在上期中,筆者曾對HAFLER DH-110的磁頭放大電路(新的編號是PRO-214N)做了較詳盡的分析,並同時於文中刊出印刷電路板圖樣;由於PCB樣品未能及時完成,故暫以214的舊板子試作。此雙面鍍金穿孔設計的PC板已發交工廠製作中,預計在本月10日前完成;並為使未來的PRO序列能以嶄新的面貌與讀者見面,將盡可能採用藍色玻璃纖維板製作。總之,我們希望將最好的呈現給讀者,但也希望讀者能支持我們。
本期的重點是探討併聯式穩壓電路,不過在步入正題之前,且對PRO-214N再做一番回顧。R1是唱頭負載電阻,一般多用47K,但上期有兩篇文章談到唱頭最佳負載並非47K,且甘棣小弟對此也有意見,故定R1為47K~33K,至於選用何種數值,則由讀者自行決定。
線路板上的C7是由三枚電容並聯而成,可用大新PPN質(360pF 則是PS);C2 C3及C9 C10都是鋁質電解電容,以無極性為最佳,在中華路佑昇電料行可買到日製CHEMI-CON的BP(雙極性)電容。由於兩聲道共同用一組電源,故PC板上C9 C10各留一枚。
當改成10被時,除依上期所述變動外,R1之值也要提高至100K,C1則省略,FB可換用220Ω電阻。為了方便讀者裝製,所有晶體都繪有接腳圖,只要照著插焊就不會出錯。由於PC板是穿孔設計,故零件面可以不焊。另外關於磁珠(FB)的使用,係以漆包線繞在磁珠上,而不是只將磁珠插在PC板上。以後PRO的前級都附有磁珠,但漆包線請自行購買。
接下來我們要討論的是併聯式穩壓電源,其完整線路請見圖一(電源變壓器及整流子未繪出)此線路係由日本STAX公司於1978年首度發表,目前則是高級前置放大器必備的利器。併聯式穩壓電源曾於本刊74期由莊仲先生製作過,PC板編號是74-01,與此圖最大的差別是Q5~Q8使用LM334做恆流源。
相較之下,圖一頗「忠實原著」,而為了改善性能,日本雙信電機公司為此還特別生產併聯式穩壓專用電容器──2.2uF V2A。該電容有4隻接腳,接法像是交連用,我手上只有兩枚,是朋友從香港帶來,價格相當高;在此線路上它應該是C4。
併聯式穩壓的特徵是在整流電路和調整電路之間加入定電流電路;再者是基準電壓不由然納二極體產生,減少了大量的雜訊。又由於採用電流調整器,故從電源端看,控制晶體的內部阻抗並聯於電源輸出部分,故其電路之內阻係與負載呈倂聯狀態。因此併聯式穩壓具有一、阻抗低(阻抗低即表示速度快),二、雜音低的特點,用於高品質的PRO序列前級,自然是再恰當不過的了。現在讓我們對整個電路做較詳盡的討論(底下皆是以正電源作分析,負電源亦同)。
一、定電流電路
這是併聯式電源的最大特色,Q1 Q3 Q5及R1和三枚二極體構成定電源電路,Q1 Q3接成達靈頓型式,具較高的hfe值,Q1就像功率晶體,而Q3就像驅動晶體。三枚4148的順向壓降約是1.8V(請看簡化後的圖二),由於它是跨在Q3的基──射間,故R1的壓降即是1.8-0.6=1.2V,若R1選用10Ω,則流過R1的電流即是IR1=1.2V/10Ω=120mA。由於VD(二極體壓降)是恆定的,故VR1(R1壓降)也是恆定;如此只要改變R1就能改變此電路的輸出電流。
Q5的作用也是恆流源,它提供一個小電流給三枚二極體,由於僅有3mA左右,故輸出電流IO=IR1+ID一式中,常忽略ID而不計。而VD也可以由紅色LED產生(順向壓降約是1.85V),但ID就要提高到5mA才行。用LED來代替二極體的最大好處是:可以將LED裝到面板上當成電源指示用。
定電流電路是從濾波整流電路取出一定的電流,並將此電流供應控制晶體Q19和負載(放大器);當負載未接上時,此電流將全部流經控制晶體,使得Q19會有相當高的溫度──這有些類似純A類的後級放大器,一開機即處於最大消耗;實際動作在底下會談到。
看簡化後的圖三,在一般串聯式穩壓電路中常常使用然納二極體以取得適當的參考電壓,但由於然納係工作於崩潰區,是故雜音不可免。圖三中,Q7是恒流源,藉著調整R2以改變Q7的工作電流;而該電流會立刻反應在R3上而得到相對應的壓降並被檢出。只要Q7的電流恒定,則R3上之壓降VR3=IDxR3=常數,因此可得到雜訊低又穩定的基準電壓;而改變VR3就能改變此電路的輸出電壓。Q3與Q7都是擔任恒流的工作,但是由於Q3的電流要求較低,Q7的電流較大(輸出電壓的調整範圍較大),故我們以IDSS區分,Q3選用較小的2SK30A,Q7選用略大的2SK117;而且兩者的價格都很便宜。
三、誤差放大電路
併聯穩壓的誤差放大器,其實是個具有電流鏡負載的高增益差動放大器,其主要作用是放大誤差電壓;此誤差電壓係指輸出端電壓因電源(如交流市電)變動或負載(放大器)變動所引起的微小變化。圖四是單獨繪出誤差放大電路,其中差動晶體Q13之基極為正相輸入端,接有參考電壓(即R3上的壓降);而Q15之基極為反相輸入端,接有輸出電壓檢知電路(主要是R8上之壓降)。當R8之壓降與R3之參考電壓相等時,Q13及Q15即處於平衡狀態,否則它會一直輸出誤差給控制電晶體(Q17 Q19),除非Q13 Q15達成平衡。
四、輸出電壓檢知電路
還是看圖四,所謂輸出電壓檢知電路其實就是電阻分壓網路;若我們從輸出端往前看,你可以發現R7 R8正好是回授網路。設輸出電壓是VCC,則R8端電壓=VCC/(R7+R8)xR8,故當VCC有變動時,R8上之壓降也會跟著變動。
我們上面提到R7 R8是回授電阻,故改變兩者之比值亦可改變此電路之直流增益;原則上R8與R3同值,我們就取15K。而R7 R8之直流增益卻不宜過高,故R7取12K甚為恰當。
五、分流調整電路
分流調整電路係由Q17 Q19構成的高增益併聯式控制晶體,其作用是控制輸出電壓的大小。電路動作原理是:當輸出電壓降低時(例如負載電流增大),輸出電壓檢知電路會偵測出其微小的壓降(即R8壓降);此時Q15的基極電位比Q13的基極電位低(因Q13基極接有基準電壓產生電路,只要不改變R2,前R3壓降為恒定),故Q15集極電流亦低,使得控制晶體Q17的基極電位上昇(因為誤差放大器的輸出與輸出電壓檢知電路相位相反),故Q17 Q19的集極電流降低,因此內阻提高,使得輸出電壓也略微提高達成平衡的狀態。
設本電路之輸出電流為IO,流過控制晶體的電流為IS,負載電流為IL,則此三者之關係為IO=IS+IL。故當本機IO為120mA,而IL(磁頭+10倍)為30mA時,IS=120-30=90mA,表示有大量電流流過控制晶體;如果輸出電壓是±18V,則Q19與Q20之損耗幾為18Vx90mA=1.625W!這非得使用中功率晶體並加上適度的散熱不可。
我們可做個實驗,以IO=120mA,VO(輸出電壓)=±18V為例;當不加任何負載時,所有電流幾全流過Q19和Q20,故此晶體溫度相當高,好像純A類放大的「一開機即處於最大消耗」般。此時我們可以在V+至0間併一枚1.8K電阻,並試著將此電阻數值降低,直到1.8K成為150Ω時(以大於3W為宜),你會發現Q19觸手冰涼,因為IO都消耗在負載電阻上。不過為了確保併聯式穩壓的特點,Q19與Q20都應流過相當的電流,以期內阻降低,進而提高放大器的音質。
多功能的PC板
在重新討論併聯式穩壓電路動作後,我們再回頭看圖一的線路。圖一的輸入端是來自橋式整流後的直流電壓,3300uF是濾波電容,0.1uF則是用來改善大電容的高頻響應,精彩的來了:在±V輸入端各有一個IN,這是接自PRO-2000A電源機箱的直流電壓。故你如果使用整套的2000A機箱,PC板上的濾波電容、整流子都不用裝。
當然不僅如此,你也不必再花幾十塊錢買日製氖燈,更不怕它缺貨。在PC板上濾波電容的位置有降壓電阻RX及LED,其中正電源端的LED可接至面板當指示燈用,是不是很妙?如果此PC板另有他用,則板子上所有元件全部裝上就是一片完整的併聯式穩壓電源!
半導體選擇,6枚二極體都是4148,而Q5~Q8使用2SK30及2SK117;Q1 Q2 Q19 Q20四顆晶體要加散熱片,建議使用TIP31C/32C,不過其接腳也合2238/968;其他的則用任何小訊號晶體皆可。PC板也是雙面鍍金穿孔設計,只須焊主銅箔面即可,裝TIP31C/32C時,要先將晶體鎖在散熱片上,然後插入PC板、焊腳,這樣才能裝的漂亮。
此電路輸入電壓不宜過低,輸入輸出壓差至少應有6V;由於主放大器機箱與電源機箱分開放置,考慮DCV連接線的長度(購買90-76B附送1.5公尺三蕊線一條)及可能損耗,變壓器次級圈暫定是20-16-0-16-20,如此經過整流濾坡後期電壓應是±28V或±22.4V。前者係供給一般晶體式放大器用(壓差8V),後者是供給IC式放大器或帶有伺服的晶體放大器(壓差7.4V)。電源變壓器容量至少75VA,濾波電容預計使用6800uF/50Vx2!PC板約在八月底才能正式上市,每片售價不超過220元。
另外,PRO-2000A前級機箱預約已經截止,凡自本月份起購買2000A機箱者,恕不奉送PRO-214N PC板及6800uF濾波電容;但反RIAA網路PC板則隨90-76A奉送。
轉載音響技術第92期AUG. 1983 新PRO追擊系列之三/併聯式穩壓電源供應器/梁中鍔
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