衰減器的頻率補償電容(圖十二上,用虛線連接者)之選擇,就得靠實驗來試了。隨著不同的寄生電容,選擇適當的串連獲旁路電容,讓頻率響應平坦。在裝這一單元到面板之前,最好事先把這一步比較麻煩的手續做好,才接上適當長度的低電容隔離線,已獲得100KΩ低店榮幸負載(或者100KΩ,一百比一電阻性衰減)。利用音頻信號產生器及音頻交流電壓計、或示波器來調整,使這一部分在用隔離罩蓋起來之後,所有的頻段都能獲得平坦的頻率響應。
從靈敏度選擇開關(S5A)到E28間,使用高電容隔離線。這樣隔離線同時也從E27傳送地電位到衰減器。S5A上之R94及R90的「高電位」端,可以接在這個選擇開關用不著的位置上。
如果你打算採用圖十九那種簡單的固定式失真訊號濾波器,那麼現在就可以裝它了。。用隔離縣把E29(在CP2上)、E34、E35、E36及E38接起來。濾波器的地電位,從到E34上的隔離線之隔離層取得,接到E37上。接到E29之隔離線的隔離層,只能在CP2的E30單端接地。圖十九上的510pF電容,係為減小隔離線電容用的。
組裝中途的檢查
在街上頻段選擇及頻率選擇兩個開關以前,最好是把分析儀檢查一遍。只要在那些臨時的電容及電阻尚未拆掉以前,就可以做這項測試。換句話說,就是前面提過的,臨時的0.022uF電容及3.9KΩ電阻仍裝在原來的位置上;CP1上從E7到地的0.1uF電容、從E5到E6的2.7KΩ電阻也依舊未拆。如果你選擇裝失真訊號追蹤濾波器的話,就再把E29到E34及E35到E36間接起來。然後把訊號源的輸出(J2)接起來。
此刻分析儀應可以調到2KHz,現在你可以調整R59(或許還要調R62)來消掉基頻,並在E22及E23上獲得一個合理的FET控制電壓(例如在-1到-4之間)。同時也檢查在E8上的振盪器自動增益控制FET閘電壓。試著改變電平及靈敏度,以檢查分析儀的所有功能,確定它們都沒有問題。注意振盪器的性能如何。
利用另一部信號產生器來產生「失真」信號,這個信號可藉著一個62KΩ的電阻,加到本機信號源及分析儀之間。如果本機信號源產生1Vrms信號,而外加的信號產生器透過電阻加入一個100mVrms的信號,那麼就表示應有0.1%的「失真」電平產生。調整R180及R192來校準電表,檢查合適的調整時間,及儀器本身的殘餘失真。若有問題,就得停下來把毛病找出。
最後的組裝
要裝頻段選擇及頻率選擇這兩個選擇開關,恐怕還得用點腦筋。倘若選裝追蹤濾波器,光是一個S1就得使用九層五段塔式旋轉選擇開關(每層還又分成左右兩組)!這麼長的旋轉開關,可能需由兩個或三個旋轉開關串接併裝起來才行,或者把S3後半截多的部分鋸下來併接上去也可以,此時開關兩旁支撐用的兩根螺絲釘也得跟著加長。這兩個開關的樣子,可參見圖二十九所示。
表二所示,示要裝在開關上鄰近兩層間的電容;例如,表中的C(KM)-1表示裝在第一段位置的K組及M組選擇開關之間。其中,S1A及S1B這兩組選擇開關,係為在S1上,最接近前面板的第一層,這點我們在第一部分裡已提過了。在開關上裝電容及電阻的設計,是為了裝追蹤濾波器,使追蹤濾波器的零件靠近前面板的選擇開關。留意高頻頻段上的調整電容,還串接著一枚小電阻。此電阻是為補償主動濾波器在高頻時的「Q值增高」(Q-enhancement)現象,所產生的高頻滑落。可以利用開關S1上用不著的第五段位置,來固定這些電阻。調整電容並接在四段開關上,目的係即使開關轉到段與段之間時,也不會令人討厭的暫態現象產生。採用每段距離很小的旋轉開關,也可以收到同樣的效果。
高通失真訊號濾波電容C(BD)和C(DF),在20KHz與200KHz頻段是共用的,只要把第三段與第四段這個位置接起來就可以了。這也有助於主動高通濾波器在高頻時的穩定性,更高範圍的濾波器則沒有裝的必要。
如圖廿九所示,四個頻率調整用的電阻(R1至R4)係固定在一小片鑽孔的電路板上,用18號裸線接到S1的J及H組上;R206則固定在這兩組開關的接帚上。
S1上的零件裝妥之後,鎖到前面板上,並把要接到電路板上的接線接好。四個調整電容[C(KM)、C(LN)、C(OQ)及C(PR)]的每一個,都用七寸長的低電容隔離線與電路板相連接。隔離線本身的電容量,直接和這些調整電容並聯。隔離線的隔離層接到調整電容的一端,另一端則接到有關的積分器輸出上,以取代接地(例如:C(KM)的另一端接到E3上)。所以使用這麼長的隔離線,使已考慮隔離線本身的電容量對200KHz量程之調整電容量的影響了,如果使用其他電容量的隔離線,那麼這幾個電容就得跟著調整了。這幾根隔離線分別接在第K、L、Q、及R組開關上。
頻率選擇開關S3,採用一個八層十一段的塔式旋轉開關(每層只有一組),接法和上面提到的S1類似,可能的話,記得在這個開關的第四層與第五層及第六層與第七層之間,裝上一片隔離片。S3上的電阻係裝在相鄰的兩層之間,接法如表三所示。表三中的第三欄,R(A)1-2表示接到S3A(S3為最靠前面板的那一層)一、二段之間,餘類推之。
R(E)到R(H)雖然也可以用誤差1%的精密電阻,這四個電阻實際上只需要匹配到相對間的誤差小於1%即可。所以你想省點錢,可以從5%碳膜電阻裡挑出配對。倘若你同時買進十支同樣阻值的電阻,應該是可以從裡面挑出阻值近似的四支才對。只是要留意,別讓在同一層上的電阻誤差均同時偏高、或同時偏低即可。
和調整電容一樣,S3的接法也是讓開關轉到段與段之間,仍有阻值存在。這是藉著把第一段位置的接點,接到開關的接帚上而達成的。如果你使用的開關是十二段的旋轉開關,你就可以把接到第十一段的那枚電阻空的那一頭,接到第十二段上;倘若你使用的開關只有十一段的話,那麼就把它用熱縮套管或膠帶絕緣起來。
S3上的零件裝妥之後,就可以把它固定起來,再把它對外的接線也接好。可能的話,盡量利用S1上已接到電路板上的那些端點,如果也是接到同一位置時,只需就近接到S1上即可。
前面已經提過,把S1及S3上的追蹤濾波器零件接到E29、E34、E35、E36、E37及E38,須用隔離線。其中,接到E34及E36須用低電容隔離線。在200KHz頻段的C(EG)值,係假定採用這種低電容隔離線八吋長的數值。在S1及S3之間有關失真訊號濾波器的連接,不必用隔離線,可是必須整理好,並盡可能遠離前面板上的信號輸入、及開關上的振盪器和分析儀部分使用的那幾層。在失真訊號濾波器和振盪器/帶通濾波器之間的增益量,差別相當大,如果這兒的隔離不當,就會產生振盪,尤其在200KHz的頻段。同樣的,分析儀的接線也得遠離振盪器。好啦,所有的裝配到此算是完成了,下面我們準備進行測試及校準的手續。
測試及校準
首先得檢查像號原。把R1到R4調到中間位置,然後加上電源,並在輸出接上示波器及交流電壓計,同時也一併檢查E8(Q1的閘極偏壓)。檢查所有頻率下的情形如何、頻率響應平坦否、及輸出電平穩定所需之時間。檢查Q1的閘極電壓,此電壓無論在任何頻率下,均不得接近零或測出Q1之夾止電壓的0.5V範圍內。接著檢查輸出衰減器及電平控制。如果你有計頻儀的話,那麼就檢查輸出頻率,輸出頻率的誤差應在±20%以內,而且也必須隨著頻率開關往高頻範圍調時,增加頻率,同時看看振盪的波形如何。
假如你有計頻儀的話,把分析儀放在650Hz這檔上,然後調整頻率修整電阻R2,使信號源的頻率剛好在650Hz上。否則,你沒有計頻儀的話,那麼就得用別的已知650Hz信號源為參考,使用李沙育圖形來調整。接下來把信號源接到分析儀的輸入上,加上1Vrms的信號,輸入範圍定在3V這檔上。檢查E22(頻率控制)及E23(振幅控制)的直流電平。調整R59及R62,使分析儀的這兩個電平值,分別是量到相關的FET之夾止電壓的一半。
剩下的頻率修整電阻,也同樣配合分析儀同頻率的中央頻率來調整。調整R1,使E22上的直流電壓等於Q5夾止電壓的一半。同理,R3調整6.5KHz時、R4調整65KHz時的E22直流電壓。現在再檢查一次,所有頻率下,在E22及E23的電壓,均不接近零或夾止電壓的0.5V以內。可能同時得調R1、R3、R4、R59及R62,才能調出。如果E22的電壓(頻率控制)始終有問題,表示可能在S3上有某個頻率設定電阻裝錯了。振盪器的這幾個修整電阻調好後,不妨再檢查一次輸出的振盪頻率,應該誤差在±10%以內。
如果振幅控制電壓(E23)在高頻頻段(50KHz至200KHz之間)偏高的話,即表示在高頻頻段,與C(OQ)及C(PR)串連的Q值增高補償電阻需要稍加調整。電路圖上標示的值,雖然是幾經斟酌後才決定的數值,多少還是得視運算放大器(IC10、IC11、IC12、IC13及IC15)個別的滑落特性而決定。倘若E23上的電壓太偏正(接近零)的話,表示這些電阻值太大;如果E23上的電壓太偏負的話,表示電阻值太小。
另一種現象須注意的,就是在200KHz的高頻頻段出現「旋振」(slewing oscillations)。主動濾波器環路上太多的相位遲滯,便會引起Q值增高,最後就發生振盪。如果信號在主動濾波器裡,受一個或幾個運算放大器迴轉率限制的結果,是相當於大量地增加相位的遲滯,於是便產生振盪──尤其幾個放大器的迴轉率均大受限制時,更是如此。制止此種振盪的唯一方法,是把頻率調低,或者把電源關掉。在分析儀的正常電平下,應該是不致於產生此種振盪,除非有足夠大的暫態現象,才可能發生。這就是何以頻段和頻率選擇開關要接成這麼麻煩,不讓使用時產生暫態現象的原因了。話雖如此,倘若開機時,分析儀的頻率選擇恰好放在100KHz以上的各檔,還是在開機的瞬間,會引起振盪的。
接下來要檢查失真訊號追蹤濾波器的頻率響應,先在E29輸入一信號。如果把前面板標示之輸入電平值的3倍,當成是0dB的話,那麼低於此頻率的上下3dB的頻率,必須分別是設定頻率的1.4倍及10倍(在200KHz頻段,則分別為0.14倍和接近8倍左右)。
要校準讀出的失真值,就得使用兩個信號源。利用分析儀內的信號源,輸入一個1Vrms的1KHz信號。把S6撥到「電平」這一檔上,當輸入衰減器放到1V的量程上時,調整R192,使電表獲得滿刻度的讀數。藉著一個62KΩ的電阻,從另外一具信號產生器上輸入一個1Vrms的3KHz信號。此刻,分析儀在1KHz時,應可看到0.99V;在3KHz時,可看到10.1mV,換句話說,就是1.02%的「失真」電平。把靈敏度選擇開關(S5)放在1%的量程,然後調整R180,使電表剛好指到滿刻度的位置。
以上的測試完成後,接著把分析儀的信號源直接接到分析儀的輸入,量分析儀本身在不同電平、各種頻率下的殘餘雜訊。此時就可以用一具示波器,觀察「失真輸出」處的信號。
如果殘餘雜訊看起來特別雜亂,或者在某個頻段內有跳動的情形,應該馬上懷疑那幾個修整電阻及調整電容。在這幾個特別敏感的地方,只要有幾個零件稍稍不正常,就會產生很大的麻煩。兩種麻煩我全都碰上了,所以我得再舊調重彈一番,務必採用高品質的調整電容,別為了省錢而自添麻煩。
哼聲就比較麻煩一點,尤其滿刻度再30微伏那檔時更是。雖然在設計時也儘量減低哼聲,可是你自己還是會碰上它的──在200Hz頻段尤為顯著。記住,哼聲可經由高阻抗電路拾取(隔離線在此可就派上用場了),或是由電磁感應而來,包括接地。把外殼完全裝起來之後,哼聲多少會降低一點。
性 能
圖三十至圖三十五是本機的一些性能。圖三十至圖三十三是分析儀殘餘雜訊的示波器照片,在1V電平、20Hz、1KHz、20KHz及200KHz時的情形。圖三十四是把四個頻段的總殘餘雜訊,繪成電平的函數圖。圖三十五則是0.3、1.0、3.0Vrms三種電平下的殘餘雜訊對頻率圖。使用的輸入電平愈高,分析儀的性能愈佳。在1.5Vrms以上的輸入電平下使用時,整個音頻範圍內的殘餘雜訊均低於0.001%。
尾 聲
組裝THD分析儀最危險的事,莫過於想把現成可利用的部分拼湊起來; 也許有不少仿製者運氣較佳,能一帆風順,然終屬投機行為。後面附上零件單(蘇桑註:原文中並未附上),有些東西可能不易購得,有興趣的讀者可能得花上一筆錢及時間,去找、去買、去改裝。
轉載音響技術第73期 JAN. 1982裝一部高級THD分析儀(第四部份)/Robort Cordell 原著 趙健雄 譯述 (取材自 Audio, 1981 九月號)
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