自從音響技術發刊以來,我就一直是位忠實的讀者,對該刊的逐漸滋長感到欽佩,尤對音響技術以理性探討問題的態度感到讚許。我對看電子類的雜誌一向以學習技術的態度,並沒有冀求能學到什麼高深的理論,因為在學校已廣泛的深入於理論及原理,我意直認為理論與技術相輔相乘才是正確的求學之道。
有一回我對著書架上排著整整齊齊的第一期到第四十四期音響技術發呆時,突然使我有了深深的感受; 音響技術自從發刊以來,一向是以介紹市售音響,仿製名機線路為主,似乎缺乏建設性的創新,因為若是只是仿製,那將永遠落後於人。因此我認為音響技術應負起一種拼戰性的責任,去鼓勵大家發表自己的作品,不論是好是壞,只要是自己的東西,要帶動這種創作的風氣。
有了以上的感受後,我就著手設計了一個前級放大器,我並不敢說有多好,但至少是我自己算出來的,而且測試的結果非常令人滿意。
前級放大器(Pre Amplifier)主要是做等化放大(Equalized Amplify),把唱頭撿拾出來的微弱訊號2~5mV放大到0.5~2V rms,作為推動後級放大器,因此對一部音響系統而言,RIAA具有舉足輕重的地位。在目前對於放大器的失真探討,已非常重視SID,一般如uA741, uA739,之類低Slew Rate的IC已無法滿足前級的要求,高Slew Rate的線路已受到廣泛的注意,如W. Marshall Leach教授所設計的前級,就受到多方的好評。
我這次的設計重點是放在High Slew Rate, Wide Bandwidth, Low Noise, Fine Linearity,因此我在前端小信號部份採用了FET差動輸入,低雜音的金屬膜電阻,在輸出級採用的是串疊放大射極輸出(Cascode Amplifier With Common Emitter output)具有寬頻帶,高線性的優點,如此有低SID失真及優越的高頻響應。中間極的放大是採用差動放大,是一種線性非常好的結構,可使非線性失真達到最低的程度。另外本線路有一個特點,就是具有電壓漂移補償電路,因此工作非常穩定。在穩壓電路設計時,原來打算用Regulator IC,但是考慮到了High Slew Rate及頻率響應的特性時,就決定採用電晶體做誤差放大器,並用恆流源作負載阻抗,以期增大增益,並可在基集極間並聯一個頻率校正電阻,使穩壓電路的頻率響應特性佳,保持低的輸出內阻,動態特性時,令放大器的工作穩定性態提高,各類失真顯著減少,音色更清晰(至於穩壓設計為什麼要採用如此,請各位自行參考Millman電子學第十八章,不再在此贅述。)
※設計分析──參閱圖一
關於RIAA的特性曲線以及其計算方法,原本將不加以說明,我想大家皆應明瞭,若不太熟悉者可自行參閱相關書籍。以下僅對本線路作簡易的說明,讀者可自行作更深入的計算。
輸入適用FET差動輸入,具有高輸入阻抗及優越的線性,附回授嘉於Q2的Gate。Q1和Q2的工作電流由一個恆流源Q3來提供,兩個FET的工作電流分別為0.5085mA,此數直由R5 R6 R7決定之。D2是用作為Q3的溫度補償,使此恆流源能提供穩定不變的電流。中間放大級是PNP的差動放大,其工作電流可由下式決定:
因為0.5085mA是相當穩定的電流,故Q4的直流工作亦將非常的穩定。D1是做Q4的溫度補償。輸入級和中放級是直接交連,故頻率響應及相位特性都非常好。Q5為NPN的差動放大,作為電壓漂移補償放大電路,此電路的工作狀況參考圖二,
假設有一個電壓漂移量Vd,A和B分別為增益,
故只要β∠A且B很大,則輸出的電壓漂移量就大大的減小,因而使得輸出的直流電壓分外的穩定,有了這種補償電路,就避免了許多瞬態失真,因而避免了因前級電壓的漂移而對喇叭造成的衝擊。
輸出級是採用串疊放大,其優點已於剛才敘述過了,信號由Q4的集極直接交連到Q9的基極,經Q8 Q9所構成的串疊放大後,再經D3 D4 R21 R22交連到Q6 Q7所構成的串疊放大,而共射極的形式輸出,具有低輸出阻抗。R27 R28 R29 R30 C5 C6 C7是RIAA特性曲線的回授網路,其數值皆經過精密的計算。
電源電路如圖三所示,以差動放大來檢知誤差電壓,以6.2V Zener做參考電壓,調整20KΩ的可調電阻,使其輸出電壓為+24V或-24V。
零件的選擇與要求
零件表列於表一。
在輸入級及回負網路為了要低雜音且精密,我採用了1%的¼W金屬膜電阻; Q1 Q2可採用低雜音的Dual FET 2N3954A或挑選完全配對的低雜音FET 2SK30A。Q4選用2SA798,Q5選用2SC1583,這兩種電晶體是差動對晶體(Differential pair trasistor)具有很好的線性、高增益、低雜音,是非常優秀的音響用差動管。R10 R13 R14必須選擇精確,若誤差太大會使得線路的偏壓不對。Q6~Q9可用低雜音者,如2SC1000、2N9633、2N5210等。Q10 Q15 Q16可用2N5087,Q14 Q11及Q12可用2N5210,Q13用2N3053,Q17用2N4037; 以上所列的晶體管只是一個建議,讀者可逕自選用其他的代用品,但必須注意其特性,否則會影響整個線路的效果。前級電阻全部使用¼W者,電源電阻一律½W者。回授網路有3組數值,分別列於表二、表三及表四(原文未附表四),可任選一組。變壓器用24-0-24伏/AMP伏者即可。Q13和Q17最好加上晶體散熱片。
※製作與測試
在製作方面,我對線路板的設計以及零件的安排花了很大的心血,使雜音及哼聲降至最低。在其餘的製作部分並不困難,不必多說。製作好以後,便可以測試及試聽,在試聽時,必須接上音調控制或直接接個十倍放大,然後再接後級,若不需要音控,則我建議各位用W. Marshall Leach所設計的一個放大電路(在超低TIM前級線路中),只需要修改幾個偏壓電阻及回授電阻即可(參考音響技術第36期),並不困難,讀者可自行為之。我測試時用的音響器材有Yamaha G-1組合以及Marantz Pm300和Pickering、Dual-504、Pioneer HPM40,低音雄渾而有迫力,中音豐潤而出色,高音輕柔而透明,尚令人滿意。還是少說廢話,就此做個了結。本人才疏學淺,希望各方高手不吝指教。
轉載音響技術第48期 DEC. 1979 我的超級海盜磁頭放大器/招允佳
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