做任何事情,如果能有一定的步驟,循序漸進,則成功的可能性即大。即令其中遇上了某些困難,而這些困難究竟是為什麼,至少也可以知道。如果沒有步驟,便容易瞎摸一通,如果成功了,算是萬幸,但是究竟為什麼成功卻搞不清楚; 而不幸失敗了,便可能一籌莫展,根本不知道如何去改正錯誤,這是很可悲的事情。
在裝置一個線路時,如果想獲得一個愉快的,明朗的成功(不是莫名其妙地成功了),也需要有一定的步驟,這些步驟主要是:
一、對線路的瞭解: 這是非常重要的一件工作,如果對線路工作的原理一無所知,那麼你不僅無從選擇零件和檢查零件,就算是別人幫你買了零件,依樣照裝的結果,出了差錯也不知如何去偵測和校正。本刊主編唐凌先生經常拿一些他不想回的讀者來信給我看,而那些信件有很多都是詢問某期雜誌某頁上的線路Q1用什麼晶體,D2又是什麼編號?類似這些問題,老編認為讀者實際應該問的是Q1如何動作,D2在此電路中有何作用,因為當知道了這些道理之後,自然知道Q1該用什麼?而當買不到2SC1000時,用什麼(不僅是代用,而可能會更好)晶體會更好等。而老編遇到這種信不想回的理由是當告訴他Q1用2SC1000,D2用1N46之後,他也不見得能裝響,既裝不響,問題便更多。當然,「知」比「行」更難,如果他不想先知而後行,那麼乾脆買成品算了,幹嘛自己裝!又或只為了拿烙鐵的興趣,幹嘛不到生產線上去當裝配員。所以老編常希望大家克服一切心理上的困難,而突破這一關。
二、零件的選擇與檢查: 裝置任一線路,如果有心去推究其奧妙時,所有零件最好由自己來選擇,而在裝配前並且實施精密的零件檢查工作。零件檢查工作的重要性在此不必多言,相信讀者亦必能夠瞭解,而有很多人忽視零件檢查的主要原因,是他不相信或根本沒有想到這些看來這麼漂亮的零件,居然會有毛病。有關零件選擇與檢查的技巧將是本文的主要內容。筆者將盡個人所有的經驗,把選擇和檢查各類零件的技巧提出報告,其中若有不詳或未盡,甚至錯誤之處,歡迎先進補正,以饗萬千讀者。
三、電路偵測與校正: 差不多所有電子電路,除非它已經是定型化的,並且可以進入生產程序的線路,很少能夠一裝就響或一裝就能工作的,這主要是因為我們所用零件數值、特性在大部份的情形之下,無法完全與原資料相同之故。為什麼會不同?在明白了零件選擇與檢查原理之後,自然就會明白了。
電阻器:
電阻器通常簡稱做電阻,電阻在一般的線路之中,可算數量用得最多,而售價卻最便宜的零件。
初學者在選擇電阻時,首會碰到色碼的問題,尤其是不同廠牌的電阻,基準色多少有一點差異,如果容易混淆時,最好用表量一下,多方求證其正確所表示的數值。
就電組的結構來說,常用的電阻有碳質、碳膜、金屬膜、線繞及水泥等數種,以目前市場的情況而言,雜音較高的碳質電阻差不多已快絕跡,其中1/8、1/4及1/2瓦的色碼標示電阻多為碳膜和金屬膜,金屬膜電阻之雜音係數雖較低,但生產技術的限制,只有低阻值電阻才有金屬薄膜型的。線繞及水泥電阻多用於高電力損耗之處。需特別注意之處乃是線繞電阻及部份水泥電阻(內部為線繞)含有感抗,不宜用於高頻電路。而用於寬頻帶的聲頻放大器時,也常常會引起峯起響應或振盪的毛病。
關於電阻瓦特數的選擇,在一般需求較高的線路之中,以不溫不熱為宜,但電源供應或輸出電路除外。使用小瓦數電阻的好處是體積小,相對的雜音也小,但要特別注意其可靠性。大多數上市的電阻器,在出廠前雖然都做過了檢查。但卻無法保證每一枚都是好的,尤其是把接腳折彎之後,很容易折斷甚或外形看不出異樣,其實已經是斷開的情形。由於在每一線路之中,所用電阻數量都很多,由電阻斷裂所引起的故障可能性也大。因此每一枚電阻在接腳折彎之後,插入線路板之前,最好逐一用表量過,確證其沒有毛病時,才插入焊上。
在裝配線路板時,通常可以先插電阻,一方面由於電阻的體積小,另一方面其他零件尚未焊上,而僅焊上電阻,也可以重新再將所有電阻以三用表量一遍。這是一般初學者在裝配線路板時,最安全可靠的方法。
電容器:
在線路上,電容器的數量雖不如電阻之多,但就故障可能性而言,卻較電阻高得多,所以要特別注意選擇與檢查。然而對一般初學者而言,最大的困擾還是在於不明白線路對這個電容器的要求究竟如何?以及這個電容器在這個位置的作用如何?然而這個問題,非本文討論的範圍,請參考拙文「讀圖、識圖、改圖」的說明。
電容器的選擇與檢查,首重適用,例如防高頻振盪干擾或高頻旁路要用陶質,音質控制及其他的網路用塑料,大容量用電解等。用錯了地方,即使容量一樣,也可能沒有作用。
不同種類的電容器有不同的誤差數值,例如大多數電解電容的誤差都是+80-20%,這當然是在不同的狀況之下測試所得的,而大多數使用電解電容的地方,電路對容量的要求都不嚴格,反倒是漏電的情況對電路的影響較大。
一般人測試電容器的漏電,常用三用表的歐姆檔來量,這當然不失是一個好方法,不過我們隨時要想到當電容接上電路之後,兩端的工作電壓有多少,而三用電表裡的電壓通常只有3伏9伏或22.5伏,當電壓增高時,漏電可能增加。因此,測試電容漏電時最好在電表和電容之間串入一定的工作電壓,此電壓若能利用連續可調的電源供應器當最為方便。其接法如圖一所示:
在圖中,我們之所以使用三用表的電阻擋來量漏電,主要是可以直接在表上讀出歐姆數,而這個歐姆數在一般交連或傍路電路之中,只要大於相關電阻值之十數倍以上就可以了。所位相關電阻,例如圖二中的所有電阻均算是相關電阻。相關電組如果有兩個時,以阻值大者為準。但在RxC常數的計數電路之中,電容漏電值就應絕對地低了。
在交連、音質控制或回授網路之中,電路對電容數值的要求比較高,其中交連電容一般的要求是怕小不怕大,小了低音會衰減,不過雖然如此,也不必刻意去加大交連電容量,因為這樣不僅於低音無補,反可能有增大漏電的困擾。在需要相當精密容量的電路,如音質控制或RIAA網路等,在線路設計時,就要考慮到電容器選擇與運用的問題。此處最好使用有較高精密度的塑料電容。
雖然,一般地說來,塑料電容的精度較高,但是如果這些電容器是從零售商那裡買來的,那麼我們也無從證實它是否不是廠商們品檢不合格之後流入市場的產品(對電容、電阻這些小零件而言,零售永遠是廠商們的最後一位顧客,事實所然,不必氣憤),假如真是如此,那麼其容量及大有可疑之處。
測試電容量,如果能有電容表自然便捷而準確。如果沒有,也可以利用一些簡單的技巧來「驗證」誤差是否很大。下列兩種方法可供大家參考:
▉容量大於1uF時: 可用三用表轉於歐姆檔,以兩根試棒不斷地正反碰觸電容器的兩個接腳,可以從表針擺動的情形大概瞭解到此電容器是否壞了或偏差太大。當然此時最好有一個好的且為同一容量的電容器為比較。
▉容量小於0.22uF時: 除非有高內阻歐姆表,以上法來辨別已不容易奏效。此時可利用一部聲頻信號產生器,配合著來測量,其接法如圖三所示:
信號產生器之頻率及波形如何都可不必顧慮,只要調整①頻率②輸出強度③三用表的交流電壓檔(AC2.5, 10, 50,或100V)使指針擺動表面中央區域即可,記下電壓讀數,並多換幾枚同值的電容器,試試其讀數是否接近,依靠經驗和推理,可以很正確地判斷電容數值。如果電容量在1000P以上,可以不必信號產生器,而用AC10V的變壓器,大多數的三用表都有此項附屬的刻度,以供測試電容量之用。
在網路中,電容量正是影響所謂「音色」的主要因素之一,讀者們不該忽視才是。
另外在線路基板上插焊電解電容時,比電阻更加要小心,尤其是立式電容,極可能發生接腳接觸不良的弊病。
二極體:
由於全固態及直接交連電路發展趨勢的需要,在電路上使用到二極體的機會可以說是愈來愈多了。即以本刊27期88頁上的這個功率擴大機而言,每一個聲道就用了12枚二極體,因此它們在電路中的重要性已不亞於電阻。所以在裝配前的選擇與檢查,也非常重要。
二極體在電路中的主要作用有以下幾個:
①正常的情況之下,讓電流單方向大量地通過,例如整流電路就是如此,有些時候,在Vcc電路中,為了防止Vcc逆流,也加入此二極體。
②正常的情況下,沒有電流流過,但可防止異常時的電壓逆轉(如27期91頁之D1 D6及D13 D14等)。
③正常的情況下,沒有電流流過,但可防止異常時的電壓過量加大(如27期91頁之D7 D8)
④正常的情況下,有微量的電流順向流過,並維持著二極體二端的固定壓差。
⑤正常的情況下,電壓如超過其逆向崩潰電壓時,電流即隨電壓之升高而大量增加──這是穩壓二極體的作用。
由於在圖上同是一個箭頭的符號,卻有許多不同的功用,因此二極體好的、壞的,在電路上引起的後果就有不同,這些,讓我們在「讀圖、識圖、改圖」一文中才來討論。在此處我們專談選擇與檢查的問題。
就二極體的構成來說,通常可分為鍺質與矽質兩種,其基本的半導體特性和鍺、矽二類電晶體相仿。亦即鍺二極體的順向導通電壓是0.2伏,換句話說,電壓必須超過0.2伏,它才能導通,而矽二極體的順向導通電壓則為0.6伏。鍺質二極體的外觀通常是透明的,並且可看到有一根觸鬚,以歐姆表量取順向導通電阻值較小,通常僅數歐姆。矽二極體小電流為半透明,內為晶片結構,大電流則以塑料封裝,其導通電阻較鍺質為大,大電流者約為12~15歐姆,小電流的偏壓二極體約為25~30歐姆,但此歐姆數與電表的內部結構有關,並不是每個表量起來阻值都一樣。
以三用表的歐姆檔來量取二極體是否紅棒在箭頭方向時為「導通」,反過來即「不通」用以辨認極性不失為一簡易而有效的方法。
當所有二極體在電路上的要求是順向特性時(例如 D2 D3 D9 D10),即令以三用表量取時,也應注意讀數的均一,而不只是通與不通就算好了,其中尤其是D2和D3,要挑選特性一致的用在此處。
二極體的另一特性便是逆向電壓,亦即一般所說的耐壓特性,二極體的耐壓和電容器漏電的情況一樣,必須有一連續可條的電源供應器才能測試出來。
電晶體:
說到電晶體,這個問題可太大了,如果讓我們從頭開始談這個問題,大家也從頭開始接受這個問題也罷,不幸的是有很多人早已經有了難以更改的成見在心,這一點便很難以有限的篇幅使您獲得充份的理解。不過在此,我仍必須重新強調一次,一包同一編號的晶體,乃如同一簍筐的蘋果一樣,特性並不完全一樣,至於為什麼會如此,只有你去看一看出產工廠才會明白。
現在,讓我們來看一看某一特定晶體各種特性之構成。假定這顆晶體是我們由一大堆MJ410裡抽出來的一顆,讓我們將它接上如下的電路:
基極不接任何零件,集極經過一個100歐姆電阻供給0~300伏的可變電壓。電壓一面上升,一面量取A點的電壓,結果你會發現開始的時候,A點電壓和所加電壓機乎完全一樣,一直等升高到某一點時,A點電壓會突然停止上升,甚至會反而下降,這一點就是我們通常所說的Vceo電壓,也就是在基極開錄的情況之下,集射間可能容受的最大電壓值。
接著,我們在基極上加上一點小小的電流,如圖一般:
加給基極電流的最簡單的方法,是用一節小乾電池串上一只可調電阻,此可調電阻的大小,可視晶體的型號而定,如果是像MJ410或2N3055等功率晶體,大約是500歐姆,而小信號晶體可用50K毆母者。再串一只毫安表接到基極。這時,我們若調動可調電阻,在毫安表上即可有一個讀數,對MJ410而言,第一次我們可以把它調到1mA的地方,然後就固定不動它了。
接著,和前面的做法一樣,我們將加於集極的電壓,由0伏開始往上升,每升高10伏就量一次A點的電壓,並據所串100歐姆電阻將它換算成電流把它錄下來,繪成曲線如下:
我們可以發現當電壓上升到8~10伏以後,電流就固定了,換句話說,當所加電壓為10伏時,A點為6伏,當所加電壓為20伏時A點電壓為16伏,100伏時為96伏,A點電壓總是隨所加電壓平行上升,直到某一電壓時,會突然停止上升,甚至有下降的趨勢。這一點就是當集流或基流在某一定值時的CE耐壓值。而此耐壓值可能比Vceo稍低一點點。
就這一根曲線,我們即可算出當Ib為1mA時的所謂Hfe(直流放大率)出來,算法是:
Hfe=Ic/Ib=40mA/1mA=40
但是請你特別記住,所謂Hfe為40的基本條件是Ib等於1mA的時候,為什麼要特別說明這是Ib=1mA時的Hfe呢?請繼續做以下的實驗:
把Ib繼續調高到2mA,然後重覆以上的測試和記錄並把它繪成曲線。做完再把Ib調高為3mA; 如此一直可以試做到10mA,通通繪成曲線如下圖:
這是電晶體的Ib/Ic特性曲線圖,這時,你可以找出任一條曲線的Ib值及相對的Ic值,算出在那個Ib值的情況之下的Hfe值,例如在8mA時,Ic約為200mA,此時其Hfe為
Hfe=200mA/8mA=25
現在,你可能已經發現這個以前從未注意的問題了,為什麼同一個晶體,在不同Ib的情況之下,會出現不同的Hfe值呢?對的,正是這樣,所以前面我們提醒過你,要講Hfe勢必先把為Ib多少的條件講清楚,否則便無從比較了。
這種輕微的差異,還只是出現在Ib由1mA到10mA變化的範圍之內。任何一顆用在Hi-Fi系統裡做聲頻放大的電晶體,其工作範圍總在60dB以上,60dB的電流變化量是1000倍,換句話說,前面的測試,我們似乎該從0.1mA開始,一直測到Ib為100mA左右,那麼由0.1mA到100mA之間,其Hfe究竟會有什麼變化呢?這是相當難以想像的問題,只有透過自己很仔細地逐一試驗並加記錄才能得知。
一般用之於聲頻放大的電晶體,雖然可以保持在相當大的範圍之內,有比較均勻的Hfe值,但也無法保證在60dB的範圍之內Hfe完全一樣,這就是所謂「非線性失真」的根源,為了減少非線性失真,所以我們才在線路裡加了回授。換句話說,即令你有超低失真的線路而沒有超低失真的晶體,還是無法獲得低失真效果的。
我們常常聽到有人振振有詞地說,不錯啊!我用的晶體每個Hfe都是200,如果問他Ib是多少Ic又是多少,他就搞不清楚了。有些人,更深信附有Hfe測試用的三用表所測得的讀數,卻從未想到過電晶體在1mA, 10mA, 0.1A甚至高達1A, 10A時究竟Hfe會有什麼變化,因為三用表裡的兩節小電池不僅只能供應三伏的電壓,而電流也不允許太大,他差強只能測試像SC1000之類的小信號晶體罷了。
一顆電晶體在不同電流的情形之下,即可能出現不同的Hfe,因此在設計線性放大器時,便使用了另一種數據,叫做β值,β值的簡單定義就是電晶體在其工作範圍的平均Hfe值,算法是:
在式上,⊿是變動的意思,也就是說,當Ib由某一數值到另一數值時,所引起的Ic變動量,兩者之比,為β。
即以我們前面曾經對MJ410測試的結果而言,我們可以求出當Ic在40~200mA時的β值為:
但是我們知道,這個β值,仍然不是實用的數字,因為每一顆MJ410的工作範圍,極可能有10mA到1A以上,因此我們勢必使用上述的方法,重新再量一次當MJ410的Ic為10mA到1A時的Ib,以求出比較不正確的β值來。類似這種工作,對一般業餘性的讀者來說,不免有些困難,因為任何功率晶體,在沒有散熱的情況之下,施予1A安的電流,即令不會立即燒毀,也會很快發熱到讀數發生變化。當然,你可以將晶體鎖到散熱片來量,此是麻煩就大了。
由上可知,如果為求得最低的失真,對一個擴大機線路所用晶體的選擇,實在不是一件簡單的事情,不過如果只是為了會響,有些線路──例如ESS前級──似乎是什麼晶體裝上去都會響。正因為如此難怪有許多人問老編某線路該用什麼晶體時,老編常緘口不答,因為只說一個編號,說了等於沒說,到最後,像什麼聲音怪怪的,高音不夠突出的問題還要回到老編這裡來。
後記:
有少數訂購ESS晶體的讀者,來信詢問何以對裝管的Hfe相差那麼大,除了以上的說明可供參考外,茲將老編授予本非君子測試這些晶體所取Ic範圍,以供大家參考:
測試時,是以特性曲線相近者編成等級,如A、B、C、......F及20、25、30、35......100等,而非採單點Hfe配對方式。讀者如有不明,歡迎查詢。
3055耐壓175伏
非君子補記
正好把上文交給老編之際,來了一位讀者興沖沖地說,他有一批2N3055,耐壓175伏正好可用到大功率的製作。
非君子大感興趣,問他如何得知,他說他接了一個下面的電路:
他說,他在10K上面加上0~200伏的電壓,結果電壓一直升到175伏的時候,集極的電壓才開始跌落至接近於零。所以耐壓175伏。
非君子問他: ①為什麼加10K電阻,而不加100歐姆?他的回答: 不能加100歐姆,因為晶體會燒掉,②為什麼等集極電壓降到接近零時,才量取加在10K上的電壓?這位讀者無以答覆。
讀者諸君,你能為非君子代勞一下,為這位讀者解釋或回答這個問題嗎?您的來信我們將在下期刊出。
轉載音響技術第29期MAY. 1978 零件選擇與檢查/非君子
留言列表
