由DH-101到DH-110─PRO-214N磁頭放大器 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　三年半前,唐主編設計了五種精巧、實用的2000系列小機箱;這五款小機箱雖然在外形上具有相同的格調,在結構上又甚為簡單,可是在運用上卻極富變化之樂趣。緊接著唐主編又整理出六種高級的磁頭放大電路,並將全部製作資料(線路圖、電路分析、印刷底板圖及零件表)刊登於51期上。由於六種磁頭放大器(編號為PRO-211~PRO-216)是配合2000系列小機箱使用,故採取統一的尺寸,PC板固定孔距為7.5x11cm;以後的PRO-217、78-55及74-01併聯穩壓都是依照小機箱現有孔洞設計。後級放大器亦復如此,72-01 75W及SF-106N都是配合SF-2060機箱而設計。

　　一千多個日子來,由本刊讀者服務部所供應的PRO前級PC板和2000系列小機箱不知凡幾,也「造福」了海內外不知多少的讀者。若以數量論,則PRO-212和SF-2002成績最好。212之所以如此「成功」,推論起來可能是下列幾個因素造成:①線路取材自美國名廠PS II,②服務部有「原線路晶體」供應,③RIAA等化網路為衰減式,④線路結構不簡不繁,晶體用量不多不少,⑤輸入差動為「非平衡式」。而為了完成高水準的無音控前級,PRO-212和SF-2002遂成為服務部的「最佳拍檔」。

　　此供應形式維持了一段不算短的時間,小機箱及PC板也未曾做重大的變革。不過現在的情況可能會有所改變,因本刊決定在近期內推出新型的PRO-2000A前級放大器機箱。此機箱具有幾個特色:①主放大器與電源電路分開裝箱;②主放大器機箱高度約5公分,面板為19英吋寬,可裝入一片低電平放大、一片高電平放大及一片併聯穩壓板;③電源機箱高約9公分,可裝入6800uF電容x2及80VA的變壓器;④所有電源座、保險絲座、開關、RCA端子等,全使用高級品;⑤面板上有REC. OUT選擇控制,計可接兩台錄音座,又可轉錄(DUBBING),功能更加齊全。

　　PRO-2000A預計在八月上旬前(可能提前至本月底)正式上市,為了配合新機箱,本刊亦計畫整理數種磁頭放大電路及高電平放大電路,以供讀者製作。但選取線路及繪製PC板的工作,本刊希望所有的讀者都來參與,只是必須遵行一定的格式設計:PC板的尺寸是12.5x13cm,孔距是11.5x12cm。

PRO-214N首先發難

　　但是開頭的事總得要有人來做,我手邊雖然有略經改良的PRO-212線路圖,不過第一個選上的還是來自HAFLER DH-101的PRO-214。故然212最受讀者喜愛,但我個人卻偏好214的音色,而且它的線路又是如此的簡潔。

　　HAFLER公司大約在一年多前推出DH-101的改良機種──DH-110前級放大器,於去年的台北音響展中,在太孚的攤位上我首次看到這部前級。當時它的上蓋被打開,並以透明塑膠片包著,內部元件排列讓參觀者一目了然。我仔細端詳許久,發覺DH-110與DH-101大不相同,以磁放大電路為例,非但每聲道多了一對晶體,其輸出管並加上小散熱片!由於元件排列過於緊密,當時並未看出DH-110使用何種編號晶體,因此也就將此事淡忘下來。直到今年四月份收到日文雜誌「無線と實驗」,才看到完整的DH-110線路圖,該圖是取材自HAFLER原廠,有零件編號,但沒有數值對照表。由原圖看來,不僅EQ電路與前機有異,高電平放大線路差異更甚!本期暫且討論DH-110磁頭放大器之製作,並將之定名為PRO-214N。

捨棄達靈頓晶體

　　PRO-214N磁頭放大器完整線路見圖一,相信有些讀者看了會啞然失笑,換湯不換藥嘛!原來的Q3、Q4是達靈頓晶體MPS A13/A63,現在則改成Darlinton Pair。C2、C3與C9原機都使用鋁質電解電容,故再上一枚塑料電容;C10~C13是原機所沒有的,而在PRO-214N中,我希望能加強它的反交連功能。

　　其實整個電路的動作與214幾乎完全一樣,但在設定R、C數值之前,我們得先考慮使用何種晶體,供應電壓又是多少?毫無疑問的,Q1、Q4、Q6將使用低雜音的MPS8099,Q2、Q3、Q5則以匹配的MPS8599擔任之。供應電壓呢?DH-101與DH-110都是±18V,而且電源電路很簡單,係以三端子穩壓IC擔任主角。而為配合其它未來發展的電路,以及考慮主、被動元件的採購,我決定將PRO系列前級供應電壓統一為±18V,而以OP IC為主的電路則是±15V;現在就以±18V分析之。

　　看圖一,輸入晶體Q1與Q2的基極被接到一起,並經R1下地,故這裡的電位為零。R4被接到Q2的射極上(Q1亦然,請讀者自行參照),故其端電壓為Vcc-VBE(Q2)=17.4V,只要Vcc是恆定的(採用併聯穩壓),此壓降也將是恆定,因此改變R4之值就是改變Q2的工作電流。

　　在DH-101裡,Q1及Q2的工作電流甚低,扣掉R6及R7的分壓,僅80uA左右。現在我們決定R4為130K,則流過Q2的電流是: IQ2=17.4V/130K=134uA;由於R6、R7是接在Q1與Q2的射極間,故其壓降必然是1.2V,設R6、R7都維持原來的22K,則流過R6、R7之電流為1.4V/44K=27.3uA。

　　因為受到R6、R7分流之影響,故實際流過Q2的電流將是134uA-27.3uA=106.7uA。此電流會立刻反應在R3上,設R3仍用22K,則其端電壓將是106.7uAx22K=2.35V。有了這個電壓我們就可以輕易的設定Q4的電流,因R9之壓降為2.35V-0.6V=1.75V。

　　要讓Q4流過多少電流?2.5mA足矣!於是定R9為560Ω,則Q4工作電流1.75V/560Ω=3.125mA。Q6呢?亦如法炮製,至於它是否要像DH-110原機那樣加上小散熱片,完全視工作電流而定。因R9端電壓為1.75V,則R11端電壓即是1.75V-0.6V=1.15V,如果決定流過Q6之電流為8mA,則R11之值應該是:1.15V/8mA=144Ω。Q6會不會發燒呢?靜態消耗僅18Vx8mA=144mW,MPS8099/8599集極損耗是350mW,可以不加散熱片,只是用手觸摸會有微溫的感覺。

　　以上推論是說明直流動作狀況,並經實驗證明上述推論完全正確。現在讓我們再來看看交流動作狀況:在開環路增益計算下,C2與C3是旁路電容,R17是Q1與Q2的共同射極電阻,而Q1交流放大倍數將受限於集極電阻(R2)與射極電阻(R17)之比,若R17選用240Ω,則其比例為22K/240Ω=91.6倍。另Q1為集極輸出,其輸入阻抗低於hfe x R17,故Q1之hfe不宜太低。至於Q3與Q5構成達靈頓對,其hfe值夠高,交流放大倍數為集極負載電阻(R13)與射極電阻(R8)之比,約為180倍。整個電路之開路增益概算是91.6x180=16488=84dB,足供RIAA回授之用。

精確分析RIAA網路

　　本機回授係從Q3與Q4的集極輸出開始,驚R12、R15、R16回到Q1與Q2的射極,並以R17限制之。R18為直流回授電阻,負責維持輸出端中點電位;因為R15+R16之值甚大,故R18不宜取太大值,我們暫定它為12K。

　　R15、R16及C7、C8構成本機的RIAA等化網路,其數值固然可藉公式精確求出,然在採購上卻十分不利。根據NFB式RIAA等化網路之計算,應求出三個時間常數:①R15xC7=3180uS,②R16xC8=75uS,③(R15xR16)/(R15+R16)x(C7+C8)=318uS。依公式計算當可求出無限多組解,表一列為數款原裝前級之RIAA網路RC數值,我們試以McIntosh C-33計算:①64.9Kx0.051uF=3310uS,②5.11Kx0.015uF=76.67uS,③(64.9Kx5.11K)/(64.9K+5.11K)x(0.051uF+0.015uF)=312.6uS。

　　讀者如果有興趣而逐一試算的話,當可發現表一所列的機種中,真正具有精確RIAA等化網路的唯一有本刊的PRO-217!不過我在此要強調的是:RIAA網路精確與否和重播音質的好壞並無絕對的關係。PRO-217是比較標準,但和某些日本機種相較,低音可能略為遜色(日本機器常刻意強調低音);大致說來表一的各組元件數值都可採用,並應都具有相當的水準。

　　如果每次設計磁頭放大器都要考慮RIAA網路數值的話,那也相當累人。因此我除決定供應電壓採用±18V外,RIAA元件數值也予以統一(衰減網路則另有一套數值):R15→133K、R16→11.3K、C7→0.024uF、C8→0.0068uF;如此三個時間常數分別是:3192uS、76.8uS、320.8uS。四個元件中較難採構的是0.024uF,我希望能找到PP的(C8則無問題),已經向大新廠訂製,但由於數量帶少,尚未接獲正式的回音。

做一個反RIAA網路

　　如果你串串併併,或者用阻抗電橋表挑出極精密的RC元件,那麼要如何測RIAA的曲線誤差呢?這裡教你一個非常簡單而實用的方法,那就是:自己做一個反RIAA網路!

　　圖二就是極精確的反RIAA網路,這是美國The Audio Amateur雜誌的幾位電路高手聯合設計而成。原圖是四枚電阻兩枚電容,R1是1.59M(在PC板上是1M串聯590K),R2是133.9K(130K串聯3.9K),R3是1.065K(1K串聯64.9Ω),R4是34.8Ω(33Ω串聯1.8Ω),C1是2000pF(PC板上是1000pF併聯1000pF),C2則是560pF。此反RIAA網路之輸入點係接自訊號產生器之正弦波訊號,輸出則分兩段,OUT 1是測試一般磁頭放大器用的,訊號被衰減44dB;OUT 2是測試含有RIAA網路的MC唱頭放大器,訊號在這一段係衰減74dB;在任何頻率下,示波器都是顯示一條直線(示波器接至EQ輸出)。

　　為了測試上的方便,我將兩個輸出端子設計成自鎖式RCA端子。當RCA端子固定在PC板上後,其正極要引一短線至PC板繪有箭頭符號處。凡在本月底前預約PRO-2000A放大器機箱者,均奉送反RIAA網路PC板一片。

PRO-214N的活用

　　在前幾期的製作中,我均未建議將214改成10倍放大,因本機線路之交直流回授係分路而走。現在我們回頭看圖一的線路,R18是直流回授電阻,不可輕易變動,若要改成10倍放大,則R12可用短線代替,C7空著不接,R15也用條短線接著,如此就剩下R16和R17。在磁頭放大中,R17為240Ω,若改成10倍,則R16為240Ωx9=2.2K。就R18來說,2.2K之值可能略低,故可將R17改成1.5K,而R16就是13.3K。由於10倍放大沒有RIAA等化網路損失,故R17之值可略為提高,並經實驗證明完全無誤。

　　不論是用做磁頭放大或是10倍放大,R18之值請勿任意變動,交連電容C6也請勿拿掉。如果你真得很介意這枚電容器,那就將R6或R7改成50K半可調精密電阻!