抱著對音響無止境的熱忱,再次的和各位見面,更希望能藉著音響技術這個園地,能和您交流到更多的經驗,體會到更美妙的音樂。

  我總覺得:電路的架構,像人體的骨骼;零件的選擇,像似肉體──而您(安裝的人)才是真正賦予生命的人。而事實上一部音響,其性能的好壞,您的想法和做法、觀念的正確與否?用了多少心?下了多少功?這才是真正決定優劣的關鍵!我們對某些個東西發生興趣,必須先有個計畫,如何去搭配?什麼型式才適用?先以主觀的條件去了解,再以客觀的經驗做參考,心平氣靜選擇。當然或許很難有讓您能夠完全滿意的東西,但是我們至少要儘可能的瞭解它,這樣或許不會稱心,相信不會因而後悔。但我非常希望您在裝音響套件的時候,能在三的仔細的核對一遍,不要太自負,自認沒有問題時,就貿然通電,等到發現有問題時,說不定早已完蛋,一陣清煙,搞不好連喇叭也給賠上,更是得不償失。在一般音響套件廠家來說,任何一種產品在出廠前必定要加電測試,只是好壞測試的程度有差別。沒有人願意將不良品推出,無論在金錢上、在名譽上都會造成極大的損失!

市面盡是DC化套件

  目前功率放大器,業已步入真正DC電路,DC電路大致可分兩種,一種是DC架構,而無DC放大能力。另一種是真正DC放大器,它能放大直流,最大的優點是頻寬特寬,由DC開始直到數百KHz,速度快、TIM失真低。

  圖一A中電路,因其回授電路中有C1,能阻隔直流及極低頻,因而產生100%直流回授,用以穩定輸出端的零電位。

圖一B中電路,其直流回授量與信號回受量相同,相對的直流中點穩定度,必然只剩下放大部分數分之1,至於解決辦法,待會在詳細說明,其最大的好處,即消除C1本身所產生的缺點:因阻抗低必須使用大容量的電解電容,其音質在高頻具有劣化現象,本身會產生雜音,大量的損失角,暫態響應差,使回授相位偏移,產生失真,對不同的頻率產生不同的內阻,尤其在低頻,對音質非常不利。但也不是把C1拿掉,把中點穩定就能解決問題。如果只是這樣,加個伺服不就解決了嗎?但是您是否考慮到這種電路,雖然R4具有增阻作用,但因R4的低阻值牽制了整個輸入阻抗,使得輸入阻抗變低,對低音尤其不利,為解決這個問題,我們輸入採用高阻抗的FET,並利用FET特有的性能:即不吃電,對信號源的影響少,對高頻具有較佳的響應,GS同電位時不截流,對偏壓問題較好處理,其對直流平衡,較傳統晶體穩定。缺點是大多數這類FET耐電壓不太高,雖然其標示DS間電壓在50V,而實際使用上在26V以上就開始微量漏電,故而我們必須加一個限壓電路,如圖二

  R7、Zener分壓所產生的電壓,提供Q4 Q3 B極,使E極的電壓定在B極的電壓減去0.6V,提供FET適當的電壓,而其電流仍由Q1 Q2的電流值決定,這樣就能產生較低的電壓,保護FET的安全。

  就目前的一般晶體也好,FET也好,仍無法生產出特性電流完全相同的差動晶體,雖然Dual FET對週圍溫度個別產生的差別較少,但仍無法使差動產生一致,所以我們要加一個自動平衡電流電路(Current Mirror Circuit),如圖三

  其優點:能改善差動電路的平衡調整,改善因減去C1所產生的中點穩定度問題。其工作原理:當Q1電流大於Q2,R2所產生電壓降比R3為大(Q3係將CB短路形成一只二極體,因其與Q2相同的晶體,在性能上較為一致。),使Q3 B極產生較低的電位,而使Q2偏流降低,使Q2通導能力降低,使電流趨向平衡。

  R1係輸入阻抗電阻,C1為高頻傍路電容,RC組成防止高頻過高的增益所產生的振盪和過激。

  第一級差動的放大倍數相當的少,而全機的電壓放大,主要仍在第二級差動上,故音質的好壞,第二級上所選用的晶體元件非常重要,其平衡更是全機主要穩定中心,故必然再加上電流平衡電路,此級的平衡工作晶體,係採用與差動型對稱晶體,本級的工作係將第一級放大的信號經由Q7 Q8作第二級的差動放大,並同時提供電流放大所需的偏壓,Q9係偏壓晶體,必須固定在功率晶體散熱片上,使其完成熱回授作用。Q10 Q11係平衡電流電路,其工作原理和第一級的平衡電流電路完全相同,第二級使用差動電路的目的,是使本級輸入阻抗加高,相對的就能產生較靈敏的動作,產生足夠的放大倍數。VR2係調整偏壓的大小,為要限制在一定的安全範圍,不致因調整不當,致偏流太大,而使功率晶體過度負荷發燙而燒毀,而串連兩支電阻。C7確實的作用我未能十分的明瞭,如果只是在開機一瞬間,因充電使功率晶體偏流由小加上去,我曾經用最小的0.01μF加上去,一直換到470μF,在聽覺上或在測試上都無法感到有什麼差別。

  推動部份分預推動,及主推動兩級,均以達靈頓方式來達成,以射極輸出方式,故其不具電壓放大,但卻能產生足夠的電流,驅動功率晶體。

推動級有兩種接法

  預推動級我們仍用800mW左右的對稱晶體,其射極電阻在這我們有兩種接法:一是直接接至輸出端,另一種是接到對稱晶體的射極,此乃是JBL接法。此兩種各有好處,在MP-105的PC板上我預留了三種接法,平時是第一種接法,如果您想改,可由PC板上所預留切點切除而達成JBL接法,同時我也具備了一種叫NO-NFB(無回授型)的接法,其原因有人提倡電磁線圈喇叭是具有反電動勢的元件,您給它一個瞬時信號,它會因慣性運動,而產生一個回饋信號,經由回授,再與放大,而引起失真。不過這種電路也有缺點,其輸出中點,必須靠預推動級的平衡來維持,而不是真正輸出中點來維持。再就是目前功率後級輸出的阻尼因數,都已達到百至數百,對喇叭制動能力已相當高,是否需要使用,得要看各人的看法。

  主推動部分,MP-104係採用25W中功率推動晶體,以提供足夠推動晶體的驅動電流。MP-105在主推動部分再次積極的改良,採用最新的高速MOS-FET作為主推動晶體,而其主要的優點,具有極高的輸入阻抗,換句話說,它是一個以電壓推動電流的晶體,反應極快,沒有一般晶體的儲存作用,對減低TIM尤其有利,再就是它的閘極不像一般晶體需0.6V的順向偏壓,才會開始導流,而是與真空管相似,需加上負壓才會截流,所以不會像一般晶體偏壓不足所產生的交越失真。

  因為這對晶體價格非常高,比功率晶體貴,如果只是作推動未免太可惜,故我想為什麼我們不能拿它做主輸出,而功率晶體,則作輔助輸出,就像小孩提水,再叫大人幫忙提,而事實上這是很難辦得到的,如果S極的電阻降低時,FET所承受的靜態電流必然加大,結果S極的電阻大小,只是決定推動晶體的工作點。但是如果我們在S極送往功率晶體B極之間,加個適當大小的電阻,就可將此一情況改善,不過大小必須適當,太小沒有作用,太大功率晶體顯得推動不足。

RET 低頻力道不夠

  MP-104、MP-105、MP-154此三種機種,均採用RET作功率晶體,RET所具有的優點,就是它再高頻的響應能有極其優異的特性,本身開關動作快,比一般晶體快一倍以上,ON-OFF時間,一般晶體ON(0.75μS),OFF(1.75μS);RET ON、OFF各是0.35μS,放大率HFE不因電流的大小而受影響,具有線性放大,工作領域大,Cob 90pF,所以不必使用太大的驅動電流,就能達到足夠的功率輸出。RET再實際聆聽下,在高頻的表現是沒有話說,極其明亮、透明,一點沒有刺耳感,但是同一現象表現在低頻,就會感覺到沒有力量感、勁道不足。P-105採用MOS-FET推動主要就是改善這一缺點。MOS-FET在低頻表現實在優異,沒有一般晶體的生硬感;也沒有RET的鬆散感,但是MOS FET其缺點在其功率輸出的電容相當高(350P-500P),對高頻相當不利,無法達到RET的清晰度。如果只使用在推動級,此一情況將有所改善。

  MP-155的功率晶體,使用普通晶體:MJ-15003和M-15004兩對,每對Pc 250W,使用相同的驅動電路,不過將靜態電流調在900mA左右,其最大的優點,是在一般聆聽的音量下,工作在A類,當高輸出時,才轉為AB類,故其聽起來魅力較足,喜歡勁道的朋友,可以考慮試試!

  過載保護電路,一般功率放大器額定輸出都以8Ω的負載為標準,理論上如我我們加上4Ω的負載,將會引起放大器、功率晶體加倍的負載,而達到二倍的功率輸出。但事實上並非如此,第一:電源因電流加大而產生壓降,第二:功率晶體本身承受的電流無法達到,以致發生超額工作,產生極高的溫度,以致崩潰而燒毀。過載保護其工作原理,係以功率晶體射極電阻所流經的電流量來作限流保護。

  很多人問MP-104在輸出端為什麼沒有用電感線圈?是不是會有影響?電感線圈在某些機種上是有作用的,它可以防止因負載具有電容性所產生高頻負載,引起振盪,可降低擴大器所產生高頻輸出。但在MP-104上本身的相移非常的少,穩定度高,不易產生振盪。並對外來的影響少,沒有線圈,不致影響性能。

  頻率響應、相移、TIM失真,彼此具有相當大的關係,在這我簡單的說明TIM失真的一部分主要原因,如果我們加一個方波信號給放大器,方波信號包括許多諧波,如果放大器的速度慢、頻寬不足,必然使信號滯後以致形成如圖的波形:

  這樣還沒有關係,但是我們又把這個信號用回授方式去抵消部分的輸入信號,因為輸出信號滯慢,及與輸入信號相抵,因而產生部份缺失,乃引起放大器在這部分產生過荷的放大,而致崩潰,而產生失真。解決TIM失真的對策可由兩方面,第一:加快速度,減低晶體對信號反映的時間,故而必須找高頻晶體,Cob容量少,線路結構必須相移少;第二:減低回授量,或改以逐級回授。

後級亦使用穩壓電源

  為什麼要穩壓?穩壓分兩段,預推動級以前穩壓,及功率部分穩壓。穩壓本身具有兩種意義第一:增加電源的內阻,穩定放大器工作時的穩定度,避免因功率部分大電流引起不穩定電壓影響推動級以前各級的工作;第二:消除整流濾波所殘留的雜音。有很多人認為加大濾波電容會使交流聲消除,而事實上,無論您用多大的濾波電容仍難完全消除,有時反而引起更多其他雜音,雜音也就變得愈大。雖說OCL放大器正負電壓漣波會有互抵作用,但事實上在大電流的情況下和不平衡的情況下,也就是說您在大音量時,就會產生交流聲,只是您沒有聽到而已,但音樂清爽度必然打了折扣。不平衡也就是所謂的接地問題,大家談了那麼多接地問題,却很少人明確的指明由何處接地最好,各有各的觀點,各有各的論調,事實上如果您明白平衡的道理接地將不是一個大問題,第一種:前後級分開。

 1-A:後級各聲道使用獨立式電源,這種接地最好將各聲道分別獨立接地系統,聯喇叭輸出端的地都不能混在一起,必須各走各的一直到輸入蓮花座端才能一起接地,至於用什麼接隨便您,直接也可以,加100Ω電阻也可以。

 1-B:單電源,即共用一只電源變壓器,兩只濾波電容,大體上此種只需將各個接地點分別用線連接一處,大部分在濾波電容器接地端再由此點匯接到機作上,不過仍有很多人似乎未能將指示燈、耳機、VU表、LED指示器、喇叭保護器的地端接道匯集點,或是用一條線將各地點連在一起,才接過來。如果喇叭保護器沒有接地保護,將不發生作用,只是一只延時開關;耳機不接地,耳機聽起來無法分清左右聲道,VU表、LED指示器未接地將不起作用。還有很多人喜歡用半波整流再用個大電容供給指示燈或LED指示器,事實上大部分未能將交流聲消除,很多音響交流聲來源都是由指示燈、LED指示器所引起的,最好還是使用全波整流,橋式也可,電容不必用大,效果一定比原先的好多了。

 1-C:前級,以目前大部分前級電源穩壓,音控平坦放大、EQ放大,均在同一塊PC板上的前級,可將接地點安排在EQ輸入點的地端,其主要原因是EQ放大倍數相當大,對周圍感應特別敏感,而承受蔽屏的機殼,其電位如未能和EQ地點一致的話必然會感應到交流聲。

  第二種:前後級在一起的放大器,這一類處理起來就比較困難,因為大電流的環境下,再加上高感度的EQ放大器,可能就必須犧牲一部分的理想,如果我們將機殼的地,安排和EQ同電位,很可能因大電流範圍的感應,影響到音控平坦放大而產生振盪;據我實驗的結果,認為仍在濾波電容端落地,但不能將前級的電源地端或EQ的地端同時落地,最重要的是必須將前級輸出端的地,接到後級輸入端的地端。

  所以無論您怎麼做都像在路上跑的公共汽車看報紙,無論您用什麼姿勢看,大字還沒問題,小字可就難說,說不定看得您下車後都分不清楚東西南北了。但是您的音響完全經過穩壓,上面的問題都不成問題,管它平衡不平衡,漣波不漣波,接地高興接哪裡就接哪裡,出來的聲音清清爽爽,絕不會拖泥帶水的感覺。經過穩壓的功率放大器最大的好處是維持輸出的功率,很多100W的Power,聽起來就沒有100W的聲音,其原因大多數是使用的電源變壓器的電流不足,在大音量下,產生大量的壓降,造成提早切削,尤其對低音大電流下造成的影響尤其之大,就算用的變壓器足夠大,仍有10%的變動率。

  由第一級差動到第二級電壓放大差動,共需的電流約僅9mA左右,所以我們可以加以穩壓,使用目前流行的並聯式穩壓,如圖四



  Q1 Q2接成一個定電流電路,其採用一指定電流的穩流二極體,能承受100V的電壓,但只能通過4.5mA以下的電流,其工作曲線如下圖:

  其最大的優點是電壓的變動不影響電流的大小,能造成更穩定的定電流電路;Q3 Q4係達靈頓組成並聯式負載晶體,其設定流經的電流,必須比輸出的電流為大;Q5 Q6係電壓檢之電路,Z1提供一個基準電壓,R6 R7分壓所得的參考電壓,如因使用電流減低、電壓升高,驅使Q6作更多的通導,驅動Q2 Q3的內阻降低,傍路更多的電流使輸出電壓穩定。由以上的原理可知輸出的電流變動量必然和負載晶體電流量成反比;也就是說輸出的電流量大,負載晶體的電流減少,輸出的電流小,負載晶體旁路的電流量相對的增大,以達成穩壓的目的。這種並聯式的穩壓,在低電流工作穩定非常優異,但在大電流的範圍就不太適當,因其使用的電流任何時候都比所需使用最高的電流為高,而晶體的耐壓電流散熱都成問題,所以在功率穩壓我們仍用串聯式的穩壓,只是儘可能在靈敏度,也就是穩壓的速度,儘可能的提高,另一個好處是電壓的控制比較容易,最低可以完全切掉,利用這種特性,我們可將喇叭保護電路附加上去,如果中點電壓漂移超過0.6V以上,就可將電源切掉,完成保護作用,以解決用繼電器保護所產生的眾多缺點。

  功率穩壓和喇叭保護電路如圖五

  其工作原理,以正電壓為例,Q1 Q2並聯,承受全機的電流量,並與Q3 Q4接成三級達靈頓電路,以使控制電流降低。Q5 Q6係過載保護晶體,由Q2射極電阻檢知因大電流所產生的壓降電壓,並由R4 R5分壓而使Q5 Q6導流使控制電壓降低而達到保護目的,Q6係PNP反接,同時能降低-Vcc的電壓而形成同時保護。Q7 Q8也接成達靈頓,由Q8射極的穩壓二極體提供基準電壓,R9 VR R10提供參考電壓,達成控制電壓大小的目的。

  零件選擇、電晶體選擇佔全機性能極大部分,選擇適用的晶體,才能發揮電路的性能,合乎電路架構所需的數值,像有些人將普通晶體所設計的放大器,改用FET或RET,其效果可能會將FET、RET的特點抹殺,甚至產生反效果。

  MP-104原先是針對RET所設計,以相移少、頻率響應寬為設計目標,並能在更動甚少的零件下,油250W至80W均可適用。

  以MP-104、MP-105為例,其功率晶體為RET,其Ft 80MHz、Pc 150W、Ic 15A、Cob 90pF、Vcbo 160V,外型為塑料包裝(目前晶體已趨向塑料包裝,優點是生產容易,成本降低,在使用者也因不需將固定螺絲絕緣而產生不便,並減少短路的機會。)

靜態電流高達0.9A

  MP-155功率晶體為MJ-15003/MJ-15004,Ft 2MHz、Vcbo 140V、Ic 20A、Pc 250W、Cob 1,000pF,兩對並聯,因其Vceo值在120V時可通過0.7A的電流,在70V時可達2A,故在足夠散熱片下靜態電流可調至2A,但在安全的考慮下,調到900mA至1A左右,而達成在一般聆聽音量下,成為A類,而在大音量下轉變為AB類,以改善因A類效率低的缺點,又能達到A類所擁有的無交越失真,所以在實際聆聽下,能感受到較足夠的迫力感。

  推動晶體,MP-104、MP-155均採用C2238A/968A Ft 100MHz、Pc 25W、Vcbo 160V、Ic 1.5A、Cob 25pF,這是一對非常理想的推動晶體,很多電路都常常用它。MP-105推動晶體則採用日立出品的K-213/J-76 MOS FET,Vdss 140V、Id 500mA、Pc 30W、Ciss 90pF,高低頻電流放大、高速推動,輸入阻抗高,GS電壓零V時不截流,沒有交越失真,並具負溫度係數,即溫度升高不會使電流加大,不會產生熱崩潰。

  預推動晶體MP-155採用C2824/A1184,Vcbo 120V、Ic 1A、Pc 150W、Ft 120MHz、Cob 150pF,選擇這對晶體,最大的好處是能產生足夠的推動電流,以滿足功率晶體所需的較大電流。MP-104、MP-105,則在新的產品使用B716/D756,Vcbo 120V、Ic 50mA、Pc 750mW、Ft 350MHz、Cob 1.8pF,這是一對非常優秀的晶體,無論在製作上,在實際應用上,實際聆聽上都能達到良好的成績,這對晶體在日本相當的受歡迎,許多高級電路都可以看到它,只是我不知道為什麼國內卻一直沒有進口,這次還是我花費了相當的苦心,設法進了一批,藉以推動國內音響使用這對晶體,能走向高級化。差動輸入級自動平衡電路及定電壓電路所用晶體為C 1775A及A 872,或C 2240/A 970,Vcbo 120V、Pc 300mW、Ic 50mA、Ft 120MHz、Cob 1.8pF。

  電容器選擇,在退交連電容採用Mini小型化電解電容,電阻採用金屬化膜電阻。雖然在後級來說電阻的雜音不在考慮之列,但因後級的環境溫度變化較大,金屬膜的變動率將比碳膜的少得多,必能使後級的穩定度有所加強,還有很多朋友看到我們的後級使用的電阻大部分是¼W,覺得好像不可靠,事實上功率放大器,除了功率晶體及推動晶體電流較大外,其他地方流經的電流都不足以使電阻發熱或燒毀,除非電路發生意外,不正常的電流就可能將電阻燒壞,而可能不致使晶體同時燒毀而具有保護作用。

  PC板的設計,採用玻璃纖維板,銅箔面設計採用負片貼圖法,即電路與電路之間貼上貼帶,翻成負片,這有兩種好處,增加銅箔導電量,再就是增加焊點的面積,使PC板的故障率降低,不致容易脫落。

  Pin及接線端子,採用日本進口,其主要性能為經常性的抽插仍能保持良好的接觸,端子外並附有塑膠座,避免短路。 (通訊處:中和市永和路90巷2弄22之2號,名揚公司)

轉載音響技術第80期AUG. 1982 我想我做...以MOS FET推RET後級/紀 寬

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