為重要。
Q.在29期127頁 100~300 瓦活用裝配法的表中,所建議使用之晶體及數量,何以 100 瓦時只使用兩對 MJ802 或 2N3055,而 150W 時卻要用到四對 MJ410,這些並聯的接法有什麼原則沒有?
A.Motorola 所製 MJ410 是一個高耐壓、高 SR 的晶體,但電流不大,因此它適用於多對串聯使用,但如使用 MJ802 或 2N3055 時,由於電流較大,用兩對即足足有餘了。如果使用多對串聯反可能有增加 TIM 之慮。
有些讀者使用兩對 MJ410 來裝 100 瓦線路我覺得有些不太可靠,最好使用三對。
Q.這種串聯接法,每個功率晶體所用的射極電阻阻值如何計算與確定?
A.在串聯晶體多達四對以上時,主要電流乃由後面三對來承擔,所以第一對的射極電阻值不妨稍大一些,只要維持在無訊號時有微溫,但不發熱就行了。
如果串聯晶體只有兩對,那麼全部集極損耗便要由兩對晶體均勻分攤。但由於這兩對晶體的工作起始點並不一樣,第一對必須承擔無訊號時之直流電流而第二對則不必。另外一方面,由於第一對晶體之射極電阻減小之後(表中所列為 0.47~2 歐姆),那麼何時開始讓第二對開始「接力」工作,嚴重地會受到附在阻抗(喇叭)的影響,負載阻抗低,此阻值亦要低,反之如只做一般 8 歐姆負載,則大致上可以接到兩歐姆。
決定這個電阻值的原則是使擴大機工作於 1/3 功率的情形之下數分鐘到十數分鐘,摸一下兩對晶體的溫度,以相近為佳。
Q.串聯於 ±Vcc 電源的兩枚保險絲其安培數大小如何決定?該用速斷式的還是緩斷式的?
A.由於本電路並無喇叭保護線路,所以這兩枚保險絲的地位極為重要,如果說它是為保護擴大機而設,毋寧說為保護喇叭而設。因為依整個電路的工作情況來看,如果部裝這兩枚保險絲,電路的失常並不至於對喇叭造成損害(最大的可能是損及電源電路),反之如接了保險絲之後,如其中一邊的保險絲因操作上的因素燒斷了,那麼強大的電流便會經另外一邊保險絲而襲擊喇叭。上面所說操作上的因素,主要是指調整或測試,接線時不慎而使某部分電路短路的情況。如果這枚保險絲是因為輸出過大而燒斷時,即表示喇叭尚能承受這樣的電流,因此另外一邊也必會燒斷。
至於決定此保險絲的大小,最好是參考喇叭保險絲的要求決定之。如以保護放大電路為著眼時,保險絲電流以略小於 AC 供應電流為原則。
請讀者千萬記住的是上下兩個保險絲一定要平衡(萬不能一邊用 2A 一邊用 3A),且寧小勿大。
轉載音響技術第32期AUG. 1978 大功率製作詳析 4 ●電源及輸出電路設計問與答/唐 凌
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