在連著兩期介紹以2SK146這枚低噪音Dual FET為輸入元件之前級之後,作者在本期將繼續為讀者介紹另一款線路。比起前兩期線路,本線路不但簡單(簡單到令你很意外),而且線路仍非常優秀──這便是QUAD 44前級。
如圖一,是QUAD 44的唱頭等化放大器,作者在95期所介紹之線路,以目前泛見之線路等級而言,已相當簡單,但比起圖一來,顯然還是大巫之輩,因為它到底仍用上了二枚Dual FET,三枚BIT(雙極電晶體),二枚IC及一些RC零件,而圖一卻簡單到只用二枚晶體,一枚IC。在本刊歷來所介紹或試製之各種線路當中,除了純用一只IC擔任構成等化或十倍放大以外,圖一似乎是最簡單了。然而,簡單是簡單,其設計是頗見匠心巧意,何況它是出自已慢工出細活著稱的QUAD廠,自然不是泛泛之作。
作者依慣例要為本線路之動作原理做一番分析,以提供同好作為仿製參考。再圖一當中,由於線路零件少,結構簡潔,因此很容易看出得清楚,而不致眼花撩亂──我們先從輸入端看起。
Q1與Q2擔任第一級放大,由於兩晶體除了基極短路外,連兩集極也合併起來,做為輸出點,這與尋常所見之對稱式輸入級(包括音技之PRO-217N前級)都略有不同,但放大原理則如出一轍。當輸入訊號加入輸入端時,假設是正弦波好了,在正半週之情況下,兩基極端電位上升,將使上側晶體導電減少而下側晶體則加多,當輸入負半週時則情況反是,因此我們可以了解,一個訊號之正、負半週是分別由下、上側晶體職司放大的,在一個晶體放大信號之半週時,另一晶體便做為信號輸出負載。在工作電流方面,以圖一中之上圖來看,因外加電壓必須考慮IC之承受電壓,因此電源電壓將在±15~18VDC間。Tr1與Tr2之基極端在靜態時為0V,因此兩晶體之射極電位各為+0.6V(Tr1)與-0.6V(Tr2),在電源電壓為±15VDC時晶體射極到電源間之壓降為14.4VDC,由其間之兩枚47KΩ電阻共同分攤。然則由於靠近電源端之47KΩ事實上是同時供應兩聲道之工作電流,因此它比靠近Tr1、Tr2射極端之47KΩ多流過一倍之電流,因此也多一倍壓降,因之在14.4V之壓降中,電源側之47KΩ電阻實際佔了2/3,而晶體側之47KΩ電阻則只分到1/3,為4.8V,因而兩支47KΩ之中點接點之電位應為15V-14.4V×2/3=5.4V(或4.8V+0.6V=5.4V),這也是為什麼圖一中之接點落地電容(47uF)只需6V規格之道理所在。根據上述說明,我們算得其工作電流為4.8V/47KΩ≒100uA,以一般低噪音晶體在47KΩ負載情況,這個電流設定是非常合理的。
Tr1、Tr2之集極到地間有一枚電阻,是作為實際上之輸出負載,由於Tr1、Tr2是在整個回授環路內,自身之增益值並沒有嚴格要求之必要,因此這枚電阻也不一定要照原設計值不可(不過,話說回來,既然要仿了,乾脆仿得一樣豈不省事?!)。在另一方面,因為Tr1、Tr2之集極直接短路,在理想情況下,集極電位應保持零電位(因此Tr1、Tr2之VBC=0),但實際上卻很難做到這一點,因此若使Tr1、Tr2之集極直接交連到TL071 IC之輸入端,即使只是很微小的中點偏移,都會使TL071之輸出端出現相當大之偏移,為預防這一點,原設計便在晶體集極到IC輸入端間串入一枚2.2uF電容,作為隔絕直流使用。
因為Tr1、Tr2是設計成積極輸入集極輸出之情況,輸出信號與輸入信號間相差180°,為了使整個放大器成為非反相放大之故,因此將IC接成反相放大,將Tr1、Tr2送來之反相信號再一次反相,而得到與輸入信號相同相位之輸出(理論上是如此)。TL071輸出端之後便再沒有主動零件了,然而它的設計精華也全在這裡──它的等化網路是設計成回授衰減並容式,中低頻採用回授方式,中高頻則使用衰減方式──在如此簡單之結構中能安插這種不平凡之設計,顯見薑是老的辣,QUAD廠不是浪得虛名的。
現在我們繼續從TL071之輸出端看起──若往輸出端看出去,則是由R15已後零件所構成是被動式RC衰減網路;若往回看,則是負回授網路,我們先看負回授部份。在TL071之輸出端間,QUAD安排了一只選擇開關,針對不同輸出電平之唱頭,使放大器有與之相對的放大率,這部份零件是R11~R14及C8組成,其靈敏度設計值則各為10mV、3mV、1mV,可說是包含了大部份唱頭(除MC以外)之輸出值了。我們先考慮選擇開關置於1時之情況(此時是高輸出唱頭),R11被SW短路而失效,回授信號係直接由TL071輸出端取得,其放大率直接由R8~R10等各零件決定,R12~R14不具任何作用,因此時之放大率最小。當SW置於2時,R11與R12形成並聯,其等效網路則如圖二,回授信號係由一組分壓網路取得,此時Amp之總增益除上述之放大率外,應再乘以(1K+330+150)/(330+150)≒3倍,因此唱頭可以改用輸出為上述10mV的1/3左右之品種,及3mV者。當SW置於3時,其等效網路則為圖三,因為回授信號係從輸出的1/9處取出,因此總增益值再度提高了(1.25K+150)/150≒9倍,所以唱頭可選用極低輸出的品種,即1mV左右者。
其次我們再看由R8~R10與C7所構成之回授網路,由於此處比一般習見的回授式RIAA網路少了一只電容,所以便少了一個轉折點。在不涉及理論之情況下,我們可以圖四來說明較易了解,圖中之C1在實際上是沒有的,即C1=0,將圖四中之數字按標準公式代入計算,可得到時間常數如下：T1=R1C1=9.47K×0=0,T2=R2C2=100K×0.033u=3300uS,T3=(R1//R2)(C1+C2)=(9.47K//100K)(0.033uS)=285uS,除了是因為缺了電容而理所當然的沒有時間常數以外,另外T2及T3都與標準值3180uS(50Hz)、318uS(500Hz)有一些差距,雖然如此,我們並不能單憑如此就認為QUAD 44在中低頻方面會有很大程度之等化誤差。
上述網路與R10(750Ω)之比值決定了本Amp之增益(到TL071輸出端為止),回授信號自此經兩枚1.5uF之隔直流電容交連到Tr1、Tr2之射極(這是本Amp之反相輸入端),兩枚1.5uF電容之容量相當低,因此我們有理由相信,這兩枚電容亦擔負起對頻率具選擇性之任務。
如圖五,是靠近輸出端的衰減式網路,前面作者說明是對中高頻起衰減作用,事實上,由於圖五網路包含了高低通兩組濾波網路,其中之C10、R17便是高通濾波器,其-3dB轉折點為159/(2.2×3)=24(Hz)這種安排,在一般只隔直流不濾波之放大器而言,也算是少見的。在中高頻方面,此時C10已呈短路,R17與R16形成並聯,因此其時間長數變成(R15//R16//R17)×C9≒74.5uS(2134Hz),與前面之負回授網路組合起來,剛好形成一完整的RIAA網路,從前述之文中看來,QUAD 44之等化精確度似乎並不理想,不過作者也不敢以此遽下論斷,因為網路精確與聲音好聽是兩件不相干的事,並且以網路分析的結果與實際測試可能會有些差異,因此還是應以實測為主──作者之分析至此。
作者唯一沒有提到的是位於TL071之反相輸入端至輸出端間之一枚470K電阻(即R7),作者不十分弄懂將安插在此之用意,想像中似乎用來控制IC增益,使之限制在某個範圍內以改善局部特性,然實測時發現並不盡然,作者在下文中將會提及。
在試製方面,由於零件少,PC板之貼製相當容易,雖然使用了兩枚IC,仍然毋需用到跳線,為了適合音技新機箱,作者仍把PC板貼成12.4×12.9cm規格,因此零件間格顯得相當大而空曠,除此而外,作者使用了雙地線設計,將訊號地線與電源地線分開,至輸出端方才會合,作者以為這樣的設計可能沒多大用處,不過聊備一格而已。
零件的使用,Tr1、Tr2原設計為歐洲編號小訊號低噪音晶體,如果買得到不妨照用,否則可改用市面上容易買到的美、日廠同功能晶體,美製2N編號知曉晶體接腳與歐洲比較相近(相同或相反),B腳都在中間,日製2S編號者則中間腳大都為C極,除此而外應無明顯差異。電阻可全部使用金皮電阻;電容方面,C1用雲母或PS材質,取其高頻特性良好,47uF之濾波電容用電解質即可,再並聯一只0.1uF以下之金皮塑料或PP電容,兩枚1.5uF電容大慨沒有現值,可以1uF與0.47uF兩枚鉭質電容並聯為之,另兩枚2.2uF交連電容仍以鉭質為之,為增益高頻特性,可再並聯一枚0.01~0.1uF之PP電容。其它0.033uF、0.0068uF、0.1uF三枚無極性電容則使用PP質或PS質,盡可能不要用其他材質代用(尤其是0.033uF與0.1uF)。作者在試製時,R11~R14完全照原設計安排在PC板上,然後以一只短路的Molex插座作為SW使用,極為方便而確實,但讀者試製時卻不一定需要如此,一般使用的唱頭,靈敏度大約是3mV上下,因此R11、R12可合為一支1K電阻即可。
測試時之電源電壓應在±18V以下(TL071之規格為±18Vmax),作者是以±15VDC加入,由於未裝箱,因此只測頻率響應(這是作者關心之處)。以反RIAA網路加於本Amp之輸入端調整信號產生器,使本放大器之輸出為1KHz 300mV rms,改變頻率時,在1KHz以上頻率到30KHz一直保持在-0.3dB水平。降低頻率後,由1KHz以下至100Hz一直穩定增加至+0.5dB,10Hz~30Hz為+0.6dB,之後輸出略減,在22Hz回復為0dB,至15Hz時為-3dB;一般說來,在20Hz~20KHz間為+0.6dB、-0.3dB,還算相當不錯。當測試點移至TL071之輸出點時,果見中高頻部份輸出電平大幅上揚。以上測試是在SW置於1時(短路Molex將R11短路);置於2時,輸出從300mV增至1V左右;置於3時,更增至3.5~3.6V左右,比原計算值稍大一些。當將Molex抽掉時(SW失效R11開路),則輸出較R11短路時增加約40%左右。最後作者在電源不除去之情況下,將470KΩ電阻靠IC(-)輸入的一端焊起,奇怪的現象出現了,毫伏表之指針居然像電容放電一樣,已很緩慢之速度開始下降,降至原輸出之七成處停下來,然後以約±0.1dB之擺幅搖擺,這令作者大惑不解,至交稿時仍未明白何故──因截稿在即,作者未能繼續觀察其他特性,就留給試製的讀者去探查好了。
音技希望作者進一步以QUAD 44為中心,設計成一完整前級,含等化、10倍、音控、耳機、穩壓等,以替代即將售完的SF-101、201,因此作者原則上將考慮放棄已規劃完成的PCB,而另起爐灶,不過這需要一段時間,作者也希望有人願意試試看。
其他的一切一切,仍然是留給讀者自行去嘗試了。
轉載音響技術第97期JAN. 1984 黃氏追擊之六 QUAD-44磁頭放大器製作/黃氏
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