早在三、四年前就跟著音響技術的「追擊序列」裝了一部SF-106,第一次領略了雙差動的媚力,其工作穩定、性能優異是眾所週知的,至今她仍然正常的工作著,可是這幾年來眼看著別人新的技術接踵而來,終於忍不住要再裝一部「徹底改進SF-106」的功率放大器。
很巧的在音技83期出現了SF-106的改良型──SF-106N,真是如逢知音趕快翻開一看,發現所改有限,未能完全符合我當初「徹底改進」的宗旨,但由此可見,SF-106這類型的架構,雖歷經數載,仍然歷久不衰,甚至還是目前放大器的主流。
既然已經訂下「徹底改進」的宗旨,那麼要如何改進呢?回顧45期SF-106的文章細細思量,最後決定作如下的改進:
①在線路結構上仍然保持雙差動輸入,全機放大級數則如SF-106N一樣為四級,即二雙差動輸入級、電壓放大級、推動級及功率輸出級,但在前兩級則改為串疊放大型式。
②捨去交連及回授電容,改成直流放大,為防止直流偏移,則加入「超級伺服」迴路。
③喇叭線的問題不可忽略,但若將購買價昂的發燒線列為改進項目之一未免太奢侈了,幸而現在可應用線路技術解決喇叭線的問題,那就是──「Σ驅動」的方式,不但不必額外花錢,更不必為喇叭線問題爭論不休了。
④電源供應加穩壓,包括功率級也要穩壓,因為功率級消耗大量的電流,當音樂起伏時電源電壓就隨之起伏,導致放大器的串音(兩聲道共用電源時)、音樂混濁等現象,這絕不是光用大變壓器所能解決的,故宮率級加穩壓是本次改進的最大重點。
圖一是本機的全部線路,由於加入串疊放大使得電壓放大級(Q7~Q10)以前的電路與雙快槍完全一樣,所謂串疊放大(Cascode)就是在共射極組態上「疊」一個共基組態的放大器。
如圖二就是基本串疊放大,Q1是共射極放大,因為共射極放大易受VCE的變化而產生非線性失真。但共基極就不會如此,所以在Q1的上方加入Q2的共基極組態,並且在Q1射極與Q2基極之間加入一恒定電壓V,因此Q1的VCE就永遠固定在V-0.6V的電壓上,所以共射組態的Q1就沒有因VCE之變化而產生的非線性失真了,但也因此Q1的電壓增益完全被Q2所壓制了。幸好Q2是共基放大,具有高電壓增益,所以整個電路是由Q1負責電流增益,Q2負責電壓增益,故圖二就是一個等效於沒有非線性失真的共射極放大器。關於串疊放大在音技44期、46期60頁有詳細討論,請讀者自行參考之。
回頭看圖一,Q1~Q6是具有串疊之雙差動輸入級,R17 R18 ZD1 ZD2則決定差動放大的電流,如圖三是單邊差動得等效電路,Q1 Q2的基極電壓應等於0V,若VBE及R13 R14的壓降忽略不計,則A點電壓也應等於0V,所以R18兩端壓降應等於ZD2之電壓,故Id=VZ2/R18。同理另一邊的差動電流等於VZ1/R17,在此VZ=20V,R17 R18=5K Id=20V/5K=4mA,此乃參照雙快槍而設定。再看圖一,Q5 Q6就是串疊放大器的CB放大,由圖三得知,Q5的基極電壓被固定於VZ1,若Q5的VBE及R13 R14之壓降忽略不計,則Q1 Q2之VCE=VZ1,故電壓增益由Q5負責,合於串疊放大之設計。
Q7~Q10是電壓放大級,設計重點是R21~R23之分壓結果使Q7 Q8之VCE固定在5V以下,使Q9 Q10能有最大的放大電壓輸出。本級電流由R9 R10決定,剛才算出差動電流是4mA,若Q1 Q2完全對稱,則流經R9之電流≑2mA,R9=1.2K,VR9=2mAx1.2K=2.4V,此時R19之壓降等於:2.4V-0.7V=1.7V,本級電流=1.7V/330Ω≑5mA,此亦參照雙快槍而設定。
由於本機所訂的目標是「性能」,所以沒有斤斤計較輸出有幾「瓦」,但是考慮到驅動級與功率級時就不能不完全沒有考慮到輸出功率的問題了,本機所加正負電源為40V,以一般經驗大約有60W~70W左右之輸出,就以60W來計算:
輸出電壓:√8Ωx60W=22Vr.m.s.
輸出電流:22V/8Ω=2.7Ar.m.s.
輸出峰值電壓:22Vx√2=31VP
輸出峰值電流:31V/8Ω=3.9A
所以Q11~Q14之電流設定為:
Q13 Q14之靜態集流:設定100mA
Q13 Q14之峰值集流:3.9A
Q13 Q14之靜態基流:100mA/55≑2mA
Q13 Q14之峰值基流:3.9A/55≑70mA(功率晶體之hfe設定為55)
為了使推動級工作於A類,又不希望推動級消耗太大功率,於是將推動級Q11 Q12之射極電阻R26不接到輸出,因此只要R26有壓降,就有電流流過,Q11 Q12就永遠不會截止,因此推動級電流就不必設定到功率級峰值基流的一半那麼高了(70mA/2=35mA)。本級設定為:1.2V(兩功率晶體的VBE)/82Ω≑15mA。
偏壓網路Q15 Q16故意換換口味改用A-25的對稱偏壓網路,使用這個網路要特別注意VR1要先調到最大,因為這網路調整範圍很大,VR1為最大的時候Q15 Q16飽和,推動級兩基極間約0.5V,當VR1=0Ω時,電壓放大級的電流全部流經R34 R35因此兩端電壓=5mA(電壓放大級的電流)x2KΩ=10V!足以燒毀推動級以後的所有晶體。
ICa與ICb是「超級伺服」迴路,ICa是一個反相積分放大器,檢出放大器的直流輸出成份,ICb將積分器之電壓加以反相,送入放大器反相輸入端,因此將放大器的輸出中點,緊緊的鎖住在0V,如圖四,相信大家對於伺服迴路都已經十分熟悉才對。
另外在回授電阻R30並未接往輸出端而自行接一個獨立的端子於機殼外,目的是要接成「Σ驅動」的方式,圖五就是「Σ驅動」方式的系統圖,由於擴大機至喇叭的接線方式很像希臘字母「Σ」而得名,它將喇叭線的阻抗接入負回授電路中,由擴大機向喇叭「看」去,就好像沒有喇叭線的阻抗了,因此喇叭與擴大機已結為一體,不是兩個各體了。用「Σ驅動」方式時要注意:喇叭可以不接,但喇叭線不能不接而開機,圖一中R29就是保護擴大機在喇叭線沒接上或繼電器未跳上時防止過大的開環增益。
整個放大部分簡單介紹到此,接下來就是電源穩壓器了,這個穩壓器是最不花腦筋了,是採用A-25的JC(+)及JC(-)簡化後的那個線路,即86期88頁圖四,電壓輸出改為40V如此而已,輸出電流大約8A,輸出晶體用MJ15003/15004兩對並聯,兩聲道共用一組電源,但卻用了兩只6A變壓器並聯,四只22000uF大電容。只因這幾個龐然大物佔去了機箱大部分的空間,裝不下兩組穩壓器了,另外,為了畚箕零件花了不少"$"心也有點疼。
所謂:「天下文章一大抄」,擴大機的線路就是最好寫照,本機更是抄遍天下精華,不過抄也要抄得有理,最重要的還是抄完了是否有心得?學到了什麼沒有?我想這也是音響技術不很反對「仿名機」的原因之一吧。廢話少說,言歸正傳,現在這部擴大機的線路全有了,就得開始按圖施工,但不保證成功,因為這部七拼八湊的線路尚未有人裝完成過,不過本人因對此線路已「倒背如流」,早已胸有成竹,不怕它裝不響,就怕它一裝就響,那可真乏味了,不是嗎(嘴邊這麼說,心裡可不這麼想,嘻!)?首先,得找一個像樣的機箱,才能方便電源供應部分的組裝,正好手邊有一個舊的儀器箱,鋁合金的U型底板,及鐵網上蓋,但這上蓋是L型的,只蓋到機箱的左邊及上面,右邊是一些端子,為了方便配線及美觀,我把右邊的面板拆掉,L型上蓋也不要了,只要上蓋的網子,然後用鋁板做成一個新的ㄇ型上蓋,中間挖空鎖上鐵網。在U型底板的兩側再用鋁板隔開,鋁板外側放驅動板,兩鋁板中間就放電源變壓器和四個大濾波電容。四片大散熱片已經無法容入機箱內,乾脆把散熱片固定在面板及背板上,面板的正中央加一個電源開關,背板兩側則鎖上RCA輸入端子,及8個「博士端子」,就這樣這個別出心裁的機箱,乍看還頗有原裝機的味道呢?!
接著,把兩個36-0-36V、6A的變壓器及四個22000uF的濾波電容固定好,兩兩並聯,如圖六,變壓器並聯千萬注意極性,否則燒毀兩個變壓器。這裡告訴各位一個簡單辨識變壓器極性的方法;先將變壓器的初級(110V)並聯起來,插上AC電源,把次級的其中一條(不包括0V線)互相接起來,用電表量另外兩端的電壓,如果不同極性就會產生兩倍電壓,此時把其中一變壓器反過來接,直到所量為0V時,另外的四條線就可以接起來互相並聯了,如圖七;前面所說,當不同極性時兩個變壓器的次級圈相當於串聯,因此電表兩端的電壓等於:36x4=144V,小心觸電!
接下來開始裝穩壓器,因為有現成的PC板所以很快就裝完了,然後把穩壓器的功率晶體四顆及三端穩壓IC鎖在機箱後面的散熱板上,把散熱片和PC板間的線配好固定住PC板,然後如圖八把電源系統整個裝配好,還有一個±15V的穩壓器,是供應伺服電路的,就是音技的pro-1515,很久以前就裝好的,這次正好派上用場。然後把兩支60W的烙鐵皆在JC(+)、JC(-)做為負載,電源打開一小時,沒有壓降,烙鐵已經「蠻」溫的(只加40V的關係),但是散熱片卻一點溫度也沒有,歪頭一想,原來穩壓晶體的VCE只有十伏特左右,加上散熱片面積不小,故沒什麼溫度了。
其次把RET功率晶體鎖在面板的散熱片上,偏壓晶體及R27 R28都裝在散熱片上,就開始製作驅動板了。為了洗這兩片PC板花了不少時間,用的是雙面鍍錫板,一面是線路,一面是接地面,以防止干擾。所用的零件盡量高級,少不了金屬膜電阻、電容,用這些零件的目的,不是為了它們精確的數值,而是為了它們零件的穩度、雜音、壽命等因素,因為有人曾問我:放大電路的設計既然都是用近似值計算,幹嘛用精密電阻?在此回答有同樣疑問的初學者。驅動板裝配沒什麼好談,就是零件插插焊焊的,但是最好還是裝一級測一級,除非你對電路已經有十成把握。裝好後按照老編的方法,先用二極體代替功率晶體的腳B E,把VR1調到最大,接上電源,先不加伺服電路,量一下中點,兩聲道均在0.2V左右,正常。調VR1 R26也可產生1.4V的壓降,手一摸輸入端,立刻輸出數十伏AC電壓,心想:成功在望!於是放心大膽的接上功率晶體,伺服亦加上去準備開機。
深深吸一口氣,把喇叭座正與地的兩個端子短路起來(正跟正,負跟負短路,因為是Σ驅動),默念三聲:上帝保佑!將POWER一下ON上,瞬間日光燈閃了一下,紅紅的指示燈由switch發射光芒,只聽那繼電器「噠」一聲,心情就像放下千斤重擔似的,真是老天有眼明察秋毫!一量中點,哇!0V!指針三用表量不出來!真是大顯超級伺服的威力。接著量33Ω兩端壓降,調整VR1使之在3伏特多一點,就大約有100mA的靜態電流了,半小時後,散熱片只有一點點溫度,因為面積不小的緣故,所以就安心的裝上保險絲了。
到此畚箕算是大功告成了,接下來就迫不及待的試聽,趕緊把機器搬到客廳,拆下原來的SF-106,換上本機,Σ喇叭線也要接好,打開電源,先放上英文歌熱熱機器。當樂聲一起,立刻感覺聲音清亮多了,也覺得整個音場定位分得相當清楚,可見只要電源輸出夠,單電源是不輸雙電源的,何況加穩壓呢!聽說加穩壓低頻解析力會大增,於是再換上「1812序曲」(台版唱片,買不起原版,只好將就點), 果然十幾響大砲的震撼力也出現了,我不知如何形容,反正聽起來和以前那一台POWER有差就是了,總之,本機沒讓我失望。
這部機器經過了大約一年的計畫還有一個多月來的裝製,如今總算是完成了,之所以會拖這麼久,就是因為一直懶得動手,最後我這計畫竟然先被我一個好朋友給先裝了起來,真是臉上無光,於是下定決心在短短一個月內包括所有系統全部完成了。這給我一個很大的感觸:就是凡事只要有心去做就能做得又快又好,要是不用心或不想做那就永遠拖下去了。完成這部POWER,給我得到許多寶貴經驗,是無法言傳的,只有自己多動手、動腦方能體會。奉勸學電子的夥伴們,希望大家都能手腦並用,不要滿腹理論而不願拿烙鐵,更不要只會按圖施工,還要別人保證你成功,那又算哪門的「技術」呢?最對喜歡自己裝的同好們有一建議,就是裝任何線路盡量不要完全照抄,最好能加入自己一點意見,儘管加入你自己的「意見」後不見得會更好,甚至導致失敗,但你將會因而領悟到許多道理,如果你是仿名機,而不願破壞原機風味的話,那也至少先了解大概的原理再裝機呀!諸君是否同意在下的看法?
轉載音響技術第92期AUG. 1983 我的超級功率放大器/楊立邦
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