在本刊90期中,作者將英國名廠QUAD這幾年來所獨立標榜的後級名器405大略分析了一下,由於交稿匆促,因此製作部分只有延後。文章刊出後沒幾日一位花蓮讀者打電話過來,對作者文內有若干部分出現牛頭馬嘴(文圖不符也)之事頗不以為然,言語之中大有以為作者有留一手之嫌。事實上作者所分心的QUAD 405,係根據日文資料而經國內翻譯刊登在幾年前之某雜誌中而來(前文中已有提及),大約是作者所影印之線路圖不太清楚,編輯部因此找來 405 之原線路圖代用,因而才出現若干文圖不符之處,為徵信於所有讀者,作者在本文中一併刊出原參考圖如圖一A,便能提供部分讀者試製參考用。除上一位讀者外,作者另外接到一封來自高雄的信,內附有日人試製QUAD 405之日文全稿,寄信人是一位留美學生,剛好回國休假,機緣湊巧的寄來這一份影印稿。作者不懂日文,但馬上辨認出,作者賴以分析試製之QUAD 405便從此文轉譯而來,只是此文年代久遠(總也六、七年了)碰巧他有碰巧他有原稿而能免費印贈,在此非常謝謝他。
是否去蕪存菁?
在打算進行仿製,設計貼洗PCB之前,我們先要考慮,所預計採用之架構,是否要與原廠線路完全一樣,或者做局部而不妨害原設計菁華的變通。之所以做這樣的考慮,往往是:①著眼於原設計中之零件在仿製採購時是否能夠取得,例如本設計中之IC、晶體以及3uH之輸出電感等等;②原設計之架構,在實用上是否會出現缺點,包括振盪、頻寬、穩定、耐力......等,後者在層次上要比前者高超得多,除非有極大能力與涵養,通常很難能在原設計架構中尋到可以置喙之地,不過我們卻不必對此感到無策,大凡能夠上市行銷的成品,特別是像QUAD這樣慢工細活的名廠,我們差不多可以付於完全的信賴,剩下來的,便只是零件考量了。
本線路唯一的一只IC是輸入端的LM 301A,前文提過,這是一只通用IC,製造的廠家極多,各地電料行都能買到,因此循原設計照用即可,不過因為LM 301A和741一樣,同屬一般級設計之IC而已,特性不會太好(當然,也不會差到哪裡),很可能有部分寧可尋用更高品質的品種,例如NE 5534、TL 071、LF 356、357、LM 318等等,都比LM 301A要強過甚多;不過相信讀者應能體會到,音響上的聽覺經驗是相當主觀的,5534在特性上固然優於LM 301A,但實用上未必就比301A有更好的聆聽效果,QUAD是一家謹慎而穩重的名廠,使用LM 301絕不僅僅為了節省成本而已。因此作者的看法是,LM 301A不妨沿用,否則,可以事先使用IC座,俾可以換用不同IC,不過這樣一來,有關頻率補償方面不免也得變動,例如5534之補償是在5、8兩腳間,而與301A略有不同,因此設計PCB時便應兼顧於此。在晶體方面,原設計採用了BC 214、BDY 77、ZTX 304、504及40872五種晶體,前兩種是歐洲一般型號晶體,製造者較多,本省也許還能買到(但也不會太容易),後三種晶體可能就只有乾瞪眼了,自此仿製之途,惟尋代用晶體而已──可以代用而又容易買到的型號,作者已在前文中提及,請自行參考。
至於3uH之輸出電感,因為關係到全頻帶內之失真特性,是QUAD 405之設計重點,不比一般AMP輸出端的電感,大小有無都不太重要(只是聊備一格而已),原設計指定誤差在5%以內,而另兩只電感則為20%(其實去掉也可以)。市面上若干電料行雖也有銷售輸出線圈,但數值未詳,不合用之成分居多,只有自行繞製一途,繞製的方法,後將述及。
不加伺服電路
綜觀QUAD 405全部架構,我們在進行仿製前,除考慮上述因素外,對其餘部分,吾人差不多已無置喙餘地。值得一提的是,作者以為在QUAD 405中加入中點伺服線路而使之成為DC Amp是一種畫蛇添足的作法。作者在Amcron DC-300A中加入伺服設計,是因為DC-300A本是高頻寬之DC-Amp,他擁有DC~100KHz -1dB成績,加入中點伺服是希望簡化調整,以及更好之DC穩定度。這些因素對QUAD 405而言並不存在,它絲毫不標榜高頻寬,也不是DC設計,甚至雖然有極佳之DC穩定度(中點偏移在不調整下最大不超過7mV),卻沒有很好的低頻成績。比起Amcron DC-300A來,QUAD 405的20~20KHz -1dB簡直不能與之相提並論(可是前者在日本受歡迎的程度,卻無法與後者相提並論──雖然這樣的比較很不公平)。在如此情形下,將伺服單元加入QUAD 405中,除了增加一些低頻響應外(原設計不見得希望這樣),對DC穩定度並無助益,反而有些不倫不類,倒不如照原設計的好。
PC板略有失誤
說到這裡,對試製前應注意的事項,除了可能由於代用晶體所引起的補償調整問題以外,差不多都已顧慮到了。作者根據日人仿製405時所畫的線路而貼喜的PC板早在幾個月前便已完成,後來又參考QUAD 405原設計後,再做了局部修正。如圖二,是作者正式試作時使用之PC,板面之尺寸依舊是105x128mm,是作者個人的常用尺寸,由於這個PC在實作後才檢查出有一處錯誤和一處遺漏(文後敘及),因此請讀者再貼洗前特別留意,別跟作者一樣一腳踩進坑底。
如同Amcron DC-300A PCB一樣,這個PCB上也有一條朓線,插焊時通常應先完成,以免遺忘造成大禍,其他零件一一就手中現有者選用。IC仍選用LM 301A,但原位置是先焊上一只IC座,便於日後有必要時換用其他IC。晶體方面,由於Tr1~Tr6之需求規格都很低,並且是試作性質,要求合用即可,因此除Tr2(編號ZTX 304)選用東芝2SC2240晶體以外,其餘五只晶體皆用2SA970。Tr7 Tr8為推動晶體,以2SA968附加多翼小散熱片代用,至於輸出晶體,因為手邊的2SC2565(150W RET)都已與2SA1094配成對,不好拆開來用,只好降格以求,以120W級的2SD845暫時代用。在實際使用上,Tr9 Tr10應使用至少150W級的晶體,如原設計之BDY 77或東芝的2SD424以及摩托羅拉之MJ 15015、15003等。二極體方面,除穩壓用的兩只15V Zener外,其他的信號二極體一律使用1N4148。這些零件插焊中,由於作者擔心Tr7的高熱會超過小散熱片之能力,因此Tr7在PC板上插焊得淺,以便必要時容易解下。兩只560ΩL1=L2=L3=3u。3uH之電感怎麼做呢?原設計中並無註記,憑公式製恐怕不夠準確,一般讀者手中也不可能擁有LCR電橋,唯一比較可行的便是藉信號產生器與毫伏表之助,從串聯之LR中或其他類似線路,以邊繞邊量之方式獲取,這種方法之麻煩是可以想知的,幸好日本資料中對L2之繞製提供了如下方法:以0.5mm線徑之漆包線在直徑1公分之圓柱上密繞23匝即得,如此一來,唯一的難題也迎刃而解了。
限流電阻冒煙!
作者在插焊後通電前,照例目視檢查了一番,然則通電後卻發現限流電阻在不到1秒內燒毀,顯示電路有了毛病,經詳細檢查後終於發現在線路中Tr7之集極是經D5 D6後才連接到Tr9之基極,然則作者貼製之PC上,Tr9之基極卻直接與Tr7集極短路,這一來在通電的情況下,Tr7~Tr10將全部導通,而D5 D6之壓降將使Tr9 Tr10流過極大的電流,難怪通電後剎那間會將限流電阻(10Ω ¼W,實測限流量約200mA)燒毀──作者自設計貼製PC以來,這樣的錯誤還是第一次。
原因找出後,將Tr7集極至Tr9基極之連線,在靠近Tr9處切斷,自D6之下端連一線到Tr9基極,這些情況,已顯示在圖二中,請讀者自行核對。
再通電後已恢復正常,以手觸Tr7之散熱片,約5秒鐘即感覺到已有溫升,在不到一分鐘內,散熱片之溫度已高到燙人程度,看來這一小片果然不夠,恐怕難能持久;再試Tr8之溫度也已有些熱,但較Tr7則小得多。此時量度中點電壓,剛好是+1.0mV,非常穩定。
撤去限流電阻後再通入電源,並一一接入信號產生器、毫伏表與示波器,在無輸入情況下,竟意外地發現毫伏表上有高達0.5Vrms之讀數,這一驚非同小可,以示波器觀察,只見一片模糊,顯然是出現高頻振盪了。作者依循常解決振盪的方法,在線路中幾個可能解決振盪的地方試了試,總無法完全解決,幾經檢查,才發現在輸出端到第之間,漏接了一組與喇叭成併聯狀態的高頻相位修正網路C12+R39──雖然這組網路可能使振盪情況獲得某程度的改善,但作者不免懷疑振盪是否因缺乏這組網路而起──在不切掉電源的情況下,以0.1u+10Ω試著跨接在輸出端與地之pin上,振盪幅度馬上衰減了大半,用力越大則衰減越多。得到這樣的暗示,作者馬上除去電源,將0.1u+10Ω焊在兩支pin間,在開機時振盪果然消失了,示波器上僅剩下一條細細的掃描線,毫伏特指示此時之輸出雜音電壓略大於0.5mVrms(此時放大器未裝箱,但有接地處理)。
驅動晶體要加大散熱片
再切掉電源,將Tr7 Tr8自PC上焊下改放在主散熱片上,以改善其溫升情況。在Tr7 Tr8使用獨立小散熱片之情形下,由於靜態時之Tr9 Tr10幾乎不導通(實測Tr10是微導通,與分析情況略有出入),因此在靜態時,儘管Tr7在不到一分鐘內便熱的燙人,而主散熱片即使經過1小時以上也幾乎不會有溫升,這與傳統Amp設有Bias current,會使散熱片有某種程度之溫升形成鮮明之對比。根據實測結果,在外電壓為±50V之情形下,Tr7 Tr8之熱耗和高達到4.5W,這種熱耗,當然不是小散熱片能應付得了的。特別要注意的是,雖然2SA968能承受到25W,但那是指在25OC及散熱片無窮大之情況才得到之數字,在Tr7只附加小散熱片之情形時,即使A968能長期忍受而不損毀,但其耐功率必然大大降低,甚至連10W也不到的程度。職是之故,Tr7 Tr8應與功率晶體Tr9 Tr10一同置放主散熱片上較為妥當。
再開機後一分鐘,手觸Tr7只覺略微溫手,10分鐘即20分鐘後散熱片都只有極微溫升而已。以正弦波信號輸入,測其頻率響應曲線。在無載情形下,20Hz與20KHz都約有-0.5dB的衰落(相對於1KHz而言),並且在20~20KHz間之頻應曲線也不盡然平坦,大約有0.1~0.2dB之起伏量。以10Ω/30W線繞電阻為父在做10W輸出(10Vrms)時,振幅稍有些微降落,20KHz之輸出再降低為-0.6~0.7dB,其餘20~20KHz間之頻應曲線與空載相差不多,仍在-1dB(405之原規格)之內。
綜合以上實測結果,作者不禁對QUAD 405感到奇怪:405是QUAD廠繼QUAD 303後推出應市的產物,中間歷經QUAD廠十年以上之技術與經驗累積,照理說405應該有相當不錯的規格才對。而實際上,405卻只有如同303之規格而已,以今日及未來產品對Amp之要求,100KHz -1dB已經差不多是一項起碼要求──這種要求,即使是中下級產品也輕易可以達到。雖然如此,作者在前文已經提及,音響是主觀重於客觀的經驗,技術與規格不一定能保證什麼,因此真空管可以逐漸回流,皮帶驅動唱盤越演越盛,JBL從不理會什麼線性相位而行情一直看好,這說明了實聽經驗才是重要的──眾所皆知,JBL、McIntosh、QUAD都是規格平平的產品,然則許多資料顯示,在日本銷售的國外產品中,前三者卻是最受日人歡迎的。
作者仍然不願就聽感表示意見,原因之一是:雖然就Amp而言,它對整體音色影響不大,不容易短時間內遽下結論,而主要原因,實在是作者很不願意以一己的感覺,特別是面對自己製品時所產生偏袒的感情,來「污染」大多數人──作者希望留給讀者們一個自我判斷的機會,尤其是長期沐浴在部分廠商言過其詞的廣告辭令的讀者,您不必以作者或廠家的感覺為感覺,否則您只會感覺上當而憤怨不已。
作者在最後不得不要一再提醒讀者,當您有意一試405而參考本文內之PC時,請格外留意作者文中所提之錯誤與遺漏之處──作者實在來不及為它修正,更重要的是,新出品的QUAD 405II已針對405又作了若干修正,因此待新資料收齊後,作者預計將這些修正功夫轉移到405II去,對於本文中PC設計上之缺失,只好向讀者說聲抱歉了。
轉載音響技術第92期AGU. 1983 黃氏出擊之三/QUAD 405 後級製作報告/黃氏
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