音技自90期蒲鴻慶先生的PRO-2000A機箱設計一文發表以後,又刊出了梁副總的PRO-1815、PRO-214N及PRO-218N等全新或作了部分修改的線路。這一系列的文章,看得筆者愛不釋手,在不能自己的情況下,一路殺到音技看個真實;您知道這一看後果是什?這一看把筆者口袋裡省吃儉用而來的「$」全看光了!
話說機器一搬回家,立刻清點零件。PRO-2000A機箱有兩種option!可由AC直接接110V,或另準備一個電源機箱直接供應直流電壓;筆者採用後者。電源機箱高約9公分,全套元件包括一個三端點的AC座、一條AC電源線、一個保險絲座、電源座、橋式整流、電源開關、DC電源套插等;另外再購買80VA的變壓器及二個6800u/50V的電容。主放大器機箱包括旋鈕、50KA的VR、鍍金的RCA座、RCA座自鎖板、AC電源座、DC電源套插、ALPS波段開關等;另筆者還買了二套PRO-214N套件及一套PRO-1815併聯式穩壓套件,按著音技92期的零件表對照無誤,至此準備裝機。
再談併聯式穩壓
插上烙鐵,準備先裝PRO-1815。併聯式穩壓筆者裝過不下數十片,有照著74期的零件表裝的,也有自行設定零件、電壓值改裝的。雖說音技74期及92期階層對其原理作過極其詳盡的剖析,但老實說筆者在裝併聯式穩壓時,仍常有不能得心應手的感覺;也許是某些觀念尚未建立起來的緣故吧。何不妨趁此機會,徹頭徹尾的再對其深思一番?!
拔掉烙鐵,先就74期及92期的已知資料,記錄下併聯式穩壓的優劣點。
缺點①: 誠如梁副總所云,併聯式穩壓好比A類放大器一般,靜態時(即無負載時)所有與全載時等值的耗電量全都耗在穩壓器本身,故而併聯式穩壓效率較低。
②: 大電流輸出時(尤其是大電流、大電壓之狀況),其設計與製作都相當的耗工、耗時、耗料,故而一般實用上較少採用。
優點①: 空載時,絕大部分的電流流經控制晶體;外加負載時,負載電流由控制晶體提供,因而電流的迴路極短,速度反應極佳。
②: 因控制晶體與負載成併聯狀況,輸出阻抗顯然較低。
③: 電源電路與穩壓電路中,有電阻及晶體與之隔絕,可減輕電源電路的交流成分與雜訊。
④: 具短路保護。
圖一即是併聯式穩壓的基本方塊圖,請注意誤差放大器部分,其屬於負回授穩壓的型態。由於併聯式穩壓引進了恆流源,可想見的,不管負載的電流值為多少,穩壓器本身的熱消耗恆為IoxVout,此即何以併聯式穩壓總是熱騰騰的原因了。
至於電路基本的工作原因則為:
①當輸入電壓Vout偏高時,誤差放大器反相端的輸入電壓V-=[R2/(R1+R2)]Vout亦跟著昇高,故而使輸出電壓降低。
②若輸出電壓Vout偏低,則V-亦跟著下降,故輸出電壓昇高。
③上述二種負回授作用將反覆修正誤差放大器,直至V+=V-為止。此時[(R2/R1+R2)]Vout=VREF,故輸出電壓Vout=[(R1+R2)/R2]xVREF,達到穩壓目的。
基本概念整理就緒,翻開音技92期61頁重新分析PRO-1815。
參考圖二,電流源部分由R1 Q3 Q4 Q5及三枚1N4148組成。就理論而言,電流應該是IR1=(VDx3-VBE)/R1。但ID之電流由何處取得?很簡單,將Q3那FET接成恆流源即可。問題真那麼簡單嗎?未必!若Q5之電流太小後果如何?那三枚1N4148的總壓降有可能不夠1.8V?這可就不好玩了,明明設計成1.8V的,何以又達不到1.8V?
發人深省的問題,總共才7個零件的線路,有可能不工作嗎?
拿起書架上的MILLMAN,東翻翻、西找找,不行,資料不夠;再去找2SK30A的DATA SHEET,仔仔細細的分析其特性曲線圖。
參考圖三,眾家兄弟有否發現,當VGS=0時,洩極電流ID等於IDSS?這又代表何意?是否表示若將FET的閘極與源極短路,則無論外加電壓(VDS)有多少,其ID永遠等於IDSS?原來FET是利用這種特性做成恆流源的!
但還是有點不對勁,筆者以前裝併聯式穩壓時,就曾碰到過那三枚1N4148的壓降不夠1.8V!怎麼解釋?臭蟲在哪裡?
再回頭看圖三,赫然發現2SK30A的IDSS約為2.6mA。仔細一想,市面所售之2SK30A,IDSS大小參差不齊,若IDSS較大當然最好,但若太小呢?Diode順向的基本電流不夠,當然不夠1.8V!
怪不得工業上常在談IQC,零件品管的好,真是可使以後的測試程序省下許多不必要的困擾。話題扯遠了,言歸正傳,圖四提供簡易測量IDSS的方法,看官們若不嫌煩,倒可作為參考。
再看誤差放大器部分。誤差放大器的非反相輸入端處亦有一枚以FET接成的恆流源,此恆流源動作原理完全雷同於Q5,惟ID為可調方式。可調範圍為多少?上限就是FET的IDSS,下限呢?由Rs max及FET的靜態特性曲線決定。反相輸入端的壓降,則由R7 R8所組成的分壓器所決定,此分壓網路亦決定了電路的直流增益;一般而言,增益愈低,電路愈穩定。
另R4 R5上的壓降,理論上愈大愈能使Q9 Q11這電流鏡的工作愈勻稱。然因VR5+VCE(Q11)=VBE(Q17)+VBE(Q19)=1.2V,為了保證Q11能處於線性區工作,R5上的壓降顯然不可高於0.6V;PRO-1815之R4 R5選為120Ω,估計VR5不會超過0.3V,顯然甚好!
其餘各部分,74期及92期音技說明詳細,不須多言;此處擬再補述的,乃併聯式穩壓另一優點:短路保護!
參考圖五,以歸納法推論:
(1)因Is=ILOAD+Iz,
故當Iz為Min時,ILOAD為Vout保持為設定值之MAX;說得更明白一點,即在0≤ILOAD≤Is的區域間,Vout為恆定。
(2)若負載所需電流大於Is,
則Vout=VIN-ILOADRs,
故Vout呈直線下降。
(3)當Vout=0V時
Ishart-ckt=VIN/Rs
綜合前述三項推論,得圖六Vout之輸出特性圖;顯然具有短路保護功能!
先裝前級電源
分析告一段落,立刻準備測試;找出PRO-1815的所有零件,一電阻、二極體、電容、電晶體的順序焊上,兩三下就清潔溜溜!拿一根棉花棒,沾上丙酮,將PC板上的殘留松香清理乾淨;可準備試機了!
糟糕!忙了半天,PRO-1815也焊好了,但電源機箱根本沒接,哪來的供應電壓?!
回頭來裝電源吧!拿出電源機箱,先將前後面板拆下,鎖上Fuse座、DC電源套插、AC插座,再在機身鎖上那枚實在不能說它不重的變壓器、再鎖那二枚濾波電容。由於機身本身各元件之孔位皆已打好,鎖上這些東西真是不費吹灰之力。另面板上開關、插座的位置,筆者認為設計相當合理,配起線來得心應手;音技實在應多推出這些合乎專業水準的玩意兒!
總共才這些個東西,實在怕不起來,立刻送電;用DMM一量,變壓器次級圈為20.4伏AC,濾波電容的電壓則為+29.1V、-29.0V。一切無誤,鎖上DC電源套插,準備供電給放大器主機箱。
POWER ON起來,PRO-1815之Vout各為+24.3V及-26.8V,調整VR,居然輕易地調出±18.0V,實在太棒了。Check那三枚1N4148的壓降,正電源端為1.939V,負電源端為1.923V,甚佳!再量那二枚12Ω/2W電阻的壓降,正端為1.374V,負端為1.306V,顯然供應電流足在100mA以上,給兩片214N吃絕對無什問題。至於何以12Ω/2W電阻上之壓降何以不同,筆者認為可能是1N4148 Drop的壓降不同之故,不去操心了。
再量誤差放大器反相輸出與非反相輸出端的壓降,Q13基極對地的電壓為9.95V,Q15為9.97V,恰為[R8/(R7+R8)]xVout的比值;實際與理論相印證,真是令人賞心悅目!
詭異的交叉式線路
擱下PRO-1815,讓它好好燒一燒;再來研究PRO-214N吧!PRO-214N這線路怎麼看,怎麼覺得怪異,線路怎麼會有這種交叉式的接法?詭異!
翻開音技91期梁副總的PRO-214磁頭放大器一文,詳詳細細的再看一遍,整個動作原理大致了解,但直流回授、交流回授是怎麼跑的?直流增益、交流增益又如何?
找出原始文件──音技40期,看了半天內容,概念仍未建立起來,沒辦法,只好去吵人家了。
殺到音技,翻開PRO-214N線路與梁副總吵得不可開交,適時唐大師翩然路過身旁,一把揪住長袖,請他賜教。經過一番討論,似有模糊觀念產生,先回家吃個飯、看個報、再洗個澡......。
最笨的辦法常常都是一個很有效的辦法;欲更進一步了解PRO-214N的交、直流回授問題,說不得只好自己再畫個直流、交流狀況時的線路圖了。撇開交流,先解決直流。
將PRO-214N的電容統統開路掉,214N變成圖七的德性。怪了,全機除R1一端落地外,其他怎麼找不到有地方接地了?NFB回到輸入的哪裡??
再將梁副總、唐大師的文章斟酌半天,赫然發現R17與R18之接點為0V!總算找到了,原來直流增益即是R2 R6的比值(或R3 R7);至於直流回授網路則兵分兩路,一路由輸出點睛R18 R16回到輸入晶體的射極,另一路則由輸出點經R12、RIAA網路、R17 R6而回到Q1射極。
欣喜若狂,馬上將交流狀況的線路圖整理出來。參考圖八,將各處電容短路後,您會發現,R17的另一端為接地點。既知Q1射極為回授點,則交流回授網路顯然是由輸出點經R12、RIAA網路,再經R17下地,負回授電壓即由R17上取得。啊哈!真愉快的感受,現在PRO-214N已可隨意運用自如了;改成十倍看看,R12才100Ω,短路不短路皆無傷大雅;RIAA網路整個拿掉改以一枚電阻取代,假設其編號為R12',則交流閉迴路增益顯然即為(R17+R12')/R17。推論至此,趕緊把PRO-214N中FLAT的version拿來印證一下;梁副總把R12短路,R15開路,R16改為13.3K,故代入圖九可得R12'=(R12+R16)=0+13.3K=13.3K,又R17改為1.5K,故Avf=(R17+R12')/R17=(1.5K+13.3)/1.5K=9.87倍,精確無比!
至於開回路增益,則仍可依圖久而得,僅需將R12'拿掉即可。據此而估,對Q1而言,Av1=R2/R17(實際應是R2//R6//R17)=22K/240Ω=91.7倍,Q3 Q4這達靈頓管的增益則為Av2=R18/R8=12K/560Ω=21.4倍,故開迴路增益為Av1xAv2=91.7x21.4=1965倍=20log 1965=66dB,與梁副總所估之89dB相較似乎稍低了點,惟仍足夠RIAA損耗之用!
行文至此,PRO-214N總算交代清楚。毫不遲疑,插上焊鐵,清理零件,迅速將EQ及FLAT裝好並隨即試機;POWER ON後,PRO-1815仍保持±18.0V,其Q19 Q20也仍舊熱的燙手(表示內阻甚低,甚好!),開始對PRO-214N的測試點做查驗;R5壓降為17.07V,擇期上電流為131.3uA;R6壓降為0.551V,其上電流極為25uA;R2壓降為2.03V,其電流為92.3uA;92.3uA+25uA=117.3uA≠131.3uA,其所差的14uA在哪?對著線路愣一下,隨即發現由Q3之BASE而來;用達靈頓管IB還需14uA,若用普通單一晶體呢??顯然直流穩定度將大打折扣!
鍍金RCA座孔位不準
全機各單元測試OK,接著進行系統安裝。拆下前後面板,鎖上VR、波段開關、DC電源套插、AC socket、鍍金RCA座等,立即發現兩大問題,一小問題。兩個大問題為:自鎖式的RCA座其RCA座的孔位與PRO-2000A機箱不夠準,在PREOUT、TAPE 2處之RCA座,只要鎖上則必短路到機殼。若您不在意多接地倒也罷了,若您想一點接地,甚至二點接地,您可就須費一番手腳了!第二個大問題為VR與旋鈕配不緊,不知應該是VR的柄須再長一點呢?還是旋鈕內部那套管該再突出一點。筆者是將VR柄的中央裂縫夾一層厚紙,總算應付過去;據說音技已設法解決了這問題,我們且拭目以待。另一小問題則是AC socket的形狀與後板所預留之孔位不夠配合,及AC socket的四個角會露出縫隙,惟此乃小事一樁,不傷!
兩點落地
筆者從未玩過兩點落地的接地處理,此次聽從宋長波先生建議,有心一試。平心而論,兩點落地倒也相當合理,想想電源地與訊號地本來就不在等電位上,分開落地說不定效果更佳;哪天倒真要好好研究一下接地問題才可!
兩點落地既是把電源地與訊號地分開落地,但電源地應該由何處落地?訊號地又應由何處接地??
先把訊號接線圖畫出來,再拿一張草稿紙畫出電源連線。對著這兩張圖呆愣愣地望著;若依平常一點接地方式,則COM點由濾波電容中點一路接至最前端的訊號地──即磁頭輸入的地,再由此點下地即可,但現在呢?
靈機一動,老宋好像在音技上發表過兩點接地法,哪一期呢?找了半天,在87期找到老宋特別介紹的接地處理。
什麼都不管,把他接地法的Key-point記錄下來:①第一點接地點:輸入蓮花座的負端;②第二點接地點:濾波電容的中點;③喇叭輸出負端由濾波電容中點引出;④電源僅正負電源接至PC板,濾波電容的地不到PC板上。
此四原則顯然是對後級而言,筆者自行分析比較後,設定了前級兩地接地法的初步原則:
①第一點接地點:高電平輸入蓮花座負端;②第二點接地點:濾波電容的中點;③低電平放大之輸出0V引一粗線至高電平輸入蓮花座負端;④電源僅正負電源接至PC板,濾波電容的中點不到PC板上。
定出前述準則後立即在草圖上補上落機殼的MARK;請參考圖十。
因PRO-2000A放大器主機箱之DC POWER直接取自DC電源套插之三個端點,此三點實際上即是濾波電容上之正、負及COM點;將此三點直接引線至PRO-1815 VIN的正、負及0V點,再由此0V點直接引一粗線落機殼。
好了,已經一點落機殼了,還差一點,參考圖十一,另一點直接由高電平輸入端下地即可!
落地問題處理好立即進行配線。對PRO-2000A主機箱而言,除Selector及Function兩開關較複雜外,實在很好配,您大可將線折成直角走,亦可將線絞起來接;反正設計的實在合理,您只要配過線,絕對配的好看!
機器被抱走!
全機安裝完成後立即上示波器,先將PRO-1815 Vout拔起,即不加Load(其實PRO-1815自己本身即有Load),觀察其濾波效果及雜訊情形,效果良好。再加上PRO-214N,濾波及雜訊處理能力仍然保持甚佳;心中不由得對PRI-1815讚賞不已!在觀測PRO-214N EQ及FLAT情形,波形顯示PRO-214N對音樂的原音再生能力極好,想再對其做更深一層的測試時,適好蒲鴻慶先生趕來,不由分說一把抱走!我想蒲兄等會兒試聽時定會覺得相當滿意,但願他不要惡搞我的機器......。
轉載音響技術第95期NOV. 1983 新PRO追擊序列之七/PRO-2000A前級系統配置/蕭文權
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