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  最近我在一本外文雜誌上見到一篇非常新穎別緻的線路結構,它是以一組全對稱雙差動分割成兩組反相信號,兩組MOS-FET功率晶體,接成BTL方式輸出。其架構的合理程度、零件的利用率,以及實際的製作可行性,均能達到令人滿意的程度!線路上所標示的晶體,以及各種特殊的零件,最近我正好進了一批,省去了為尋找零件而操心。在深入了解電路結構功能後,馬上動作洗了兩塊PC板,依樣畫葫蘆幹起來。幸好沒有遇到什麼困難,經細心詳加檢查一切無誤後,加電測試,一切都在標準範圍之中,接上MD-660前級、Epcure 2.0喇叭、Dynavector的Ruby 23 MC唱頭,首先放一張Guglielmo Tell,靜聽之下,音質的清晰度、柔順度,都令人相當的滿意,質感和MP-105不相上下。改聽另一張The Firebird(火鳥),發現音場的縱深度、寬廣度和一般的放大器不一樣,尤其是當第一聲定音鼓敲下來時,讓您感受到的震撼,絕難以筆墨所能形容,動態範圍之大,讓人的感受久久不能忘懷。而我這個人有個毛病,說得好聽,不自私,有什麼好東西必然讓大家共享;說得難聽一點,喜歡拖人下水,除了您的定力夠,不然一下海,保證您嘴笑眉笑,過足癮,至於後不後悔,我可不負責。

新式BTL電路

  我原先對BTL的功率放大器未存有好感,一般都以用在PA的比較多,拿來做Hi-Fi實在沒有這個必要,尤其對其橋接的方式感到相當的不滿,其缺點:負向放大器的信號源,是由正向信號輸出端分壓而供給,其放大器時差所產生的相移、失真,都會使完美的信號產生更多的缺失。尤其是中點的穩定度,會因為兩放大器相串而相差兩倍,而我下面所介紹的這個線路,名稱暫訂為MP-158 BTL 160W MOS-FET功率放大器,它除了可以免除上面的缺點外,並能將一般放大器反相信號的不用,拿來加以利用,而且能將FET雙差動的功能完全的表現出來。BTL的優點在相同工作電壓下能達成四倍的功率輸出,一般SEPP放大器是以零點為基礎,分別由正負電晶體作上下拉動,所以任何時間都是一端晶體在工作而另一端在休息,形成如圖一所示。

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  BTL是將零電位的輸出端再給予一個反向的信號而能達到兩倍的峯值電壓電流的輸出,在相同的8Ω負載下可達到四倍的功率輸出,如圖二

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  但在實際設計上因為電流加大一倍,功率晶體必須多加一倍來承受這個電流,而驅動電流也要加大,變得更複雜。為要適應這個原則,本機功率晶體採用MOS-FET,在降低正負電壓下就能提供足夠的電流,並且因為MOS-FET的輸入阻抗高,完全是以電壓來控制輸出,而不需使用推動的電流,故無須考慮推動的問題。

輸出功率的決定

  本機採用東芝去年發表推出的最新MOS-FET:K272/J92兩對,作為功率晶體。據資料顯示:Pc 100W、ID 7A、VDSS 140V,在此我們讓它發揮80W的功能想必沒有問題。在考慮VDD電壓時必須考慮到它的峯值電流,如果我們以一個正相輸出時它的負載必須以4Ω來計算,故在正相80W的輸出下,VDD的電壓設定在正負各33V,峯值電流8.25A,平均電流2.62A。

另一種構想

  在MOS-FET晶體的特性上,並不容易產生交越失真,但在事實上仍會產生,只是不明顯,而交越點也非在零電位附近,為要尋求更完美,本機可由幾個簡單的更動,而改為純A類的輸出。

  MOS-FET因係電壓驅動元件,無須驅動電流,故驅動部分無須做太多的更改。在功率晶體方面,一般A類無法達到大功率之主要原因是電晶體在高電壓下非常難通過大的電流,而且必須消耗大量的功率而產生大量的熱能,形成一種能量的浪費,所以一般大功率A類均採用浮壓式(隨信號振幅大小改變Vcc電壓的一種方式)、動流式(隨信號振幅大小改變偏流的方式),其最大的缺點就是時間所造成的問題,放大器在無法預知下個信號振幅大小的情況下,必然造成反應慢了一點的現象,不管這一點是多小的一點,畢竟是一項缺點。而本機所加的電壓不高,對增加偏流不構成困擾,經考慮以120W純A類的輸出,所加的靜態電流每個「向」約為2.75A,如果將散熱能力加強,並將功率MOS-FET晶體再加兩對來分擔電流就變得非常輕鬆。再就是MOS-FET不需熱補償電路,不會因熱而改變它的放大係數。

  下圖示BTL功率晶體在A類的偏流其電流的流經方向。

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電路晶體功能簡介

  Q1 Q2 Q3 Q4兩對N通道及P通道的DUAL FET形成全對稱的電路,其不具放大能力,主要的功能是使信號輸出的阻抗降低,使負向放大器的回授信號量穩定。Q25 Q26保護此級FET的定電壓電路,使FET的D極電壓維持在23.4V的安全值。Q5 Q6 Q7 Q8是由兩對相同的DUAL FET形成雙差動的電壓放大級,Q5 Q7 S極間的50Ω半固定係調整正向輸出的零電位,Q6 Q8 S極的50Ω半固定係調整負向輸出的零電位。而這兩個半固定中間的500Ω半固定是調整這一級雙差動的工作電流。Q9 Q10 Q11 Q12是本級FET的定電壓保護,所定的電壓為15.4V。Q13 Q15係正向的第二級差動電壓放大,Q17 Q19係正向第二差動的自動平衡電流晶體。Q19與Q15間的1K半固定係調整輸出靜態偏流的調整點,本機靜態電流調整在500mA至700mA。Q14 Q16係負向的第二級差動電壓放大,Q18 Q20係此級的電流平衡晶體,Q21 Q23係正向功率輸出MOS-FET,Q22 Q24係負向功率輸出MOS-FET功率晶體,Q27 Q29係整個電壓放大正Vcc的穩壓電路,Q28 Q30係負Vcc的穩壓電路晶體,正負電壓定為±50V。

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安裝應注意事項

  本機單聲道的電源變壓器,次級電壓為24V-0-24V,電流為9A。因為BTL在工作時正負端的電流均不停的工作,不像一般放大器正端工作時,負端休息,所以對電源的使用率增為兩倍,故濾波電容也必須加大一倍,為20,000μF/35V。

  本機係在低電壓,大電流的環境下工作,必須注意到每條引線所經的電流值,儘可能加粗。

  MOS-FET係高阻抗元件,很容易因不當的配線引起高頻振盪,配線力求合理及簡短。

  高頻負載電容電阻必須焊在功率晶體的邊上。

  散熱片力求通風散熱良好,無論是AB類或A類都會產生相當的熱量。

  本機不適用一般的喇叭保護器,事實上裝上壹只3A的保險絲足以適用。

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測試與調整

  在電壓放大驅動PC板之零件安裝好後就可進行初步的調整,首先將轉出接點各接一只470Ω的電阻到,也各接一只470Ω的電阻到,接上正負50V的電源及地端。量與地是否為零V,可由同向第一級差動50Ω半固定調出,量與地也應是零V,由同向50Ω半固定調。中間500Ω半固定係調整第一級差動的工作電流,本機第一級差動每一個FET設定電流為1mA。即FET負載電阻1.5K上必須產生1.5V的電壓降,如附圖:

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  最後粗調輸出偏流量取470Ω電阻兩端電壓,由電壓輸出端1K半固定調至0.5V左右就可。電壓放大部分調好後,先將4只470Ω電阻焊下,再將功率部分焊接起來,並將功率部分的正負電源接上,首先再細調正、負向的輸出中點電壓對地為零V。調整靜態電流,我們可以利用功率晶體S極的兩只0.22Ω/5W電阻上的電壓降,以500mA靜態電流在0.44Ω上能測得0.22V,700mA則測得0.3V,A類則由3對功率晶體分攤,每對920mA,則0.44Ω電阻產生的電壓降為0.4V,但這並非很準確,原因是0.22Ω的電阻誤差所引起。

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  這是一部非常值得一試的功率放大器,您有興趣的話,我可以提供所有的零件及PC板,詳細規格請來信或打電話,當可為您效勞服務。(聯絡地址:台北縣中和市永和路90巷2弄22~2號 名揚電業公司 TEL:9250813)

轉載音響技術第82期OCT. 1982 MP-158雙刀式後級/紀 寬

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