上期大致談論了A-25中較為顯目的特性,本期除繼續補述穩壓部份的不足外,亦將對試製及調校過程做一報告。
穩壓系統
本機採用雙組電源分別供電,此亦即將驅動級(即功率級)電源分開個別供電。採用此種安排之意無它,乃因A-25輸出級之耗電流甚為鉅大,考慮使用一組電源供電時,恐因負載吃電流太大的關係,使得漣波變動增大,如此極可能無法極致的發揮驅動級部份的原有絕佳特性。此項考慮也許過於多慮,因就原機之線路圖判斷,JC-3顯然僅安排一組電源,此亦即表示,A-25驅動級對電源漣波的rejection能力必是相當良好,故試製時,大可放心地僅使用一組電源,效果當與採雙組電源者無分軒輊。惟對業餘愛好者而言,若僅製作一部,則對價格而言,並非列為第一優先,而以原音重現視為首要目的;此即老衲採用雙組電源的緣故。
言歸正傳,先談驅動級穩壓電源。此部份電源,筆者決定採用併聯式穩壓;匆匆在音技購買二塊PC板,回家準備立刻試機,翻開音技74期一看,完了,萬事俱備,只欠LM334。這該死的LM334,三更半夜的何處去找?!況且就老衲所知,中華商場除佑昇電料行有售外,別的地方似乎相當難尋......。唉!嘆口氣,準備睡覺吧!嘿,別忙,74期併聯式穩壓好像是由STAX的CA-X穩壓線路演變而來,就用CA-X之穩壓線路配合既有零件試它一試吧!圖一及表一即為筆者試機時所用的零件數值,列位讀者若購買LM334有困難,不妨做個參考。至於動作原理在音技74期上已有足夠的說明與資料,就此略過。
再談輸出級穩壓,此部份的穩壓,係利用Nelson Pass A-40的新穩壓電路稍事改裝而成,圖二即為Pass-40的原線路圖,參照此圖一步一步思考吧!
依據負回授的觀念,所加的回授量愈深時,輸出誤差(output error)將愈小;若將其運用於穩壓器上,則此「誤差」實際上即是表示加入負載時的電壓改變量。但說是如是說,其實際意義又是如何呢?想想穩壓IC是如何穩壓吧:通常穩壓IC的穩壓功能,皆由內部的標準化穩壓電路達成,此內部參考放大器的增益,再乘以一電阻分壓電路,就決定了output端的輸出電壓值;是故顯然的可知,若輸出電壓愈低,則所需的增益愈少,而增益若愈少,則暗示著需有更多的回授量,結果呢?翻翻密爾曼的積體電子學,密兄說:可得到更低的輸出阻抗。
理論上的推斷得到如是結果,實際呢?請參考表二:由表二可知,於1KHz時,LM340 T-5之輸出阻抗僅為8mΩ,而LM340 T-15則有19mΩ,推埨顯然正確。
其次,在討論原線路中Z2的問題。Z2之於Pass-40中有二個功能,其一作為預穩功能,立一則提供穩壓IC偏流迴路。現在問題來了,試想當輸入電壓改變時,Z2之supply current必將跟著改變,而此項變異亦將直接對穩壓IC的靜態偏流造成變動...結果是:輸入電壓的變動將直接couple至輸出端。
新的修正線路圖如圖三所示:增加一額外的稽納二極體Z4,作為三端子穩壓IC的隔離參考位準,切斷原線路圖中C6與Z2的連線,將Z4的陽極直接接地;現在C6與C6A用來穩定新的參考位準Z4,而穩壓IC,亦改由Z4來提供一純淨而穩定的靜態偏流了。又,為了保持短路保護特性,由Z2陰極引一二級體至輸出端。最後,再將15V的穩壓IC換成5V的穩壓IC,如此大功告成。
改良後的Pass-40穩壓電源,老衲將其稱為JC(+)& JC(-),其保有原線路中的各項優點,電壓與電流亦可隨心所欲地控制,極適合作為各類後級的電源穩壓用;表三及表四列出JC(+)與JC(-)作為90W、80W及A-40後級穩壓時的零件數值,有興趣的讀者不妨做個參考。
由於手頭剛好有二個18-0-18、180VA的變壓器極適合拿來裝A-25,但若用以直接drive JC(+)與JC(-),輸入電壓顯然過於偏低。考慮再三,為了配合現有零件,將JC(+)及JC(-)再修正如圖四,如此不僅可適用於我的變壓器,且省掉4顆晶體、2枚1W級的稽納二極體;應可算是最節省的一種運用圖例吧!
行文至此,分析該可告個段落,該是準備裝機的時刻了。但別忙,先把A-25的材料準備齊全再說。
準備電料
先從晶體著手,JC-3所用的晶體編號,經查證電晶體手冊,列於表五。由於所使用晶體的來源,在本地採購相當困難,故必須考慮選用他種晶體以試製之;從輸入往輸出逐項考慮。
參考圖五,Q1及Q2構成了全機最吸引人的菱形差動黃金電路。因JC-3係屬於直接交連式的直流放大器,很顯然的,差動放大所用晶體的配對與否,將是決定裝機完成後直流漂移量多寡的首要條件;是故,組成Q1的兩枚N-channel FET,與組成Q2的兩枚P-channel FET,必須經過嚴加配對才行。至於裝機完成後的直流偏移,則由Q1的特性與Q2之特性是否匹配而定,此乃因JC-3採用了完全互補對稱式的架構之故,故Q1與Q2的特性,亦應經相當程度的挑選。如何,Q1 Q2這四枚FET是否非常難取捨?Q1本身的二枚亦須配對,配對完了之後,又須考慮Q1 Q2是否配對......這不是太難選了嗎?別急,理論上是如此,但有商榷的餘地;Q1 & Q2本身的二枚必須配對,這個優先等級高於Q1及Q2間的配對;君不見原線路Q1 Q2間有個500Ω的半可調電阻?!此SVR的部份功用即是用來修正Q1 Q2特性差異用的。
基於前述概念,參考原線路晶體資料,在考慮晶體來源的易否,老衲以為:2SK151/2S51應被列為第一優先的考慮對象,唯配對問題多費點心思。Q3/Q4、Q5/Q6原機採用RCA 6178/6180,依據晶體資料手冊所載,此對晶體的特性完全對應於2N2102/2N4036(除了PD有所差異外)。本想直接找2N2102/2N4036試機,但目前特性更佳的晶體隨手可得,為有助於高速的性能,決定選用2SA968/2SC2238;至於功率晶體,以MJ15003/15004擔任,試過這對晶體的兄弟當知其SOA的妙用無窮,拿來做A類輸出老夫較為放心。
其次再談電阻,所有電阻儘可能使用飛利浦原廠1%金屬皮膜電阻。對A類放大器而言,千萬別忽視電阻的材質;何故?因在A類放大器中,溫度效應是一項相當重要的決定因素,故對電阻的選擇,宜選溫度係數愈低者愈佳。放眼各種材質的電阻目前已金皮電阻溫度係數最低;另金皮電阻的電阻雜音亦相當小,這對A-25此種全段直接交連式的直流放大器而言,那真是再好也不過如此了。至於何以採用誤差值為1%者?理由一:目前市售的金皮電阻,絕大多數之誤差值均為1%。理由二:A-25從頭到尾全部對稱,電阻阻值越精密,理論上對電路的平衡性越有幫助。
電容方面,所有5uF的電容,全部採用聚碳酸鹽(Polycarbonate)電容。此舉所為無它,取其高Q值、無感抗,外加約由DC至1GHz的寬頻率響應,如是而已。
圖六將A-25線路之晶體、電阻、電容等全部編號,表六、七則列出A-25的PARTS LIST資料等,有興趣的讀者可將之列為參考。
電源裝配及測試
零件收集齊全,該開始準備試機了吧!
系統裝配,理應從電源開始:拿出兩只準備好的18-0-18、180VA容量的變壓器,先作作測試實驗;翻翻音技A-40那些老先覺們的裝機報告,發覺唐凌唐大師的變壓器測試程序相當簡便而有效,決定照著圖七的接法土法煉鋼。
前人種樹,後人乘涼,音技的各類裝機報告,實在給了老夫相當多的實作啟示。但還是裝機要緊,別胡思亂想了;拿出三用電表,量量市電:113VAC,甚好,將變壓器初級側通電,量次級側:19-0-19VAC,尚合規格所示。再來,就把兩只變壓器接成圖七,通電,燈泡亮了,經十分鐘測試,變壓器有些溫昇;不管它,先燒它個幾小時吧!
利用測試變壓器的這段時間,構思一下電源電路;通常整流電路約可分成下列四種架構(請參考圖八):
1.半波整流(一只整流二極體)。
2.中間抽頭式全波整流(二只整流二極體)。
3.全波橋式整流(四只整流二極體)。
4.雙互補式整流(四只整流二極體)。
這四種接法中,僅第四種接法才適用於本機。至於原因,眾家兄弟不妨自行自圓其說一番,也許有助於您的實力。
濾波電容的選擇,由於AC18伏經整流後為25V,故理論上以35WV級的電容器應可勝任,惟若考慮市電的變動,還是以50WV級者較為恰當。至於電容量應用多少?很簡單,有公式可尋:
C=IL/⊿V x 6 x 10-2
其中 IL:直流負載電流
⊿V:峯值漣波電壓
若IL=3安培, ⊿V=4伏,因電容器的漣波電流(ripple current)約為直流負載電流的2至3倍,估計以2.5倍計算,則C=(3Ax2.5)/4Vx6x10-2=11250uF,故電容量只要大於11250uF以上者,其提供3安培左右的直流負載電流絕對足夠。
殺到中華商場,挑了四枚22000uF/50V的電腦級電容(這下電源保險絲的功能恐怕失效了吧!),趕緊回家看看測試中的變壓器。
經過數小時的通電,變壓器已有溫度,因手頭上沒準備溫度計,僅知此溫度不燙手,心想拿來裝A-25鐵定沒問題。
變壓器測試通過,開始電源配線。電源接線如圖九所示:注意:橋式整流子應用20A以上者,否則因濾波電容容量太大,開機時的瞬間大電流,極可能使整流子受不了。濾波電容旁併上一枚4.7u MEF電容,再併上一枚0.22uF PPN的電容,以期降低串聯等效電阻,改善高頻響應特性。又由於濾波電容容量太大,於V+至COM及COM至V-間,再各併上一枚1.5KΩ/2W的洩放電阻,以利試機。
電源接線圖設計完成,準備裝機。找出南一清倉時廉售的黑金剛機箱,鎖上必要附件,規劃組件位置、鑽孔,再鎖上變壓器,再鎖......。別急,先通電,逐項測試,OK再說。Power ON,以三用電表測變壓器次級端,梁德19-0-19,甚好,把200V-25A的橋式整流子塗滿矽脂,直接鎖在機箱上,按圖施工,確認無誤,再通電,測整流子輸出端為±19V,關機。接著接上濾波電容,檢查極性。老實說心裡實在有點發毛,22000u x 4,若極性搞錯,一開機豈不成了炸彈爆炸?!check一次極性吧!無誤,以三用電表監視,通電,日光燈閃了一下,沒事,三用電表顯示±27伏,正常,吐了一口氣,這部分電路算是過關。
裝配穩壓
其次準備穩壓,併聯式穩壓甚為好用,老夫裝過不下數十片,片片表現良好,心裡對它著實放心的很。JC(+) & JC(-)的動作原理,稍前也曾刻意分析,心中對它亦甚篤定。拿起PC板,將銅箔清一次,確認無短路、斷路,噴上防護油,以防銅箔日後氧化。開始焊零件,零件的焊接,依次為電阻、電容、晶體。焊妥,將功率晶體與IC穩壓鎖在同一片散熱片上,然後先擱著,配線圖設計出來再說,請參考圖十。
依配線圖配線,確認無誤,準備試機。開機前再次檢查各PC板、晶體極性等可千萬不要接錯。另晶體與穩壓IC亦須塗上厚厚的矽脂,確定外殼與散熱片無任何短路現象。目視無誤,接上監視用三用電表,每次測一片。由於此部分電路較易,通電結果,片片OK。
正式裝機
重頭戲堂堂開演,開始裝配A-25。
與裝穩壓電路時之步驟一樣,先清理PC板,檢查Layout,確定是否有短路、斷路,噴上防護油,開始準備焊零件。因A-25採雙面銅箔設計,一面為線路銅箔面,另一則全是地,而PC板間沒有實施貫孔處理,故先把該兩面焊的地方先焊妥,然後才開始焊零件。焊零件次序亦為電阻、電容、晶體,焊電阻前先確定每枚電阻均無短路或斷路,再將電阻引線刮乾淨後再焊上。電容焊上前亦須如此,以防零件不良而使電路遭不必要的損害。晶體方面,968/2238均加裝小型散熱片,惟因PC板零件面全為地,故晶體需與散熱片作絕緣處理,以防短路。
驅動級裝妥後,將偏壓網路亦焊好。偏壓晶體直接鎖在功率晶體的散熱片上,Q11鎖在Q7(或Q9)的散熱片,Q12則鎖在Q8(或Q10)的散熱片上,以期將互補式偏壓網路的特色發揮無遺。至於晶體型號,老夫用649A/669A,取其塑料平面型,可輕易安裝於散熱片上,達到溫度補償的最佳效果。至於應用何種型號的晶體最好,依原廠線路用RCA 6178/6180判斷,顯然用與Q5/Q6同型號者最恰當,理由是:以同型號晶體作熱補償時,其熱反應效果當可直接使Q5/Q6作最適當的修正,因為兩者的材質一樣,理論上熱係數效應會相同之故。唯手頭上尚有多餘的649A/669A,就勉為其難吧!
裝配至此,準備先行試機矣!此時輸出級部份未接,沒什好怕的。但為求謹慎,還是從頭至尾再double check一次,至此,A-25已接妥部分,如圖十一所示。(見圖六.省略)
該開機了吧?!雖說沒什好怕,但心裡總還是有點兒遲疑,還是再沉思一下吧!
面對圖十一,動作原理心理大致有個底,但通電以後該如何調整?那三枚SVR幹麼用?還好沒有貿然開機!
SVR2的接法顯然是同OP-AMP修正補償電壓的原理相同,參考圖十二。因本機之Q1 Q2的接法屬於差動放大式,而差動放大正是OP-AMP的輸入級,故以OP-AMP的觀念來看,SVR2正好是非反相端的補償電壓調整電阻。SVR3則是傳統式偏壓網路調靜態電流用的,沒什好談;SVR1則用以修正Q1與Q2間的特性差異,另外亦提供偏壓網路的偏壓電流。
分析至此,先將SVR1 SVR2旋於中間位置,SVR3則置於最小,欣然開機,監視著三用電表,先調SVR1使R1(or R2)上之壓降為0.7~0.8V,再試試SVR3,電表顯示R12上之壓降可輕易達到所需的1.4V,甚寬心,仍將其調回最小。SVR2目前用不到,不管它,關機。
開始準備輸出級。功率晶體之散熱片,老夫用拆船貨,外加一只風扇;取其體積小且能做強迫式散熱。晶體鎖上後確定一下與散熱片有否短路,然後直接在晶體腳焊上100u/35V的電解電容;接引線至A-25驅動級,擱著,準備系統測試圖(見圖十三)。
參考圖十三,於B2+至A-25功率級及B2-至A-25功率級間,各串上一枚0.22Ω/2W的限流電阻,監視此限流電阻的壓降,開機......,沒燒,鬆了一口氣(一大口氣),一切正常,開始調整。
再接一只數位電表於output端,作全機調整:條SVR2使輸出等於0伏,慢慢旋轉SVR3,使現流電阻上之壓降等於0.44伏(即0.44V/0.22Ω=2A)。這次別急著開機,讓他好好燒一燒,反正天寒地凍的,姑且當暖氣機暖它一暖。
開機半小時後,全機溫度上昇,此時反覆調整SVR1及SVR2,直至輸出等於0伏,另SVR3亦須些微調整,以確定靜態電流為2安培。如此程序反覆三次,至此大功告成。
由於時間緊迫(交稿時間),未及做示波器觀察,至於試聽結果如何,我看就下期再談吧!
結語
記得當年年紀小,沒來得及趕上ESS 500的熱潮,直至SF-101開始學裝後,陸陸續續裝過A-40、SF106、PRO212、PRO214等,但high power的雙快槍卻又沒錢裝......,這次雖只裝25W,但比起A-40來說,提心吊膽的時候卻多了數百倍。感謝音技以前各篇的裝機報告,梁副總的支援,佑昇電料行李老闆的熱心;也真雀躍這次的裝機,使自己能對電路知識的運用,又多了幾分的了解。願這篇文章能有助於某些讀者,也願另外的某些讀者能對筆者提供他們寶貴的經驗!
轉載音響技術第86期FEB. 1983 再度讓你親嚐A類的醇厚風味──A25放大器的分析與裝置(續)/蕭文權
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