相信本刊的讀者都曾有過「波形觀察」的經驗：在裝完一部前級或後級放大器後,往往第一個要知道的就是它的波形響應如何？於是找一台訊號產生器做訊號源,並接在放大器輸入端,而放大器的輸出端則接往示波器。線都夾好了,電源也開了,此時自放大器輸入端注入1KHz的方波或正弦波;然後左調右調,如無意外的話,很快的就能在示波器上看到被放大的波形。
測試程序大抵是就是這樣,好像也沒什麼錯,讓我們來考慮一下負載阻抗的問題：假設待測放大器是PRO-212(音技設計的前級放大器),訊號產生器是SFG-1000,則PRO-212的唱頭負載電阻R2(47K)即成為SFG-1000負載阻抗。根據阻抗匹配原則來看,正確的安排應是：本級電路的輸出阻抗低於後續電路輸入阻抗的十分之一,因此SFG-1000和絕大多數的訊號產生器一樣,輸出阻抗安排在600Ω左右。是故,無論待測放大器是磁頭、10倍還是後級,在阻抗匹配方面都不應該會發生問題。
MC-01是本刊讀者服務部目前供應的MC唱頭放大器,每片半成品都是我親手裝製及測試後才交給讀者。但有些讀者在接到貨品後撥個電話來:「我的MC-01不能用!」「為什麼?」「我用示波器看波形,但一點輸出都沒有,故推斷沒有放大作用。」
MC-01的輸入阻抗是33Ω(R1),當訊號產生器跨接在R1兩端時,由於阻抗的不匹配,訊號都經由R1下地去了,故輸出端當然看不到任何波形。那MC唱頭放大器要如何測呢?我們必須考慮兩點:一是阻抗的正確匹配,一是電平的正確匹配。
能找到低阻抗(低於3.3Ω)的訊號產生器嗎?並且它的輸出電平能低至0.2mV,而且還要非常的穩定。如果沒有,那只得動手「改」,將SG的電平調至200mV(1KHz),然後將它衰減60dB(1000倍),整個接線如下圖:
這樣MC-01不必變動任何元件,只要加上2.2K和2.2Ω的電阻,就能將200mV電平衰減至0.2mV,而訊號產生器的輸出阻抗也降至2.2Ω。好極了,示波器上有波形出現了,而且非常的穩定。
本刊82期有篇「A類MC唱頭放大器製作」,該電路之輸入阻抗為0.68Ω(算法是Rf//(R1//R2),故Rf往回推算應用7.23Ω),如果你要測它,依上圖,只要將衰減電阻改成100Ω及0.1Ω就行了。
讀者看到這裡,可能會覺得：原來這麼簡單,有啥大不了的！但如果我們再考慮一下負載電容的問題,那可就頭大了！
有關MC唱頭、MC放大器,我們所得知的資料是「低阻抗」,但輸入容量等似乎就不重要;而在上面的測試連線中,我們也不考慮輸入電容的存在。但如果你是測試磁頭放大器,並且也想將訊號產生器輸出電平衰減至500mV,那你就不能如法泡製了。
就以PRO-212為例,它的輸入阻抗是47K,輸入容量(唱頭負載電容)為100pf,所以你如果依下圖連線測試的話,就要考慮PRO-212的輸入電容:
10K和100Ω電阻將500mV電平衰減40dB(100倍),對1KHz訊號毫無影響。但是為求高穩定度,我們似乎應該在100Ω上並聯一只電容,而這只電容的容量應大於PRO-212 100pf 的10倍以上,如此才可以忽略212的輸入電容存在。
就選定是1000pf 吧,但1000pf 並聯在100Ω上卻產生一頻率轉折點,如下圖:
如何將曲線拉得平直呢?那就是在10K電阻上也並聯一枚電容 Cs,使得 10K×Cs=100Ω×1000pf;因此Cs 應選用10pf。如此不但曲線拉平,在測試時將不受負載電容的影響。Rs×Cs=RL×CL,這點非常重要,因為如果我們要自己做一個極精密的音量控制器,就需要用到它。
在前面我們曾談過「本級電路輸出阻抗應低於後續電路輸入阻抗的十分之一以下」,事實上這個通則適用於所有音響器材的搭配,或許有讀者會問：喇叭的阻抗是8Ω,那後級的輸出阻抗是多少?一點不會錯,後級放大器輸出阻抗趨近於0Ω,因此才能推動8Ω的負載。
但是介入音量及平衡控制器後,情況可能又隨之改變,在78期的「T-38裝機問答」中,唐主編已有說明,或許在下一期我們能夠再經由實驗後再做較詳細的探討。
看到這裡,相信讀者們都有了概念,但輸出阻抗呢？中和市曾春益讀者來信問：如何用最簡單的方法來測放大器的輸出阻抗？他問的實在很簡單,但卻把我難倒了。
輸出阻抗不若輸入阻抗,它不趨近於常數,換句話說,它的電路結構、電晶體的β值、回授量等都有關係。所以當你裝了100部SF-101後,逐片的測試其輸出阻抗,發現所得的數字不是一個穩定的常數,而呈現有±10%的誤差。
但是否有可行的方法來測放大器的輸出阻抗呢？有,它需要一、訊號產生器,二、待測放大器,三、高阻抗的數字電壓表,四、計算機一個;並且先將它們「Warm Up」。
這個方法沒有特定的名稱,我就姑且稱之為「電壓比例換算法」。程序是這樣：先選定1KHz的正弦波(考慮數字電壓表的頻率響應),然後接往電壓表(ACV 200mV檔),調出精確的5.0mV輸出電平。之後,將1KHz、5mV的訊號接到PRO-212的輸入端,再以數字電壓表直接量取212輸出電平。
由於Gain的安排不儘相同,當5mV輸入時,我的PRO-212有307mV的輸出(或許你的212有445mV輸出)。此時電壓表等於是直接跨在R22(100K)上,但R22並不能決定輸出阻抗,它是穩定電路用的,更是中點直流的洩放電阻。
第一個得到的數字是307mV,現在我們在輸出端並聯一枚10K的電阻,再量則得到300mV電壓;把10K拿掉,換上5K電阻(用兩枚10K並聯),再量則得到293mV之電壓,把三個數字比較一下,307mV、300mV、293mV,剛好各差7mV!是不是很妙?
用「電壓比例換算法」求PRO-212的輸出阻抗應該是:10K×(307mV-300mV)/307mV=228Ω,對不對?再用4.7K算:4.7K×(307mV-293mV)/307mV=228Ω,妙透了,PRO-212的輸出阻抗應該是228Ω!
以5mV電壓輸入PRO-214,得到的三個數字是357mV(直接量測)、347mV(並聯10K)、337mV(並聯5K),比較一下剛好各差10mV！因此PRO-214的輸出阻抗是:10K×(357mV-347mV)/357mV=280Ω,是不是很棒！
如法泡製試PRO-213,得知PRO-213(EQ及10倍皆同)之輸出阻抗為226Ω(但測10倍時要將電壓提升至150mV)。準不準呢？雖不中也不遠矣！
並聯電阻不見得要用10K,但你得預期是待測放大器輸出阻抗的10倍以上,故只要在3.3K以上就能用(用一枚電阻量一次即可),而且方法非常的簡單而實用。如果讀者對輸出入阻抗有濃厚的興趣,或者有更高明的見解,歡迎來信討論,我們下期再談。
轉載音響技術第85期JAN. 1983 淺談放大器輸出入阻抗˙梁中鍔/
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