上了Hi-Fi癮已有將近十年的歷史,對於「自己裝」更具有濃厚的興趣,從早期的鍺晶體2SB337 OTL功率放大器開始,到時下流行的矽晶體MJ802/4502全對稱OCL功率放大器,中間不知道試製或仿製過多少部機器。這些機器的性能,自認並不遜於多數原裝的機器,至於放大器的輸出功率,則無法列入高功率放大器之流。心中早就想製作一部高功率的放大器,但又覺得這是一種奢望。只要看一看名廠高功率放大器的電路,先不談那些特殊編號的電晶體零件,光是線路結構的複雜就會令人望而卻步。所以多年來一直把製作高功率放大器當作是一個夢想。

  音響技術第五期的「名機線路解析」一文,梁錦宏先生對於ESS500後級功率放大器的線路結構做了非常詳盡的解釋與分析。研讀再三之後,我們發現ESS500的功率雖大,其線路卻不像其他廠家的高功率放大器那麼複雜。如果詳細的探討其工作原理,我們將發現其線路設計非常合理,因為它與常見的一般OCL功率放大器很類似。不可否認的,想要仿製一部大功率放大器,只要能克服零件來源的困難,ESS500應該是最佳的選擇對象。

零件的選擇

  老實說,目前在國內如果動腦筋想仿製名廠大功率放大器,在實行的過程中仍然是困難重重,其中最大的問題,往往是由於電晶體主動元件之難以尋覓。因為高功率放大器電路所加之電壓,一般來說都是相當高的,所以使用的電晶體在耐壓上就必須能勝任。就以ESS500的電路中所用之電晶體為例,除了二枚輸出短路保護電晶體是採用耐壓低的鍺質晶體外,其餘的電晶體都是耐壓高的矽晶體。因為整個電路所使用的電壓是正100伏特與負100伏特,所以互補對稱的推動晶體與功率輸出電晶體都是耐壓200伏特以上的特殊電晶體,這些電晶體在市面上非常不易找到,即使是規格與性能類似的代用品也是難找。此中原因當然是因為電晶體的代理商或貿易商不敢貿然進口這些特殊而且昂貴的電晶體。唐凌先生在「名機線路解析」文中透露了一個好消息,因為經他向貿易商探詢的結果,ESS500所用的電晶體已有了著落,限於經濟能力,雖然只準備了30部機器的電晶體供愛好Hi-Fi製作的朋友預約,但是總算有勝於無,使我們對於自己是至高功率放大器不再當作是夢想。有了這些電晶體,我們可以想像到機器仿製完成之後陶醉於那大功率輸出高傳真音響的美妙境界。

  在預定的進口晶體未到之前,筆者手邊正巧有十二枚編號MJ411的功率晶體。MJ411與MJ410(ESS500所用之功率晶體)比較起來,除了在耐壓方面有差別外,其餘的規格完全一樣。雖然十二枚電晶體只夠一個聲道用,但已促使我下定先行試製ESS500的決心。只要試裝成功,預約的晶體一到,輕而易舉地仿製出一部立體聲高功率放大器應該是毫無問題的。

  唐凌先生在「名機線路解析」之前言中建議把24個MJ410改成16個。依筆者之淺見,其理由可從經濟上與技術上的兩個觀點加以考慮,少用8個功率晶體,再製作成本上自然減少了一筆可觀的費用。功率晶體減少了,輸出功率自然也將減少,連帶著電路使用電壓也可減低,也就是說所加的正負100伏特電壓可減為正負70伏特。如果電路電壓不降低,則電源供應器上所使用之耐壓100伏特的大電容電解質電容器是不容易買到的,而耐壓在70伏特者則比較容易找到。初步的估計,如果把電晶體數目與電壓作上述的修正,放大器的輸出功率應該仍然有300瓦特以上。當然,如果直流電源之綠波電容器能買到100伏特耐壓的,不妨多花些成本,仍然使用24個MJ410以獲得500瓦特的輸出功率。

  ESS500原電路中所用之推動晶體2N3440與2N5415是為耐壓250伏特以上的NPN與PNP互補對,雖經多方設法也找不到同級品或代用品,最後只好以日至電晶體2SD381與2S536暫代,這一對晶體的耐壓為140伏特,算是差強人意了。差動式輸入電壓放大級的晶體MPSL01為Motorola廠出品之低雜音晶體,雖然外型是一種小黑豆,但功率耗散為625mW,Ic為150mA,耐壓在140伏特以上,也屬於一種難找的晶體,不得已只好用另外一種特殊編號的舊晶體MC104代用,理由是取其耐壓之高及hfe與MPSL01相似。

仿製過程

  全部主動元件及附屬零件準備齊全之後,在裝配之前的次一步驟便是製作一塊印刷電路板。因為手頭上的零件只夠裝配一個聲道而已,目的純為試驗研究,所以一切從簡,自行設計電路板,自行蝕刻。一個聲道8個大功率晶體所需之大型散熱片是在中華路的舊貨店買來的,正好合用。

  差動式放大級的兩個晶體與推動級的互補對晶體在裝配於電路板之前,最好先用晶體曲線描繪器(Curve tracer)測試其放大增億的對稱性,因為它們對於輸出之失真度與零電位漂移有很大的關連。

  為了試驗電路的各種特性方便起見,輸出短路保護的兩個鍺晶體及其他有關電路先行除去,使其不產生任何作用,等到電路調整好之後才把這些裝配上去。因此ESS500之原電路(見本刊第五期三十八頁)可改接如圖一所示,8個MJ410接成兩組達靈頓放大電路,用1個MJ410去推動3個並聯的MJ410,這可說是ESS500線路的最大特點,也是其優點。用大功率晶體去推動同樣的大功率晶體,看起來好像有一點浪費,其實不然,如果要用5個晶體並聯輸出,推動晶體是非用大功率晶體不可。依照線路的結構,我們可以發現晶體的選擇只重視上下各3個晶體總平均特性的接近,而不是每個晶體的對稱。同時,全部都是NPN型的晶體,在選擇的時候,可以從8個裡面選出2個特性最為接近的一對,座為互補倒相後之推動級Q11及Q17。剩下的6個再互相配成三對,對與隊之間的特性不必很接近。每一對的其中任何一個置於上半邊,另一個則置於下半邊,如此便可獲得非常接近的總平均特性。

  ESS500的仿製在裝配零件過程中有一個情況比較令人覺得難以處理。達靈頓推動級與輸出級之功率晶體因為散熱的需要必須全部裝配在散熱片上,而每一個功率晶體都必須接上一個瓦特數較大的射極電阻。如果為了零件安排整齊起見,把射極電阻裝置在印刷電路板上,則線路板到功率晶體之間的連線數目便相當的多,再加上集極與基極的共同連線,全部配線的數目將有十多條。因此,最好還是把射極電阻利用接線柱焊接在功率晶體附近,如此可使功率晶體與線路板之連線大為減少。

  偏壓供應晶體Q6最好能安置於功率晶體附近的散熱片上,藉此獲得偏壓調整的溫度補償作用。

  單一聲道的實驗電路如圖二所示。

試機與調整

  本機因為在設計上不用喇叭保護電路,而輸出短路保護又暫時予以除去。為了避免因不慎而燒毀價格昂貴的喇叭,在試機的時候,用50瓦特以上的線繞電阻或水泥電阻代替喇叭作為放大器的輸出負載。電阻的數值以與喇叭阻抗(8歐姆)接近者最為適當。同時,如果先不用原電路的直流電源而改用有限流設備的可調直流電源供應器(有正負電源者只需一部,單電源者必須使用二部),對於試機會有更大的幫助。因為電壓可以調整到較低的範圍然後慢慢升高,萬一中間零電位有偏移也不會一下子產生太大的偏移電流。

  事實上,本機在整個試機過程中除了偏壓需要調整之外,幾乎不必做任何其他調整。我們知道調整偏壓最主要的目的就是減低輸出的交叉失真。做這種調整時,如果手頭上有正弦波信號產生器及示波器等測試儀器,可以達到更精確的程度。如果沒有儀器,可用三用電表測量Q6的集極與射極端,同時接一支安培表在正電源5A保險司的位置上。電壓表的獨樹在1.2伏特左右,而安培表則指示200mA左右的話,交叉失真應該是在最小。靜止電流如果超過200mA,交叉失真雖然可以有更好的現象,但放大器在無信號輸入的情形下,也會使功率晶體發熱。

  中點零電位的保持與差動式放大級有密切的關係,只要Q1與Q2特性接近,R3 R11 與R8 ,R8的數值配合得好,輸出端應該可以保持零電位,而非常穩定。若想加大放大器的增益,可以減小R12之值,亦可加大R11之值,欲減少增益,反過來做即可。

  利用信號產生器把正弦波信號加在輸入端,然後以示波器觀察輸出信號,可見輸出效率高達70%以上。以正負70伏特之電源加於電路時,無失真正弦波輸出信號可達100V P-P。換言之,一個聲道的輸出功率便達到150瓦特rms以上,這真是前所未曾裝過的大功率放大器。

試聽

  一切調整與測試完成之後,懷著無比興奮的心情,接上一個自己裝的三路式喇叭,利用現成的前置放大器及唱盤,播放一張西洋輕音樂,打開喇叭箱表面的網蓋,看著低音喇叭的紙盆隨著音樂的低音節奏前後地推動,耳中聽到的是那強勁而充沛的低音及透明爽朗的中音與清晰的高音,不禁隨著音樂而手足舞蹈。真是巴不得那些預約的電晶體早日到來,盡快地完成雙聲道的仿製,以便向知音的朋友展示ESS500的傑出性能。
轉載音響技術第7期JULY 1976 ESS500功率擴大機仿製報告/輝雄

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