HI-FI 信箱(音技第48期) @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

屏東郵局陳先生問:

　●弟頃接讀者服務部寄來之SF106~250W驅動晶體,立即量取其HFE,發現相差實在太多,L01的HFE分別是170、190、160、150而L51的HFE分別是80、100、110、180實在很難配對(Q1~Q4),而MM5415的HFE分別是35、45、50、80 ,2N3440的HFE分別是65、75、130對雙微分上下對稱的線路而言,上下配對亦相差太多,所以,很失望,也很抱歉,將106 250W全套晶體退還。

　　請改寄SF107 250W驅動晶體,尚餘$170,(980-810=170)請多寄幾個Mps L01以便配對(Q1、Q2)若能多一、兩個MM5415最好,以便挑選HFE較高者作為Q4之用。謝謝,敬祝　編安

　●勞您再度覆函,很抱歉。容弟再說明如下。

　　粗選、精選祇是概估而已,一個高工或大專的,不是專門從事音響技術的業餘朋友,當他配對差動晶體時,是不是把HFE接近的先放在一起?他會不會找高HFE的裝上?除非相當挑剔的,或工廠,大概很少人會把Ic、Ib分成許多「量程」去配對。

　　三陽野狼與五十鈴載重車似乎不能相提並論,就像三陽喜美不能與林肯相比一樣,不管量程(賽程)多少,是快速或慢速,大部分的人喜歡林肯,(或許三陽喜美較實用)。如果將林肯的引擎安裝在三陽喜美的車體上,不知道會怎樣。

　　同樣一台三用表,同樣的量程,5210的HFE當然比Mps L01的高,但二者用途不同。同級車(例如5.000cc)比較時,就需考慮「靈活性」了,靈活性較佳的,加速、轉彎、剎車......等性能是不是比較良好?也較省油,也較舒適?

　　電路中,電晶體是唯一的活性元件,HFE(β)值較高的,運用起來是不是較靈活?設計時寬容度較大?車速除了起步及停止外,可說是均勻的,但電晶體的驅動電流在大小信號間瞬息萬變,較高的β值(HFE),對降低TIM或其他方面是不是較為有利?音響技術45期第111頁250W推動設計不是說挑選較高HFE的2N3440/MM5415擔任Q5 Q6嗎?

　　高功率後級靜態驅動電流比小功率(或前級)的大多了,在此「起步」的靜態驅動電流之上才考慮電晶體的特性是合理的,後級不必選高增益,低雜音晶體管是可理解的,但HFE(β)值也不能太低呀!工業電子(包括數位邏輯)所用之on-off晶體則不必考慮這麼多。

　　總之,弟聽音樂(不是聽音響)喜歡小音量的古典及輕音樂,大音量令人無法忍受,您可聽過「音響疲勞症」嗎?──頭痛、失眠、神經衰弱......(笑笑),所以弟所要的晶體是適合裝高功率Amp.(為了推動低效率喇叭──AR、Ditton),但在小電流工作時,HFE仍保持很高的那種晶體。時速在60KM以下的林肯,是浪費?是享受?

　　請您寄配對好的,高β值的Mps L01、Mps L51、N3440/MM5415,弟又想將250W裝在SF106雙微分上了,Test Keyboard也!而80W的改裝SF107,將ESS前後級裝在一起,送給朋友。

　　弟在上一封信所提及的ESS前級(SF101PCB)之事,您將之劃個大"X",是不是有貨了?弟已將SF101PCB做了部分修改,①電源部分加上穩壓,②耳機放大加上增益線路,③RIAA的R7 R13改順序接地。其他與原PCB一樣。

　　高功率晶體何時進口?不一定要250W的,150W、200W較實用,高功率機箱「出廠」了嗎?

　　囉唆一大堆,請多包涵,並請不吝指教。

　　耑此,　　敬祝　　編安

唐凌覆:

　　陳先生一共來了三封信,後兩封信是因為我的回信不能使他明白才來的。其中第二封信,我是連同回信一起寄回給陳先生的參考,當我看到第三封信時,我已經感覺出不能再回信了,因為像這樣的問題,也許三五千字還不能說明清楚呢!陳先生認為林肯一定比三陽喜美好,而我卻覺得不然,這該怎麼解釋呢?

　　陳先生的問題主要發生在他向本刊服務部購得了一些晶體,量取hfe後發現差異很大,希望我重新挑選一批給他。當我看到這封信後,直覺地便想到陳先生極可能是用三用表上附加的方法量取hfe的,因為SF-106/107所用晶體本刊均是逐一以曲線掃描法分及後供應的,以圖形研判,L51的hfe之差距根本不可能大到80與180(整批晶體的差異亦未超出2:1),於是我回信問他是否以三用電表量的?同時告訴他三用電表測量hfe可能發生差異之處,如果他非用三用表來量不放心時,希望能告訴我用哪一種三用表?或其附加的hfe量程的電流是多少?那麼我便可以挑選令他滿意的晶體給他。二封信都寫得很長,但從接到第三封信來看,顯然他仍不十分明白我所舉的例子:如果我們要測定三陽野狼和五十鈴卡車的車速,有許多方法,例如說,起步後若干公尺量取二者的瞬間速度,這就如同量取hfe一般,再如取其全部行程中的某一段的平均速度,這正如同晶體的hfe一樣。也許還有另一種量法,就是多段取樣比較,這正如電晶體的曲線掃描一樣。三種量法,我們姑不論哪一種正確,其結果必然有很大的出入。

　　陳先生卻認為三陽野狼與五十鈴車似乎不能相提並論,並且肯定大部分人喜歡林肯,這是一種極具感性的價值判斷,事實上舉三陽野狼與五十鈴為例,祇是加強其差異性而已,價值判斷中的不能比(相提並論)是一回事,而實際的操作中,這是一種方法又是一回事,譬如我們以「光年」來計算星球間的距離,和常用的長度單位「公尺」,在直覺上也會令人有不能比的感覺,可是事實上,「光年」卻仍依據公尺/秒的基本單位而來。

　　如果在感情的漩渦中,我們很難逃脫三陽野狼與五十鈴不能比,或人人都會喜歡林肯的那種感覺,那麼我們不妨把問題退回來,拿三陽與三陽比,或拿喜美跟喜美比,而方法依然有很多,例如通過10公尺點的瞬間速度,最高速度或全程之速率等。我們估可不論這些數字會不會一樣,顯然,每一個方法所得結果代表的意義並不相同。

　　現在,讓我們再回到電晶體的hfe的測量上,hfe源是DC Current Gain的符號,稱做直流增益或直流放大倍數。如下圖所示:

　　當Ib上的電流為零時,Ic理論上亦應為零,如有微量電流,則稱為順向漏電流,順向漏電流應小到什麼程度才能被容忍,則要看此晶體用在電路中的實際電流為多少,例如做AB類放大的2N3055,其工作電流可能在10mA~5A之間,那麼大到1mA的漏電流似尚無礙於事。反之如2N5210,工作點設定為1mA,那麼即使是0.1mA的漏電流也有加大雜音的可能,不過由於技術的進步,現代的矽晶體,順向漏電流幾乎小到微乎其微而不必顧慮。

　　現在,我們利用VR,調整Ib,設Ib被調為10μA,在此同時Ic也出現了,如果Ic是1mA,則其hfe為:

　　在上式中,請特別注意*Ic=1mADC 這個附註不可或缺,為什麼呢？現在讓我們試著將Ib加大,直到1mA,此時Ic未必一定就是100mA而很可能有200mA,此時其hfe為:

　　這是電晶體本身無可避免的現象,以下僅就手邊所有資料剪輯兩段以供讀者參考比較,第一表示Motorola MPS-A42/A43的特性,由表中可看到當Ic=1mA時最小hfe為25,Ic=10mA時為40,而A43在Ic=30mA時hfe更高達50。

　　另一表為Motorola MJ15015的特性,當Ic=4A時,hfe為20,當Ic為10A時hfe為5。

　　像以上的情形,如果Ic=1mA時hfe為25而Ic=10mA時確實為40倒也好辦,但是事實上該表所顯示的乃是一大批晶體的特性,也就是說當Ic=1mA時,這批晶體的hfe最低不小於25,而Ic=10mA時,則最低不小於40,而無單一顆晶體Ic=1mA時hfe為25,10mA必為40的保證。

　　這就是我請陳先生必須告訴我在哪一段上量(或告訴我用什麼牌子型號的電表量)的理由,否則如果我以1mA為準為他挑選了全部是150的晶體,他再用10mA來量,必然會再度出現80、100、110、180的令人不敢相信的差異!

　　在特性表中,讀者還可能看到另外一項附註,例如A-42/43的Vce=10VDC,對某些晶體而言,此項附註仍然是很重要的,因為有些晶體的hfe是隨Vce電壓之增加而增加的,這種特性,我們可以從整組的特性曲線中看出來,這些曲線總多少在右邊有點往上翹。

　　在陳先生的來信中,還有一點觀念想可能是一種很普遍的誤解,這種觀念就是:我只需要「大概」的準確,而不需要十分精密呀!可是現在我得到的卻連這起碼的要求都達不到!

　　這個觀念的錯誤在於把「正確」和「精確」混淆了。精確是表示一種工具在正確使用下的誤差,例如我們以三用表量取電阻值、電壓或電流,差不多可以到達二位數的精確度,就一般情況之下,這個讀數是很「夠用」的。而正確則表示使用此工具的方法。在許多時候,我們可以不用精確的工具而以正確的方法去得到一個「可用」的結論,例如我們可用繩子打結後量取門的寬度,以求證家具是不是能搬進來,但反過來說,當方法不正確時,即使有精密的量具,也可能得到不但不精確,甚至於不堪用的結論,例如我們若能使用誤差為1/1000的製圖用尺,來量取區面兩點間的曲線距離時,就很困難了,除非你用特殊的方法。

　　現在讓我們看看三用電表量取電晶體hfe的原理:因為它是利用電阻檔來量的,我們先看看電阻檔的電路:

　　大家都知道在電表裡裝有二節乾電池,外加一個12或22.5伏的積層電池,再涼取電阻值時,電池電壓是與表頭串聯的,每一表頭都有它本身的特性(靈敏度),例如600歐姆100μA滿刻度,此時不串或併任何電阻的情況下,3V電壓可以量取的滿刻度電阻值是:

　　以圖表之即:

　　此時若將環路切開,則成為表針擺到正中間為30K歐姆量程的電阻表如:

　　上圖中,我們要特別注意兩點,一是當表針擺到正中央時,電流為50μA,二是在測試點AB間的電壓為1.5V,而當被測試的電阻值愈大時,AB點間之電壓亦愈高,電流卻愈小;反之,當AB點被短路時,表針即會到達滿偏轉(AB點電壓為零)。所以當我們以電阻表量取二極體時,表針只能偏轉到大約是四分之三刻度的程度。

　　那麼電阻表又如何來量取電晶體的hfe呢?它是利用AB點的電壓加到晶體的CE上,成為Vce,但請特別注意此Vce是變動的而非固定的,也就是表針偏轉愈小時,Vce愈大,而最大不超過3V(幾乎沒有電流),而最小則將近只有0.6伏,所以表頭上最大的刻度──通常為1000,大約只到表頭四分之三不到的位置,我們翻看一下電晶體的特性表,CE間的飽和電壓通常由0.6伏開始,很多是1伏的有的甚至高到1.5伏以上,此時若以電阻檔來量hfe,那麼表針偏轉到一半左右時就逐漸「滿」了,讀數將會非常不準確,更何況,從特性曲線上我們可以看出,當Vce由0~2伏之間,可以說正是hfe遽急變化的時候,每一晶體的差異可能都很大。

　　在來,我們要看看以三用電表量取hfe時,Ib是怎樣加上去的。通常量hfe時,要用一條特別的測試線,其實這條特殊的測試線不過是一個插頭引出兩條線,其中一條經過一定阻值的電阻供接基極供給Ib用的,另一條則為直接引出,加到集極,供給Vce用,如圖:

　　那麼這個電阻究竟是多少呢?如果所加電壓是固定的,我們自然可以求出,只是非常不幸的,在三用表上此一電壓只能來自加到集極的電壓,而加到集極的電壓卻是變動的,於是Ic/Ib=hfe然後在表板上去刻劃出讀數,似乎只有電表廠去算了。

　　總之,以三用電表量取hfe,有兩點你必須要特別考慮的:

　　第一:Vce電壓太低,這正是hfe最不穩定的時候。

　　第二:只要讀數一樣,例如100時,不管是量2N3055或2955或5210,電流完全一樣,這正如同使用1公斤的彈簧絲,稱鑽石或大象一樣,不能說這個彈簧絲不精確,只能說用法不正確。

　　那麼我們該用什麼方法來量hfe比較正確呢?請你就手邊所有的零件,很快就可以裝好以下的線路:

　　電源克用9伏的乾電池,電阻視晶體而設定,例如SF-106所用的MPS-L01我們設定的電流為1mA,那麼R可用4.7K,此時調整VR,只要量出R兩端的電壓為4.7V,那麼Ic必為1mA。而VR用多少呢?為了高到1000以上的晶體也能量,可用5或10MΩ的。一直調到我們設定的Ic值後,取去電源及晶體,量取VR的阻值,例如是3.3MΩ時,可算出Ib為: