請你冷靜地想一想

  當筆者提筆寫這篇稿時,心想不妨順便將一些你我之間一直存在的問題,提出討論一下,更希望讀者們對這些問題能夠提出很好的意見及解決之法,這對於我們業者將會有很大的幫助,我們將會衷心感激。

A.你希望的功率放大器有幾瓦特輸出?

  從前有許多音響前輩們發表過高見,認為家庭中的音響 40 瓦特每聲道已足。但有的專家們認為一定要幾百瓦才能將音樂效果完全發揮,您認為呢?

B.你希望中標準音響的規格如何?

  從以前真空管機器失真好幾%到今日小數點後加掛好幾個零的失真率;從四、五十分貝的信號雜音比至今日的超過一百分貝以上的信號雜音比;從前頻率響應的要求從 20Hz 至 20KHz 至今日 DC 至好幾百 KHz 的要求,您認為何種規格方能夠滿足呢?

C.你希望何種價格最能適合你?

  目前音響市場以價格上之分野有從幾百元之 AM、FM 收音機至單功率放大就要二、三拾萬者;喇叭系統從數千元至數拾萬元者;唱盤、錄音座等亦然,多少價格您最能接受?

D.你對台灣製造之音響有無信心?

  有的人對國產品從來不聞不問,好像根本國內無人在製造;也有人認為國內音響突飛猛進,終有抬頭之日,始終全力的支持著,您認為呢?您希望製造廠商能有哪些的改進。

  這些問題是您們的也是我們的,希望讀者仁兄們誠懇的批評與指教,唯有如此才能促進團結與進步,而共邁向 Hi-Fi 音響大道。

  下面是一些筆者的觀點與感想:以功率來分可以說有「玩」音響與「聽」音響兩種,我所謂聽是指一般家庭裡下班後、煩悶時藉音響來調劑精神者,他不必開很大的聲音,聽一些輕鬆柔和的音樂卽已滿足者,那麼 40 瓦是足足矣。所謂「玩」者卽指那些對音樂苛求、講求效果,有很好的聽音樂環境者,當然口袋裡的鈔票也必須較多,這些人必然的需要功率愈大愈好的放大器來伺候了。如果你已經「玩」上了,您將會體會到永無止境這句話,音響深度是無底洞,當您擁有了最好的,還會去想比那最好還更好的......。

  科學突飛猛進,日新月異,不斷的推翻舊的觀念,創立新理論,我們可憐的人類摧殘著自己,忙碌、摸索、流血、流汗,只是為了追求理想,永無止境的理想永遠滿足不了我們,從已經聽不出的失真,到失真儀上看不出的失真,部之還要追求到何時。頻率低到 30Hz 以下,18KHz 以上應該是除了無敵女金剛 009 外很少人能聽的到。但是現代放大器要求上必須從 10Hz~50KHz 能表現無遺,也許為了哪一天人類耳朵都會改用生化電子耳吧。

  相信每位採購專員都希望以最少的代價,獲得最高的享受,這也是一種理想,一種願望,這種理想與願望若寄望在原裝機上將很渺茫,若您想花四萬元之代價,享受十萬元級原裝機的享受,我們只好盡量替您想辦法,以能達成這個願望。

  很多人對國產品之音響,畏之如豬,毫無信心,唯恐買了不到一個星期就毛病百出,而求告無門,寧願多花點錢買原裝貨;這個問題應該是兩三年前的問題,筆者鄭重的告知讀者們,現在與從前完全不同矣!自從少棒天下無敵手,也一棒打醒了許多電子人,中國不是不強,而是一直沒認真的去做,兩三年前幾位電子人開始互切互磋,研究改進,誓言「外國人能做的,中國人必也能做。」這句話當然不是說著玩的,您有無感覺台灣的電子界有在改善與進步,當然這還更需要讀者們的鼓勵與批評,才能百尺竿頭更進一步,讓您們日後以買國貨為榮,那才是我們的願望。

  我們還得鼓起精神與毅力,求新求真,The better of the better 就是大家的寄望的,我們也朝著這條已看不到的失真,聽不盡的功率而努力,當然要感謝讀者們一直的支持與鼓勵,我們相信不久的將來大家對 Made in Taiwan 之音響產品一定能更具信心而倍加愛護。

前級的完整設計

  筆者從前談到過音色的問題,影響音色的原因很多,從音源來談:指揮者與每一越師所使用之樂器之不同,錄音師之技巧與錄製手法之不同,同樣之曲子,就會造成不同之音色。再從音源重播所使用之錄音座、唱頭、放大器、喇叭,與音響室之環境,又使得同樣的音源造成了不同之音色。從放大器的角度來看我們要追求的要「真」即可,比較容易控制,其他方面之改善就必須多方面來配合了。

  一部好的前級在製作上將比後級困難較多,不但要考慮雜音低、能與各種訊號源匹配、分離度要好、頻率範圍要寬、用途要廣......。

  在雜音避免我們選擇了目前雜音指數極低之晶體與 FET,誤差 1% 之金屬膜電阻,且為了在配線上的不良容易產生交流聲,所以乎將所有的零件都固定在一塊大的 PCB 上,本來的構想是要一條線都沒有,但是因 DIN 座沒有買到可直接插入 PCB 的,還有原本使用之 PUSH SW 係日本Alps製造,因在面板上之位置排列較困難所以最後只有使用更好的美製 C&K 之 SW,此開關有號稱百萬次撥動壽命,使用上將可大大放心。但如此則必須要接幾條線了。

  頻率要寬大概只有 DC 結構最寬了,線路結構分為五個部分: EQ 放大、20dB 放大、音質放大、穩壓電路及 5 秒鐘的延遲電路。

  線路結構較為複雜但為了穩定性也只有如此,前級差動 FET 必須選用 Gate 漏電流較小者,且為熱平衡必須選用 Dual 者較佳, FET 差動後緊接著一組 PNP 之差動放大,為了完全利用此組差動在集極上接成了 Push- Pull 動作之改良結構,Tr9 與 Tr10 為相同之晶體,是以 Tr9 補正了 VBE~Ic 之非線性之特性,使得 Tr6 Tr7 之集極電流完全相等。

  Tr6 Tr7 在無信號時的集極電流得決定於輸出端 Tr11 Tr12 之 BASE 峯值承受電流,本機定為 1.4mA。Tr6 Tr7 Common emitter 電阻上之壓降約為電源電壓 1/10 左右,本機定為 4.2V,由此可求出 Tr6、7 Emitter 上之電阻約為 1.5K 左右,Tr9、10 Emitter 上之電阻值須與 Tr6、7 上之相同,如此信號波形上下截削之時間方能相同, Tr8 周圍之電阻為調整靜止電流用,差不多 Tr7 1/10 弱之集極電流經由此處,Tr8 之 Vce 等於輸出端 Tr 之 Ic×RE×2+2Vbe,Tr11 Tr12 為 A 類動作,無信號時若負荷為 3KΩ 計算將等於 11mA 左右。

  輸入端 FET 之 Drair 與正電源間加入一溫度補償用之 Tr3,本機之 Ib 設定為 0.3mA,可求出 drair 上之組抗約為 12KΩ,Tr4 Tr5 集極上電流 Id 之二倍,Tr4 Tr5 E 腳之電壓約為附電源電壓之半,由此可求出 Ie=27KΩ(如圖),Tr4 基極上之電阻係接至正電源而不接地,是防止信號以外之電流流經此 constamt current source,20dB 放大線路與 EQ 放大幾乎相同,只是將回輸改為 FLOT 放大,回輸量不同,與輸入阻抗改為 470KΩ 不同。

  本想這台機器至此為止,只有音量與平衡控制卽完成,但是考慮到許多的人還是需要音質控制來改善聽的環境與效果,只得再加入了一個音控電路,由圖中可看出此音控電路是採用 RC 衰減型之結構,而不是負回授型,負回受這三字目前已不迷人了,因為發覺了它是產生 T.I.D 的原因之一,所以現在設計放大器都盡量避免加入大的 NF,而要求在無 NF 時之失真要小,差動 FET 輸入後再加上 PNP 之差動放大,線路結構與前面大同小異。

  穩壓電路對於 DC AMP 是相當重要的,我們選了 FET 做誤差 AMP 來修正電源不穩定,與溫度變化影響(參閱圖)。因本機為 A 類放大,靜止時耗電流將近 100mA,所以變壓器與電源穩壓之供給電流均設在 500mA,較一般者為大,所以 Power supply 上之電流放大必須加大散熱裝置,變壓器也必須通風良好。

後級影響音色多

  AMP 影響音色的原因不外乎失真之大小與頻率之寬闊,失真大者音色必然粗糙而刺耳,破裂及過荷的聲音實在令人難以忍受,從失真儀上分析殘餘之諧波愈規則化者聲音愈柔順耐聽,而同樣的失真率 A 類放大之殘餘諧波比 AB 類或者 B 類更具有規則性,這也就是為什麼 A 類 AMP 一直被譽為最悅耳耐聽的原因了,發燒也付出了應有的代價。頻率響應的問題一直為人類所爭論著,20Hz~20KHz 應該是足夠來應付人耳了,半是如果你聽過了從 5Hz~100KHz 之 AMP 後,將會覺得更寬闊更明朗而自然,因為如果 AMP 能有 5Hz~100KHz 寬頻帶的響應,則 20Hz~20KHz 之頻率範圍更具有線性發揮而讓你有超然之感。

  為了滿足耳朵的享受,根據上面的條件只有要求 A 類的功率放大與 A 類前置級,從頻率響應來談那只有 DC AMP 之結構來解決了。

  DC AMP 之優點除了頻率寬以外,還有不會產生相移失真,在回輸網路中回輸信號因與輸入信號產生相位差而造成了 TID 的原因,所以要降低 TID 不但要降低負回輸之深度還要考慮到回輸信號相移之影響。下面卽是 DC A 類功率級之全圖,A類 Power AMP 比較難處理的問題就是熱量之發散,需要較大之散熱片與良好的通風,最好加上小型風扇輔助散熱。

  根據最大功率輸出公式 Po=Vcc²/2RL 如果功率管加以 ±35 伏之電壓而負載為 8 歐姆則 Po35²/2×876W Ic=Vcc/2RL=35/162.2A 最大之集極電流 Ic MAX=2Ic4.4A 功率管集極之消耗功率 Pc=Vcc²/2RL76W,實際上加至功率管之電壓必須減去 Tr 之飽和電壓 Vsat 與射極阻抗上之電壓降 Ve,這些問題我們暫時不計而以最大出力之 W 計算之。功率管因三對並聯所以每個平均的消耗功率為 Pc1=76/325W Ic1=2.2A/3=0.73A。

  圖二中求 Ic1Ib2+Ie1=Io/hfe2+Ic2×Re2+Vbe12/Re1,若功率管之 hfe 為 100 左右,Re2 為 0.5Ω,Vbe2 為 0.8V 則 IcPc1=Vcc/2 .Ic1,所以推動管也必須加上小散熱片。推動級前面為電壓放大部分,為求其穩定及有較大之推動信號採用二組差動放大及正負 48V 之穩壓電路,輸入端差動的 FET,必須選用 Idss 大於1.5mA 比較適合,為了 FET 之平衡特性也特選了 DUAL FET,因其有最佳之溫度穩定特性,當溫度上升或下降時,其內部自動取得補償作用,且 FET 之輸入阻抗很高,對於高頻部分之匹配問題影響極小,於 DUAL FET 下方有一組 Constant current source,其實 Tr3 接成一二極體,用來供給 Tr4 基極一個穩定的參考電壓,此二晶體亦應粘在一起,以取得一致的溫度變化。Tr5 Tr6 為第二組差動提高了足額的電壓增益,Tr5 Tr6 再無信號時集極電流約為 8.4mA,其次 Tr5 Tr6 common emitter 阻抗上之電壓降約為電源電壓之十分之一左右,所以射集電阻可算出 3.4V/8.4mA×2200Ω左右,我們使用一枚 150Ω 與一半可調之 100Ω 串聯可調,另 Tr8 Tr9 Emitter 上之阻抗相同亦為 200Ω,Tr5 Tr6 為相同特性之電晶體,Tr5 接成二極體,係為了要修正 Vbe-Ic 特性中之非直線性及溫度變化。

  Tr7 B E 腳間之電阻為調整靜止電流用。因為 A 類將發較高之熱量,所以必須做很多之熱補償,圖中之 D1 與 Tr10 D2 與 Tr11 均可粘在一起,Tr7 最好也固定於散熱片上做為穩定度之補償。

  線路前半段電壓放大部分為正負 48 伏之電壓,因其消耗電流較小,所以特別加上了穩壓電路,更加強了電路之安定性,且有較大之振幅來推動功率管。

  電流放大部分採用雙電源,因為 Class A 吃電流很兇,且靜止時均消耗相當大的電流,所以變壓器也流很兇,且靜止時均消耗相當大的電流,所以變壓器也須相當的考究,矽鋼片要用品質較好的,供應之電流亦必須足夠。

原為電子分音用

  筆者對玩電路很有興趣,這次之 DC-A 類 AMP,本來是要配合自製之一套電子分音器使用專門去推中音與高音喇叭用的,當然不要小看 60W 之 A 類其威力不會輸給 100W 的 AB 類或 B 類之 AMP,且其非常耐聽。筆者另試了一套 AB 類之 DC Power AMP.因此電路伸縮性較大,可從 100W 至 200W 只需改幾個零件即可,前段電壓放大部分當工率為 200W 時正負電壓為正負 65V,因超出了 dual FET 之耐壓範圍所以另外加上一對 FET 於原來之洩極上分擔一部分的電壓,Tr1 Tr2 之源極上有一組 Tr14 之constant current source,由 IS 1555 供給溫度補償作用。Tr5 Tr6 為另一組差動放大,Tr6 為靜態電流調整用。

  後半段為推動管與功率管組成之電流放大,整個電路看來是相當的簡潔,製作上也沒有什麼困難,但在零件挑選上必須花上相當之功夫,每個晶體其耐壓均須有所加電源電壓之 22 倍,一個電阻之差別,晶體元件編號之變更均會造成不同之音色,這點是值得「玩」家們注意的了。本機由輸入至輸出端均為直接交連,甚至負回輸電路中頁無浮接之電容,如果電源之內阻夠低的話,頻率是可從 0Hz 開始的,但也因負回授無電容,無法自動調節輸出端之零位,所以必須在測試時卽預調好,且盡量避免電路於溫度高時產生漂移現象,AB 類 AMP. 與 A 類 AMP. 之原理因前者所述已多,筆者不再重覆,線路中之解釋也是最粗淺之法,不很詳盡,匆匆完稿,內容恐有不盡之處,望日後還能再予補足。同時更望讀者能親自駕臨,共同研究。


轉載音響技術第34期OCT. 1978 電子眼單片前級與DC-A後級/李經華

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