實驗台上/音量擴展器試製－老音響資料庫/蘇桑部落格

　　我們知道音響乃是音樂再生之工具,音響系統之優與劣,全看它在現場錄音時的臨場效果是否能再重播時忠實的表現出來。電子技術的進步,使擴大機由真空管到積體電路,由原來的變壓器交連進而全直接交連的OCL電路,近來,更有V-FET擴大機的誕生,無非為了使此一系統之輸出訊號與輸入訊號獲得一致,也就是S/N比的再努力,然而若不重視換能裝置如麥克風、唱頭、磁頭、喇叭與儲能裝置如唱片、磁帶,卻會令這一些堪稱高傳真的擴大機黯然失色。以其在訊號傳輸放大上費苦心,不如在換能裝置上下功夫,遂有杜比雜音抑制系統,自動失真抑制系統等的發表,使音響系統向前邁進了一大步。

　　九月五日,接到了老編交待下來的任務,到今天提筆謄出報告,事隔兩個半月有餘,實有愧於衷心盼望與期待的讀者諸君,不敢歸罪於儀器設備之不足,實乃吾才疏學淺,經驗匱乏,手腦鈍挫,在此特向大家致歉。然而值得欣慰的,就是它終於告了一個段落,希望這是改善重播效果的象徵,雖然這僅是起步。

　　第九期79頁所載之壓縮與擴展器全機線路,就是試製的第一個對象(電路架構如圖一),FET使用2SK30,電晶體用hfe近於250之無編號小豆子,這些都是手頭方便之物,繪了線路板,依樣裝配,完成了一聲道,作用如其所述,壓是壓了,該縮的也縮了,但在音樂停止的時候,唱片的沙沙聲和隆隆聲特別顯著,這和錄音機的自動電平控制有相同的作用,音樂復出,這些聲音也沒有了,這個電路,唯一要注意的就是FET閘極電壓要在-1.5V以下,作用才呈顯著的變化,所以輸入非得達到某一標準這個電路是起不了作用的。把開關S2a換到Fast Attack/Decay,S1置於壓縮的位置,的確令人耳目一新,音樂此起彼落飄渺抑揚,換到擴展的位置,調整VR3至聲音出來,果然就類似一Squelch(消雜音)唱片的沙沙聲沒有了,接到Tuner上去,在沒有訊號時,雜音被消除了。

　　光搞這個電路,就花掉半個月的時間,但還是硬著頭皮,送到老編那兒,請他測試一番,現將擴展部份測試之結果列出如下:

　　△電源電壓 +20V

　　△最大無失真輸出電壓 4Vp-p

　　△擴展度每 10dB 擴展 3dB

　　△無訊號輸入時,輸出有2mV之雜訊,測得頻率約為500KHz,顯係電路振盪

　　△VR3(使用50K)在輸入10mV時,調到一半以上的位置,始見顯著之擴展變化,測得FET VG如-2.5V。

檢討:

　　1.電路中VR1直接控制了擴展或壓縮的幅度宜採用半可調電位器,並固定輸入電平。

　　2.FET無訊號輸入時,VG即應達到-1.5V,使電路對全域電平有一均勻之擴展或壓縮幅度。

　　3.電路工作時,壓縮為回輸控制,擴展則為分壓控制,見圖一所示,如將壓縮部分亦用分壓控制取代之。

　　4.FET D與S之端壓(交流變化之P-P值)不應超過100mV,否則將有嚴重之波形失真,見圖二,圖三為FET作壓變電阻時之工作區與電阻對控制電壓之曲線。

　　5.作擴展分壓用之Rx(如圖一)阻值應愈高愈理想,因為使△RFET=K△Vout.

　　6.將FET與Rx等元件移到輸入端,避免第4項所述之失真,定在分壓後加一100倍之放大器,以補償第5項分壓時之損失。

　　7.提高整流之電平,以克服D1 D2之非線性變化與順向偏壓Vf。

　　經過以上的測試與檢討,就足以使下一個步驟倍增信心。首先規範並架設構圖,如圖四,在還沒動手之前,這電路看來頗理想,途中顯示主放大器之增益RF+RFET/RFET,幾乎可以控制自如,而且VFET D≈S=Vin控制恰當,不用擔心波形會失真,(此時並沒有採用分壓控制,但取掉原來的回輸),再看100倍的電壓提升放大器,使用O.P.Amp,最大輸出10V RMS,足以克服二極體的順偏問題,況且輸入阻抗理論上為無窮大,不致造成輸入訊號之加載。現將試製此電路作如下之報告:

　　主放大器使用RC4739,取其裝置容易,100倍之放大器使用uA747,上兩項I.C.均為雙單元元件,故製作兩個聲道時,僅需各用一枚,FET仍用原有的2SK30。製成後遇到最大的困難就是在於尋找FET之工作範圍,如圖五調整FET Source腳下的兩枚可變電阻,使達到最呈直線性,且幅度得宜的區域,需借助示波器與訊號產生器,做多次的定點測試,每做一次,紀錄一次,直到得到滿意的曲線為止。然而問題來了,壓縮時主放大器在沒有訊號時,增益就大增,使得雜音也特別顯著,縱然使用S/N比再高之放大器,恐怕也無法彌補這項缺陷,於是線路不得不重寫,最後還是決定使用原來的分壓電路,如圖六,注意,這時壓縮和擴展的位置調換了。製作時,使用L.C.萬用電路板,因零件並不多。製成後,擴展部份又做了如下的測試:

　　INPUT　　　　　OUTPUT

　　10mV　　　　　10mV

　　50mV　　　　　250mV

　　100mV　　　　1.000mV

但是測試頻率響應時,發現高頻部分擴展的特性並不理想,後來究其原因,乃uA747之Miller Effect所造成,理論上uA747此時之輸入阻抗為無限大,其實不然,將L.C.輸入端所串聯之470K電阻取掉,毛病即消除。簡單的測試結束後,接著就是接受耳朵的考驗,S1置於擴展的位置,S2置於Slow Attack/Decay,花了漫長的時間與心血,終於見到了一點成果。音樂由和緩細膩途而澎派洶湧,扣人心弦。

　　試作到此又告一個段落,或許讀者會覺得莫名其妙,為何只做擴展部份的測試,卻把壓縮撇在一邊,就連我自己都有點奇怪。鑒於現今各項重播系統,如電台廣播、錄音作、或錄製唱片,甚至台上演講,本身大多已經有壓縮的設備了,我們最大的目標在於把被壓縮的音樂還原,與老編商量的結果,不如就捨棄壓縮部分,光做一擴展器,如此一來,不但製作容易,還可以省掉不少顧慮。於是下一步的試作又開始了。這一次主要將在上次之線路繪於底板,改善高頻響應,並把整流電路做得更好一點,亦即將電路定型,現先繪構圖如圖七。

主放大器仍然沿用原有的RC4739,整流電路則考慮了很多個,曾用過如圖八的電路,此電路堪稱夠精密了,但是非常可惜的,D1 D2在交互導通的轉換時間,造成了不可扼止的瞬間高壓脈衝如圖九,此波形是在uA747的輸出端取得,RC4739與FET自難以承受其干擾,只得另尋他途。

最後決定使用如圖十所示之電路,第十圖亦即此擴展器完整之線路圖,此整流電路非但能解決二極體順向偏壓Vf的問題,尚能使FET的閘極在無訊號時之起點為可調,(如圖六),亦能補償雙聲道時FET不對稱時所產生擴展不平衡的情況,電路就這麼定型了,圖十一為底板與零件排列圖。

　　整個電路使用一枚RC4739與兩枚uA747做為雙聲道使用,FET仍使用兩枚2SK30,這兩枚經體需嚴格挑選,非但gm要一致,變阻區之特性也要相近,是最難找到的兩個寶貝,筆者在30枚2SK30中,僅找到三四枚特性相近者,D1 D2使用鍺質二極體如1N60,電源電路採用第十一期116頁所載之雙電源供應器。

　　製作: 裝製時,先將電阻電容焊妥,I.C.座,否則焊接時就得特別謹慎,別把I.C.燙壞,且要注意底板上兩枚uA747之第10腳是跨過第五腳,千萬不要把它焊上了,並得注意是否有短路情況。一切裝成後,先測量各I.C.的輸出端是否為0V,若不接近0V就表示I.C.有問題或零件裝錯。下一步驟即是調整10K可變電阻,使FET之閘壓為-1.5V,量取此電壓可用三用電表量D1右端即可,若直接由FET之G極測量,可能就不精確了。再次就是調整5KVR,使擴展之幅度達到最恰當為止。筆者裝成後,在無訊號輸入時,輸出接示波器之10mV/Div檔,仍只有掃描線,並不見有一點模糊。

　　試機: 此擴展器之位置,應置於前級與後級之間,如圖十二所示,最好加一跨越開關,可與擴展器之電源開關連動。使用時,因為擴展器的輸入電壓直接影響了擴展的幅度,輸入最大電壓小時,擴展幅度小,輸入最大電壓大時,擴展幅度就大,所以擴展器前之任何音量控制最好置於一固定之位置,認為擴展得最恰當時為宜,而音量則由擴展器後面及功率放大器之前面控制,避免每次使用時,重新調整的麻煩。Attack/Decay充放電之開關,若認為必要,可多設幾檔,現將三個不同位置時所產生之結果示如圖十三,俾在使用時,能得心應手。其他巧妙之處,就容讀者們親身去體驗,在此不再贅述。