在上一期中,作者將Amcron這部名重一時之大功率後級放大器作了概括的分析,由於試作的延緩,因此無法跟進,只能把試作部分留到本期發表。關於仿製,作者在前文中也提及,由於原廠線路中之零件(即晶體方面),或因無編號、或因無法購得,百分之百之全面照仿是絕不可能的,因之只能退而求其次,尋找相同規格(甚或是更好的)的零件代用,或將原廠線路依實際情況做適度修改(國內美其名為「改良」)後斟酌試製,一般仿製,大抵如此。
在以下敘述中,作者將試圖儘量不影響原線路特性而又容易著手的方式,讓讀者了解試製這部名機之可能性。在試製之後,作者也考慮將它印成PC板,以提供同好採用。
作者考慮到如果為了某種原因而要修改DC-300A之線路內容時,可以修改的地方預計有三處:(1)IC周圍包括偏置(Offset)電壓電流調整之相關零件,(2)倍壓整流及恆流源,(3)半對稱電流輸出級;下文將逐項說明。
原線路使用之IC為739或749,這是一只低噪音之二合一IC,其周圍之相關零件,完全是根據這只IC而設定的。如今這只IC在本省恐怕已不能買到新品(也許已停產了也不一定),尋找代用品便成為唯一 途徑。好在739 IC在本線路中只擔當了一般OP IC的功能,並且以今日零件市場之情況,比739或749優秀甚多的IC垂手可得,自然不必再費心思去緣木求魚。不過換了IC之後,有部分零件便必須更換(因為這些零件是針對這只IC而用),例如與IC內部電阻成並聯兩支電阻(10K與18K)應該除去,頻率補償用的RC元件應除去或調換,至於偏置調整用的VR,差不多適用於多種OP IC,照用應該不會有什麼問題。不過因為DC-300A具DC放大能力,所以使用VR來調整自屬必然,然而由於原線路使用了兩只VR,調整上勢必要兼顧而比較麻煩──在大多數的例子中,僅使用一支VR在IC之非反相或反相輸入端毋寧是更方便的,並且在音頻範圍內也不可能引起任何顯著之差異。不管怎麼說,使用VR之目的在調整整個AmP之輸出中點儘可能的為0V,與實際輸出之交流信號無關,假使不使用VR即能自行穩定平衡的話,則不用VR才是更理想的。
不過,即便你將中點調整好了,溫度因素可能會改變當初情況而使你的努力徒勞無功,特別是所用之IC在熱漂移特性方面不夠好的話,這情形可能會更嚴重。Amcron場對DC-300A是保證輸出中點在0.1V以內──0.1V其實不是很大,但已足夠令你寢食難安。
為了解決中點漂移,常用伺服線路應該是最具實效的方式了。只要原線路正常,中點電位偏離不太大,加入伺服線路可使中點降低到相當令人滿意的程度,以常用的TL071 IC而言,不用調整即有10mV以內甚至低達2~3mV之成績,高品質儀器級的LM-308A更可以在0.001V以內,並且非常穩定。因此作者將DC-300A之輸入端及回授端修正成為圖一,注意圖一中之VR已全部取消,即使伺服IC也未加VR。如此一來,原線路中+5V的偏壓電源因無用武之地也跟著取消了。
在+5V電源端上,有一組Amcron獨特設計的倍壓整流及穩壓恆流線路,這線路的主要目的,在提供每聲道第二電壓放大級大約各4mA之工作電流。在線路中加入恆流源的例子屢見不鮮,但零件通常很少,像DC-300A這樣勞師動眾的用了一堆的可很稀少了。原先作者希望以傳統恆流源或更簡單的以一只新近才上市的恆流子(如圖二)代替,經過考量再三後,決定在試作中保留了原廠的線路,並加入圖二A之傳統恆流源,作者在查閱其工作特性後,發現工作電流越大的品種,其所需最低工作電壓也越大,以4.5mA之恆流子來說,至少要有5~6V以上,相形之下,傳統恆流源及原線路都可以低到2V以下,除非提升電源電壓,否則放大器在瀕臨削峰輸出時,恆劉子可能因不足夠的工作電壓而失去原先的恆流量,如此提前切削或加大失真便可能發生了。
最後是輸出級──作者對DC-300A動了仿製念頭時,首先便想到將DC-300A的半對稱輸出方式變更為全對稱──即使時至今日,高耐壓的PNP晶體還是比NPN晶體來得難以製造,市面上耐壓數百伏乃至千伏以上的晶體,清一色是NPN晶體的天下,因此在Amcron製造CD-300A那個時期,輸出級採用半對稱方式是很正常的,Phase Linear、ESS如是,BGW、H/K亦如是。如今由於工藝技術的進步,音頻範圍內使用之高耐壓PNP功率管(200V以下)已多數製造出來,因此今日音響產品輸出級採用半對稱的已如鳳毛麟角,這是為什麼作者會考慮到採用全對稱輸出級的原因。不過由於DC-300A在這一部分也有屬於它獨特的設計,而且它在全線路中佔了相當不小的比例,這裡一變動,整個線路將因此大為改觀,可能招致令人瞧不順眼的後果,更重要的一點是,從輸入端開始以迄到電流輸出級為止,一直就沒有使用對稱設計,此處似乎也沒有變更的必要,以免造成格格不入。
主意打定,整個仿製線路便差不多定型了。如圖三,是仿製線路全圖。兩個虛線方框內之部分,分別是傳統恆流源與DC-300A原設計恆流源,在同一時間內,只能擇一使用,而不可以兼容並蓄。零件部分,除了晶體外,儘量採用原設計值,尤其是雙路回授環的10K並聯120pF與68K並聯20pF更不能輕易亂改,此處是DC-300A之精華所在。晶體方面,其代用品的選擇,可透過計算得之。
IC1可使用市面上容易買到的NE5534、TL071或LF356等,它們都有13V/uS之SR值(739則只有1V/uS而已),並且都是低噪音品種。比起739來,足可以勝任愉快。如果講究一些而又能買到的話,作者建議你使用LF357或LM318,前者是LF356的上一級產品,具有50V/uS以上之SR值和其他更優秀的特性,後者則有高達70VuS之成績與3MΩ之輸入阻抗(LM318並非FET輸入式),SR所引致的失真基本上不存在,被稱讚為「在低失真為首要標準,低雜音次之之條件下,是最佳選擇」,這剛好是後級放大器之要求。
Q1與IC1合成第一電壓放大級,其靜態工作電流大約1mA,消耗功率約70mW,考慮其工作條件,我們可以選定Q1代用品的規格是Ic=50mA、VCEO=100V、Pc=0.5W等級的品種,符合這條件之晶體很多,東芝的2SA1145與日立2SB716A的都具有極出色的表現。Q2為第二電壓放大級,工作電流4mA,靜態消耗功率約240mW,因為Q2必須將信號放大到本放大器最大輸出時之信號擺幅,因此Q2之VCEO必須不小於120V才能保證安全,這裡作者選定東芝的2SC2705或日立2SD756A,它們具有相近的規格,最低規格都具有Ic=50mA、Pc=750mW以上,在資料手冊上,它們與前述的A1145與B716A,剛好是配對的。
Q3之功能在監視Q2之動態工作情況,電路正常之時,Q3並未導通,因此其特性要求,在不更動原設計條件時,差不多所有音頻用NPN小訊號晶體如2SC1000,1775,2240......等都可使用。
不論使用傳統恆流源或DC-300A原設計之恆流源,Q4之任務是向Q2輸出大約4mA之工作電流,並且必須能承受在最大負向輸出時加在其C、E間大約100V之電壓,因之其特性要求與Q2相同,我們仍選用2SA1145或2SB716A。
輸出級方面,因為原設計係採用鍺晶體,其偏壓條件與矽晶體不同,因此這部分零件,即使以半對稱型式仿製時,部分零件也應修正。圖四中顯示了其相關數值,對不同的散熱條件,圖四之數值仍可酌予變動。由於三級達靈頓接續之故,Q5 Q6可以在低負荷下工作,作者仍看中2SA1145與2SC2705(或日立2SB716A/2SD756A)這一對極優秀晶體擔任第一級放大,其自然散熱能力0.8W在任何輸出時都足夠使用,或者可改用2SB649A/2SD669A,在不加散熱片時有1W之散熱能力。第二電流放大級一般消耗雖然不太大,但在最大輸出時必須有能力輸出100~200mA之電流,因此應採用Ic=1A、Pc=20W以上晶體(耐壓至少120V以上),東芝的C2238(1.5A、25W)或日立的D1138(2A、30W)都很稱職。由於DC-300A之額定輸出是每聲道150W/8Ω,額定輸出電流為6.2Ap(4Ω負載時,輸出可能超過200W,而尖峰電流可能高達10A以上),因此這地方的晶體便不能等閒視之了。要想只使用一對晶體便達到要求的畢竟不多,習用的MJ15003也許合於所求,但作者寧願建議採用較小功率的晶體並聯使用,一般情形下,二只120W級的晶體並聯使用可能比一只250W的晶體更能勝任愉快。為了簡化接線以免引起麻煩,作者認為採用兩對晶體是很理想的,可以考慮採用的晶體,例如摩托羅拉的MJ15003、15015,東芝的2SD424,日立的2SD753都很適用。
所有零件,除了功率晶體以外,都規劃在一塊105x128mm的PC板上,因為捨棄了電子保護線路,因此PC板上並不覺得擁擠。所有零件除要力求合理的排列整齊外,也儘可能適切調整零件之相對位置,以避免使用到朓腺──唯一的一條跳線是兩只IC共用-10V穩壓源造成。PC板之圖樣請參考圖五。
製作本機並不困難,但作者並非一次奏功便把全部零件完全插焊上去,為了謹慎起見,有部分零件,例如DC-300A原設計之恆流源,因為是第一次試裝的緣故,應先裝上以試驗線路能否正常動作。伺服IC部分,也是在第一次試機後才裝上,這樣可以檢驗這只IC是否如預期地發揮中點伺服之功效。除此而外,其他零件都可以依插焊電阻、電容、二極體、電晶體之順序依次完成。
製成後通電前,先檢查再三,確定無任何失誤(包括是否有冷焊)後,在外部直流電源進入本機±V之間,串入10Ω ¼W限流電阻(如圖六),這支電阻會限制進入電路的電流在200mA左右(作者實測該電阻,其耐損可達0.4W左右),如此即使電路有異常情形,也可因限流電阻之助而不致毀於一旦。
一切就緒後,接上電源,限流電阻未見任何異狀,手觸摸也沒有任何溫度,表示電路基本上沒有甚麼大毛病。片刻後開始調整PC板上的VR,使功率晶體偏壓加深,並且在一段時間內觀察功率晶體靜態電流的變化,反覆調整VR使進入電路內的電流約為150mA(即10限流電阻上測得1.5V壓降),此時功率晶體上之靜態電流約在110~120mA之間,並測得中點電壓為0.06~0.07V之間(伺服電路尚未加入)。
除去電源後,將伺服用的TL071接線路中,重新開機後測得只有0.004~0.005V,換用不同的TL071逐個觀察(調換應在除去電源時為之),都沒有超過0.01V,而且變動極少,注意此時的伺服IC並未加入調整VR,而事實上也已無必要加入VR以使得中點很精確地達到0.000V──的確是無此必要。
再除去電源,並除去10Ω之限流電阻,直流電員直接接入電路板,以示波器、AC毫伏表與信號產生器進行觀察其動態特性。在輸入端不接任何輸入信號時,測得雜音電壓(由毫伏表量得)為0.6mV,短路或接600Ω時為0.57mV,表示本電路之噪音不受輸入信號源之阻抗變化影響──調換各種不同之IC,包括NE5534AN、LF356、TL071、LM318,噪音電壓亦沒有什麼變化,這正如預期中的結果,亦表示在此電路中,採用IC的原則應以低失真高性能的為主。
上述觀察中,作者完全沒有考慮到完善接地的重要,所有儀器、電源、放大器之間,都只用普通線牽來扯去完成共地連接。假如妥善處理地線(包括儀器的機殼),並將之真正「接地」,雜音電壓居然會降到0.3mV的程度(這是r.m.s值),由此可以換算得本機之S/N比,在額定150W/8Ω
倍,即達到101dB,若以前述0.6mV之噪音電壓來比較,則為95dB,算是相當好的成績。
在頻率響應方面,由10Hz起(作者的信號產生器為菊水418B,最低頻10Hz)至100KHz為止,當使用TL071、NE5534AN、LM318時分別為-1、-1.4、-1.5dB,這是指輸出端無負載時,若加10Ω負荷作1~10W輸出時,各降落0.1dB──以上量度,係在Q2 C、B間併入一只10pF的陶瓷電容時測得,以減少這只電容來獲得高頻端更平滑的響應沒有多大意義,因為在100KHz時0dB或-1dB之差異恐怕不能為人耳分辨得出,0dB的響應在實際聆聽時也不一定比-1dB甚至-3dB強──作者取消了原設計中的82pF的電容,是因為它引起相當大幅度(約5mV)的高頻振盪,作者推測是因零件特性差異所引起的。
本機之最大輸出,不論使用傳統恆流源或DC-300A原設計恆流源,都在距直流電源電壓下5~6V時開始削波,這個數值與電源電壓沒有明顯直接的關係,是以在150W/8Ω輸出時,所需正弦波之峰值電壓為49Vp,則電源電壓應為+55V,由此我們可以估計在無載時應給予多少電壓才能符合所求。原廠品在無載時給予±60V電壓,與最大輸出時之±55V相較,僅有5V差異,可見電源供給容量相當充沛──要達到這種成績,作者以為,變壓器至少要有一倍以上的餘裕功率,以單聲道來說,應不低於300VA。
在本次試作中,作者無法以儀器分辨出DC-300A原設計恆流源與傳統恆流源間之差異──連最大輸出時之削波電平也僅能由毫伏表看出約有0.5V以下的差距,實在是微不足道,作者因此懷疑Amcron廠是否故意以此來造成特色(特色應該是有必要的),即便不然,作者也不得不承認DC-300A確是最具魅力的名器。
不管儀器的測試究竟有多完美,試聽還是最重要的,但作者卻不願意對此做任何文字上的描述──聆聽經驗是一種主觀的感受,不可能像放大器在儀器上所測得的規格那樣的絕對──老王賣瓜的心態,是很容易明白的,不管他的瓜多甜,那畢竟是他的感覺,你不一定要同意他的結論,正如同畢卡索的一些名畫,你不必一定要喜歡它們一樣。作者一直很為難於解答諸如「某某的音色如何?」的問題,沒有一位製造者會認為他的東西不好的,然而一旦你產生不同於製作者的經驗感受時,你無疑要認定製作者是存心欺騙了,所以作者寧可沉默──因為作者也是一名製作者呀!
如果你還想知道高音如何、低音如何,作者只好建議你:動手做一部吧!
轉載音響技術第88期APR. 1983 Amcron DC-300A後級試作/黃 氏
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