ESS前後級擴大機的仿製,由於說明解析非常詳盡,因此參與試作的朋友相當踴躍,此中除了由本刊供應零件之外,自行到電料行選購材料的仍大不乏人。有關後級製作的缺失,由於我們將又開始另一大功率的製作,我想等到此線路的製作報告時,一倂再提出檢討。至於前級,因目前正在試作者可能仍多。我想就自己的意見先行提供於下,以便大家參考:
好線路與好機器
首先我想再次表明的,是「仿製」乃是一不得已的手段,在基本態度上,只希望藉名機之「名」,以建立讀者的信心,否則憑空由音響技術弄出一個線路來,恐怕會有很多人不以為然。但是,仿製的最終目標,並不以仿得與原機一模一樣為滿足。正如在十八期技術人說話中,如果一個人一開始便存心仿人家,把被仿的對象當成一偶像,則了不起做到和他一樣罷了。要知道,世界是不斷進步的,仿人家的人只有永遠跟著人家走。
正由於抱持著這樣的態度,所以我曾在三地強調,我們在仿製過程中所供應的是零件和將此零件組合的想法,而非推出「套件」。套件(意指Kit)是定型的,必須依照一本說明書一板一眼地去裝; 而我們的作法卻是提出一個線路共同探討,探討之餘,在供應一些零件使大家便於嚐試。它有相當的「寬容度」以讓讀者去變化和改進,而本刊亦不避諱一切地在檢討改進的方法。在此情形下,一百個讀者的「作品」即使沒有一百個樣,至少會有些許出入,而這些出入,正好說明了並不是有了好線路就一定能裝出好機器。我們實在應該了解名廠的或書本上發表的線路,不過僅供參考,在拿起烙鐵之前應該運用思維,使它變成「自己的」,才好開始動手。
前置的毛病
裝完後級,我想大家都會承認它確實是一個很容易變成好機器的好線路,所以我一直希望將它重新規劃一下,使得稍具經驗就可以自己裝,現在,PC板我已重新畫過,刊載「實用線路選輯」上,基相也重新開模製作,希望近期內能適量地供應。而至於前級,雖然它仍是一個好線路,卻不容易變成好機器,其中之一就是音調控制補償放大器容易引起振盪,這是主動元件選擇的問題,白金弘君已在分析中說明。其次為系統設計,太遷就於面板的搭配(抱歉,這是我很主觀的認定)我在十七期中亦已說明。
這兩個問題解決後,事實上卻還有另一個更大的困擾,也就是開關機的衝擊問題。
在OTL擴大機中,開基實,不能免的會有強烈的衝擊電流流過喇叭,使發生一聲巨響,把OTL改成OCL,此種衝擊理應消失,至少應該變得非常輕微。然而事實上如何呢?相信很多裝過OCL機的朋友都會承認,OCL機同樣有衝擊!
問題在哪裡呢?現在我們不妨就ESS這部前即線路來做一檢討:
ESS的後級不會有衝擊電流是肯定的,它不必以延時作為保護,可是在前級,卻有一個延時接通電路。在我的觀念裡,任何需要「保險」的事物,都是因為它有「危險」。
現在,讓我們來看看這個危險是如何產生的:
衝擊的來源
本機有兩個輸出級在Tone Cont In時,由Q5擔任輸出,Tone Cont Out時則由Q6擔任,不管Q6或Q8,其輸出的情形和一般單電源電路是一樣的,亦即:
這是共集極、射極輸出的典型電路,此電路在理想的工作情況下,A點電壓約為½Vcc可以獲得最大輸出,至少它應等於輸出電壓的單峯值電壓或者Vcc減去此電壓。
舉例說: 若此電路加給30伏的Vcc,欲獲得±8伏的不割切輸出,則A點的電壓,至少應在下列兩點之間:
低點: 8伏x1.41倍+0.6伏=11.9伏
高點: 30伏-11.9伏=18.1伏
當A點的電壓高於18.1伏或低於11.9伏時,電路雖然仍能工作,但輸出不到8伏,即已開始割切。當然一般功率擴大機之輸入較高者亦不過2伏左右,而我們之所以要求前級有較大的輸出,乃是希望在最線性的範圍內工作。
在正常工作時,A點電壓既至少在11.9伏以上,那麼在毫無緩衝的情況之下,遽然加上Vcc,則A點電壓必自零升高到11.9伏。此時11.9伏的電壓必經輸出電容傳到B點去,B點先是產生11.9伏左右的電壓,然後因47K電阻放電的結果,再慢慢恢復於零。這就是衝擊電壓產生的情形,而此情形,正如同我們用三用表的歐姆檔去量電容一般,電容器是不導直流電的,理應量不出阻值(無限大),可是當測試棒跨接的瞬間,歐姆表卻會打出一個很低的阻值(表針偏轉大),然後慢慢恢復到無限大。
衝擊的情況既然是如此產生的,那麼我們勢須使A點電壓的上升,緩慢到和47K電阻對輸出電容的放電(其實是充電)速率一樣,此時,衝擊便可以減到最低。
現在,讓我們看一看電路的實際情況: (圖二)
①當Vcc加上時,Q7 Q8因尚無偏壓,所以是不導通的,因此Q8集極電壓維30伏,但射極無電壓。
②但30伏電壓會立即經由62K、10u及3.3K道地,在此瞬間,10u兩端無壓降,於是30V電壓被62K──3.3K所分壓,於是在A點就有第一次強烈的衝擊,此衝擊雖然只有大約1.5伏左右,但因速度很快,所以會造成一聲巨響,而且即會只有1.5伏,亦足以使後級偏轉到接近極端(峯值輸出)。
③30伏電壓在與上同時亦被3M及470K所分壓而加到Q7的基極,但此點電壓是否會立即上升到定值(約4.2伏,此電壓不能用三用電表量),卻受到4.7u輸入電容的影響。如果在此瞬時,電壓不能上升,則Q7的集極會出現②的1.5伏電壓並加到Q8的基極,使A點電壓上升,而此電壓復經10u電容回授到基極,致使A點電壓上升更速,直到超過½Vcc然後下降到½Vcc以下,再上升,形成減幅振盪。直到Q7電壓上升到正常值為止。
如果Q7基極的電壓因受輸入電容(和前一級電路有關)之影響,又有一些起伏時,便一起加到Q8上,此時輸出除了有一快速上升的電壓之外,更有一陣紊亂。
上述的情況大部份機器均可能發生(儀器亦然),因此請您切切記住任何機器千萬不可以在關機的一分鐘以內又開機,至少要等二、三分鐘之後,才可再次開機,否則極可能因電路中各點電壓上升下降速率的不平衡而毀損了機器。
怎樣消除衝擊?
衝擊的情況既是必然的,除非在設計線路時就顧慮到衝擊的可能性,否則便只好用外電路來作為彌補,像ESS的前級便加了一個延時接通的磁簧開關來避開衝擊,在廠製機中,由於能訂製水準一致的磁簧開關,因此不失為一個好方法。可是當自己裝時,卻會碰上一些麻煩,即使可以找到適當的磁簧開關,其開與關時間的調整甚是費時,萬一磁簧失靈,喇叭便會報銷。
那麼我們是不是有比較簡單可靠的方法來防止衝擊呢?當然有,就是設法使Vcc在開機後緩慢上升的,只要其上升速率和輸出電容、電阻的衝電速率調和恰當,便可使衝擊消失而僅剩下輕微的直流偏移。
電源電路的檢討
提到Vcc的供給,我想再次地把ESS原機的電源電路提出來做一檢討。
D102~105的橋式全波整流及C102的第一次濾波不必說明。
Q101及Q102組成反漣波及簡易的穩壓作用,當把Q101及Q102看成達靈頓接法時,C103成為反漣波電路的主角,其等效容量被Q101 Q102的放大率放大了,如果Q101及Q102的直流放大率為500,則C103原有的50uF容量即變為25,000u。如果把Q103和Q102分開來看時,Q101則成為穩壓作用的主角,因為當輸出負載加重時,輸出端電壓下降,相對地Q102基極電壓上升,集射導電加大,經R104而致Q101基極電壓上升(下降)使Q101集射導電也加大。此一穩壓作用,經實驗結果大概在5~13mA負載變化時均能維持30~32伏的電壓。
在整個線路中,主牽著輸出電壓及其上升時間的是R101及R102的分壓作用。如果我們把R102除掉,那麼輸出電壓的上升速率便可由R101xC103的時間常數來決定,經過簡單計算,我把R101改成為270K,其時間常數為13.5秒,我想這個速度應該是差不多了。
接著檢討電源供給的輸出部份電路: Q101及Q102的輸出,經由R105及C104濾波後供給耳機放大及音調控制級,再經R106與C105而供給RIAA放大器。這部份電路,我在17期75頁上已經提及: 如果我們認真地從地迴路來研究它,在一塊PC板上做兩次濾波,然後分送出去,並不是很安全的作法,正確的接法應當是把R106與C105移到RIAA放大器上去,否則由電源到音調和RIAA的地線就要分別接過去,但分別接後又會造成環路效應。至於它原圖是這樣畫,主要因為原機根本只由一塊線路板所組成,這樣R106及C105的實效位置就可以做適當的安排。這是我第一個想變更試作的地方──把C105移到RIAA放大器上去。
此一變更的主要用意,乃在盡量降低產生哼聲及振盪的可能性。但是,對於剛剛我們所提到的關機衝擊的防止並無助益,因為C104及由C103所形成的等效電容只是作用容量而已,當機器一關,Vcc電壓立刻消失,功率擴大機仍然會產生強大的直流漂移。在此情況之下,只有加大C104的實效容量。
大概的估算一下,耳機放大器的耗電不算,全機之耗電負載約為3K歐姆左右,因此大約要加上3,000uF的電容始可使放電時間延長到九秒。
實際改接
構想完成,立即開始動手:
①首先我把二個磁簧開關除去,並把R44改跨接到輸出點。
②把Q103及Q104及相關零件全部焊去。
③把R102剪掉。
④R101改成270K。
⑤C104及C105全部自PC板上除去。
⑥在音調控制PC板的Vcc輸入處跨接上一個2,000uF電容。
⑦在RIAA PC板的Vcc輸入處跨接一個1,000uF電容。
所有改良工作在以上七個步驟中一下便完成了,搬上機架,開始試機。
試機結果
試機結果,真是妙極了:
開機: 喇叭仍聽不到任何響聲,VU表有輕微的擺動,五秒鐘音樂出現,十秒後音量正常。把三用表跨接喇叭輸出端在試一次,開機後一秒內,表針最大擺幅為2.7伏特,是直流偏移,聽不到聲音。對喇叭可說毫無損害。
關機: 關機瞬間可聽道喇叭有輕脆的「答」聲,音量不大,從音色判斷是來自開關之脈衝干擾,與Vcc無關。「答」聲後沒有任何聲音,VU表仍微動較開機稍大,以三用表量之,最大約為4伏,對喇叭仍然無損。
開關機的衝擊聲和強大的直流漂移,就在這樣的改進中消失了,真是一快事也。接著我在電源開關上又並上一枚0.1uF的陶質電容,關機時的「答」聲也跟著消失。
檢 討
本來這個電路在委由白金弘君分析設計,邱輝雄君試裝時已發現了這個問題,當時我一方面因為工作較忙,另一方面也正如前面說的,既說仿製便不該把線路改得太離譜,於是便矚邱君力求在佈線及零件、常數上設法克服。雖然做出來的東西已算不錯。很不幸的是我拿到的這套零件中,那兩個磁簧開關卻並不怎麼靈光,雖經把電路常數改變,偶然還要找塊磁鐵才能把磁簧打開。再由於我的機器平時不怎麼關機,有時連續幾個星期沒有關過機,有一天因為試機器把機器關掉時,「碰」的一聲巨響,把自己都嚇了一大跳,所幸喇叭無恙,但對此機之安全性卻引起了懷疑,終於拿起筆紙上畫畫,烙鐵焊焊就把電路照著想法改了。
對此事,我有幾點心得:
①早就想到了,只是懶於動手,這實在是很糟的毛病。
②益增我完全照仿未必最好的信心,我想我們應該看了別人的,然後能做得比他更好。
③現在,很流行電子等效電路,好像會多用幾個晶體就比別人高明一樣。我一直為很多套件或成品的前級電源供給也用穩壓(當然是簡易型)感到不解(用OP AMP或±電源除外),現在更是不解。
④正在寫這篇檢討的時候,有位做套件的朋友來訪,他表示希望接著做此ESS的套件供應,問我同意不同意,我說求之不得。但我最終的期望是這樣的配合最好能夠提前到當我們選析電路時,就開始攜手。音響技術的園地永遠是公開的,屬於大家的。想到什麼便說出來好了,讓我們合力把事情做好,不是一件很愉快的事情嗎?
轉載音響技術第19期 JULY. 1977 ESS 前級仿製的檢討 擴大機開關衝擊的防止/唐 凌
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