對於音響擴大機的產品而言,提起 McIntosh 這一名詞,在音響圈裡幾乎無人不曉,尤其是受到玩家推崇、讚譽不止,可以稱為當今 state of the art 的極品,其地位猶如汽車界的「羅斯萊斯」。在日本的音響專業雜誌「Stereo Sound」1983年夏季版中有一篇由上杉佳郎所著,關於 McIntosh 目前所生產的前級、後級擴大機一一徹底研究,寫得十分詳細,可資參考。根據 McIntosh 生產機種的年份來說, C-27 前級在1978年生產,是在 C-26 與 C-28生產若干年後,才陸續地與 C-32 推出的嶄新機種。C-32前級在1977年出廠,比 C-27較早一年,兩者的外觀比較之下,顯然地 C-27 精簡多了;雖然不及 C-32線路之複雜、功能之完整,但是最基本的操作功能還是樣樣具備,而且以性能來說,前者並不比後者遜色;若以價格比較則後者昂貴多了。我想這是 McIntosh 配合顧客的需求而開發出兩種價格不同的產品,因此購買者可以配合自己所需而選擇最適當的機種。此次試製機型為 C-27前置擴大機,以其線路為主,配合市面上所買得到的零件試製。
話說自數年前,由香港出版的電聲界雜誌中(第12期56頁)看見 McIntosh C-27 名機剖析,內附線路圖及解說。乍看之下,一個聲道僅用8個電晶體(除掉中聲道與 Power Supply的 TR),與當時風行一時的「ESS PRE AMP」的電路,使用相同的數目,似乎非一般人想像中使用單差動或雙差動輸入、恆流源、串疊放大、電流鏡、對稱推挽輸出,或者更奇特、更新穎......等 TR 愈多愈佳的高級線路。相反地,十分精簡樸實,當用則用,當省則省,正是Amateur 試製最好的對象。當看了之後,內心蠢蠢欲動,無奈自忖「功力淺薄」,不做沒有把握之事,因此一直遲遲未予動手。又見音技第30期58頁Hi-Fi診療所中說「這部C-27在無訊號輸入時喇叭有連續性嘶聲,尤其在聽唱片時嘶聲更大」,又說這部C-27不知為何處所生產的,銘牌上未見其有註明,內部零件電晶體BC546為歐洲編號,電容器為日本產品,由零件選擇之疏忽來斷,似乎不是 McIntosh 原廠出品。(編者按:)據知有很多 McIntosh C-27均有類似毛病,且市間傳說著說那是 McIntosh 的特殊設計,以增加Hi-Fi感,願知者一笑」。內心忖道C-27一定潛伏著「臭蟲」,那麼其線路圖更加不可靠！由於有很多 McIntosh C-27均有類似嘶聲毛病的事實,我們可以推測：不是原有設計者設計錯誤,即品質管制不良。若以如 McIntosh 這樣頗富盛名的大廠而言,其製作嚴謹、品管良好加上信譽優良,似乎不應該有品質管制不良的現象發生,再說設計者設計錯誤,更不應該發生在歷史悠久、經驗豐富的老廠身上......。大約過了半年左右,見音技第37期46頁名機剖析中介紹「 McIntosh C-27 立體前置擴大機」(譯自美國 Audio 雜誌1978年9月份月刊)因此我們可以確實肯定 C-27 為美國原廠產品。觀看其規格,S/N比「唱頭方面在10mV以下未加聽感補正時為80dB,在IHF-A型補正時為90dB」,此規格與上述嘶聲問題互相比較之下,更令人感到十分納悶？但我們由其電容器為日本產品這一事實看來,似乎 C-27 不是美國本廠製造,可能是委託日本或其他的廠商製造,(美國有數家大廠之製品,即是OEM之產品)。雖然如此,依然將 C-27 線路圖束之高閣。延至去年購入NAD-3020擴大機,發覺其電晶體有使用BC546,腦中電光一閃,這不是 C-27 使用之TR？又見音技佑昇廣告中宣稱BC546B/BC556B這一對TR,特自歐洲進口,雜音低、音色優良,於是內心湧起試製之意念,在說在音技內尚未有人實際試製 McIntosh AMP(以前曾見有分析 C-28 之線路及以2SK30A FET式輸入級仿 C-28 ),以前由先進前輩處獲益良多,今日也應該Feedback一些,因此決定做一台「看看」(本人非電子系正科畢業,僅憑著喜好音樂自修,所獲得一些皮毛知識,是否能夠成功,還是「莫宰羊！」)。
線路分析
為使製作成功,必須先研究線路原理,俾使成功機會加大,否則猶如瞎子摸象,不知何物！為了避免筆誤,茲將原廠方塊圖及線路圖刊錄如圖1、圖2(圖2可能較不清楚)。由方塊圖可以知道有PH1、PH2、TUNER、AUX1、AUX2、共5個輸入,可以同時輸入2組唱頭訊號,作A/B TEST,可謂十分便利;TAPE1與TAPE2兩組鑑聽系統。Phono Amp以1KHz測試有42dB(125倍)之增益,Tone Amp共有20dB(10倍)之增益,其增益之分配與T-38相同,先將高電位輸入信號放大14dB(5倍),經過一可調的響度控制、平衡控制、單位增益阻抗匹配線路,至低音、高音的控制網路,再經6dB(2倍)放大線路,達到主輸出;另外經-0dB(1倍)線路至中間聲道輸出,C-27 附有中間聲道輸出,是McIntosh Pre Amp與一般產品迥然不同的特色之一。
一、EQ AMP
首先看到圖2 EQ Amp部份,發覺供應電壓高至72.4V(方塊圖上電源供應穩壓部分標示為75V,與線路圖不符),令人非常震驚！！生平第一次見到前級電壓供應如此高;Power Amp 除外, ESS不過38V,音技PRO系列也不過±18V而已,若以±25V而論,換算單電源也不過50V,與72.4V相較還差一大截。如此高的電壓與我的同事(電路設計者)談及時,他認為無異天方夜譚,是搞噱頭！但我深信一定有其原因,這可能就是 McIntosh 一直在音響界屹立不搖,居於數一數二的地位的原因之一吧！因為如此高電壓,有寬闊的動態範圍,有高的輸入過荷,自然地對音樂訊源處理輕易,因而十分耐聽。我們皆知道處理前置放大器最重要的因素是(1)S/N比(2)寬闊的動態範圍(3)失真低。如今 C-27 使用高達72.4V的電壓,只要工作點安排正確,自然地會有寬闊的動態範圍;但相對地雜音問題即接踵而至,因為高電壓對於訊號雜訊比相當不利,而且電路的消耗功率較一般為大,因此對於電晶體的選擇、電阻、電容的選用,必須小心謹慎。C-27能在高電壓供應下,其S/N比能達到80dB,誠可謂有相當高超的技藝水準。
另外一組電壓為9.8V,供應Q101基極的固定電壓。Q101司第一級電壓放大,與一般AMP不同的是使用PNP TR,McIntosh 將其放在第一級是有其作用的,最重要的因素在於PNP較NPN有較低的雜音指數,可以得到較好的S/N比。Q101的基極與射極之間有一電容C103,其值為470pF,這個電容在一般前級放大器線路上罕於看見,其作用在於當無線電波輸入時,B-E極相當於二極體,會產生非線性的檢波作用,以致發生外來訊號干擾,故加上此電容可將無線電波RF成分的雜音發生旁路作用。R101為唱頭匹配阻抗電阻,為一般常用值47K,略為不同的是沒有並聯唱頭補償電容。這張線路圖上有標示各點的直流工作電壓,因此對於了解如何工作,有很大的幫助。Q101的射極電壓8.2V,基極電壓為6.9V,VBE=8.2V-6.9V=1.3V≒1.2V,偏壓1.2V,莫非Q101是Darlington晶體(如同David Hafler DH-101 EQ之MPS A13/63)？Q101集極電壓為5.5V,其負荷電阻R189為56K,亦即Ic=5.5V/56K=98uA,介於一般設計值50uA~100uA之中,R189之值56K應該是無誤才對。穩壓部份電晶體Q201之射極電壓72.4V,經過電阻R204與R206之分壓：V R206=72.4x4.7K/(30K+4.7K)=9.8V,IB=(9.8V-6.9V)/(R205+R105+R107)≒2.9V/1.5M=1.9uA,因此Q101之hfe=Ic/IB=98uA/1.9uA=51,51的數目並不大啊(與Darlington電晶體的高hfe值相違!)！至於是不是Darlington晶體,只有等實際試裝時再CHK了！
Q103司第二級電壓放大,射極旁路電容C113與電阻R117並聯,而不直接接地。集極端電壓是36V,負荷電阻等於R121+R127=22K+22K=44K,故Q103的工作電流Ic=(72.4V-36V)/44K=0.83A,藉著Ic的值我們可以確認射極端電壓是否如圖標示之值？VE=IE x (R117+R119)=0.83A x (5.6K+0.27K)=4.87V,無誤。
Q105是典型射極隨耦線路(emitter follower),增益值為1,有效高的輸入阻抗、低的輸出阻抗特性,當做緩衝級。其射極附有靴帶式線路(bootstrap)詳見音技第14期98頁說明,能使R121的有效值提高至2.2MΩ,因此標明為4.7Ω,直覺之下,似乎有誤(不應該如此低),若以正常工作電壓計算,射極電壓等於1/2Vcc=1/2×72.4V=36.2V,IE=36.2V/4.7Ω=7.7A,Pd=V²/R(36.2²)/4.7=278.7W;哇塞！成為超級A類放大器！因此可以鐵定4.7Ω為筆誤,漏寫了一個K,(發現線路圖上第一個臭蟲),以4.7K值計算其IE=36.2V/4.7K=7.7mA,Q105工作時的損耗功率Pd=IV=7.7mA×36.2V=278.7mW,似乎比較合理,因此在試製時電晶體的耐壓VCEO必須超過75V,而市面上所販售的前級用電晶體甚少耐壓超過75V,就以2SC1775而言,雖然其耐壓VCEO為120V,但是集極損耗Pcmax=300mW,在工作時的極限邊緣,所以若以其他電晶體代用時,必須十分慎重！
此EQ AMP的feedback為Q105射極回授至Q101射極,亦即E-E型回授方式,但是它的接法卻與一般方式不同,使用雙feedback方式(與QUAD 33之EQ、AGI511A音控10倍增益級之作法相似),一路在輸出電容C117之前,另一路在輸出電容之後。這個雙回授方式(如圖3)能增加工作穩定性,降低瞬態失真,在聽覺上達到更好的效果。
觀看其輸入電容C101(3.3uF)與輸出電容C117(0.47uF)皆為無極性電容,我們知道此種電容不論是Polypropolene、Metal Film Polyester、Polystyrene,在特性上都比電解電容或鉭質好得太多,自然地聽覺上當然較好,C-27用此種無極性電容是有其道理的！不過有下項缺點：及體積比電解電容大,自然PCB的尺寸就比較大(數一數C-27用無極性電容的數目就約20個),在機箱上的安排須費一番功夫。另外它的價格較貴,自己裝一台玩玩花費不大倒無所謂,但是對於製造廠商則成本大增,因此在一般音響交連電容接用電解電容或鉭質電容,甚少用上此種電容。
RIAA網路分析
我們皆知RIAA的等化網路曲線在前級放大器的音色上佔著很重要的地位,而且每一家廠商皆刻意造成其獨特的音色,自然McIntosh亦不例外。許多人說McIntosh Amp的音色獨特一幟,與眾不同！讓我們操刀將其剖析一番：本機的RIAA曲線由R113、R125、R115、C111、C115、R109所構成,見圖4,
電聲界雜誌將其簡略計算如下：
TL=R1×C1=270K×0.01u≒2700uS
TM=(C1+C2)×(R1R2)/(R1+R2)≒293uS
TN=C2×R2=0.0033uF×24K=79.2uS
個人將其計算如下：
電壓增益對頻率的關係式：
我的天啊！要如何解這n個未知數2次連立方程式,求得Pole與Zero？只好另找方法求得,見圖5：Two-Port Network：
其Short Circuit Transfer Admittance：
RIAA轉折點
時間係數 T1=3180uS
T2=318uS
T3=75uS
兩式比較下,由最基本的2次連立方程式得：
T2=R2C1+R2C2+R2R3C1C2+R3C1...................(1)
T1T3=R1R2C1C2..............................................(2)
T1+T3=R1C1+R2C1+R2R3C1C2+R2C2+R3C1....(3)
將已知之值：
R1=270K C2=0.0033uF
R2=24K C1=0.01uF
R3=120
代入(1),(2),(3)式
得到：T2=320uF
T1 T3=213840uF......................(4)
T1+T3=3115uF.........................(5)
(5)²-4(4)²→(T1-T3)²=8847865,T2-T3=2974.....(6)
(5)+(6)→2T1=6089, T1=3044uS
(5)-(6))→2T3=141, T3=70.5uS
總結得 T1=3044uS
T2=320uS
T3=70.5uS
與標準時間係數比較
T1=3180uS
T2=318uS
T3=75uS
可以看出T2之值約相等,但T1與T3之值相差較多,由此可以知道C-27在高音及低音部份有刻意加強,此人為的補強即McIntosh C-27獨特的音色,EQ AMP的電路板見圖6。
印刷電路板繪製
EQ AMP的輸入及輸出銅箔的畫法是採用和階級端子插入連接(PITCH是2.5mm)兩種方式,本人試製時適用插入連接方式,最主要的原因在於第一次試製時可能需要修改零件,以求拆卸方便。另外RIAA之C111與C115的焊孔位置有長短兩種距離,短距離孔部以插入PS及MYLAR為主,而長距離以插入PE、PP為宜。EQ AMP零件的放置位置如圖7,別忘了有條跳線！零件明細如下表：(僅一聲道,另一聲道亦同)
R101 47K
R103 4.7M
R105 1.5M
R107 470
R109 220(5%)
R111 24K
R113 270K(5%)
R115 120(5%)
R117 5.6K
R119 270
R121 22K
R123 4.7K(1/2W)
R125 24K(5%)
R127 22K
R129 1K
R131 330K
R204 30K
R206 4.7K
R205 8.2K
Q101 BC560
Q103 BC546
Q105 BC546
C101 3.3uF(PE)
C103 470pF(CERAMIC)
C105 100uF/25V
C107 47uF/25V
C109 22pF(CERAMIC)
C111 0.01uF(5%,PS or PP)
C113 22uF/25V
C115 0.0033(5%,PS or PP)
C117 0.47uF(PE or PP)
C119 10uF/50V
C202 100uF/25V or 16V
C203 100uF/25V or 16V
C109在印刷電路板上沒有劃出位置,待實際測試時再焊於背部。此EQ AMP的靜態消耗電流值等於(0.1mA+0.8mA+7.7mA)×2=17.2mA,可以作為判斷工作是否正常之參考。我們觀察此級地線的連法,非常奇特地亦是個人無法理解的,即Q103射極下的地線端與Q101集極下的地線端並沒有連接,其目的為何？(僅能猜測是採用兩點接地方式)上請先進前輩不吝指教。 (上篇完)
轉載音響技術第100期APR. 1984 McIntosh C27前級放大器的仿製(上)/邱創楠
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