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制作一套单端A类前后级放大器 |
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虽然笔者很喜欢高传真大动态的声音表现，也不抗拒有音染柔和细腻的效果。早在十几年前，笔者就计划做一台单端A类的放大器，但这个计划一直没有实现，原因很复杂，技术，电路的选择，生活与工作的时间安排。 单端放大器失真以偶次谐波为主，因此声音较醇，输出级一开机就处于最大输出状态，虽然功率不大但驱动力强。现在较游行的单端A类功放，HOOD电路传统而纯正，只是功率也太小了，PASS电路新颖，名气也够大了，但血统不纯正，个人感觉由于采用了输入差动电路，会令单端的韵味减少，也不喜欢。虽然可以通过器件校声，但这无异于女子化妆，到底还是不够自然流露的好。 由于是作为笔者的第二套系统的放大器，因此也不着急，直到最近没有什么项目要做了，又想起这个计划，终于下定决心去制作。 做单端A类放大器，出于技术爱好与心理感受上，笔者必定要做纯种的，这样才会将单端放大器的韵味最大地发挥出来，既要象单端的高级胆机，又要有石机的大功率与高解析力，维护容易，成本低。 搜索思维里过往的DIY经验，笔者较钟爱摩托罗拉的MJ11032/MJ11033，音色清晰而柔和细腻，于是敲定用此对管作为电压增益级的主角。
电路设计详解 一个优秀电路，是要从设计时就要制定目标音质音色，并确定所用的器件，针对器件的特性与目标音质去设计电路，就可以将器件特性设置为中性，电路在制作时事半功倍，而不必在后期换这换那补品去校声，大大节省了开发制作周期，也最容易达到平衡而最佳的音质效果。 详细的主放大电路见图一，电源电路见图二。 这个电路最大的特色当然是纯正单端放大，但单端放大器的各工作点容易受温度影响而改变，最终令输出端直流漂移电压随开机时间而改变，对于昂贵的喇叭来说这就象恶梦，无法接受的。通常解决的方法一是在输出端增加一个高品质隔直流的电容，容量约数千微法，二是象PASS的电路一样，不用纯正单端电路，而使用输入差分电路去抑制直流漂移。 笔者对于电路非常苛刻，追求一百分的完美，否则也不用等到十几年后的最近才动手了。对于上述两点，笔者是无法接受的，苦思之下，居然想到用直流伺服去稳定工作点。本机的直流伺服电路粗看与一般差动放大器用的直流伺服电路是一样的，但控制原理有所区别。直流伺服电路的第一级使用常见的积分放大器去衰减交流信号，取得输出端的直流电位，但积分电路会产生一些噪音，于是在积分电路后再施加一级具6DB衰减的缓冲器，削减积分电路的噪音及进一步衰减交流信号。 直流伺服电路的输出端经再次RC滤波后连接到放大器的反馈交连电容上，目的是最大限度地衰减交流，得到最纯净的直流。放大器输出端的直流电平改变，直流伺服放大器输出端TP1处的直流电平随之改变，通过电阻改变输入级工作电流的去令输出中点得以维持在0V。这样做的好处是电路不因有直流伺服而增加失真与噪音，声音纯净。本机实测输出中点电压总能维持在约2MV以内。 再看主放大器，电路是相当简洁，但每个元件的应用都经过详细的思量。笔者认为电路的第一级使用恒流源较容易获得高信噪比，但同时也削减了单端机的韵味，故此级不使用恒流源，信噪比就交与其他环节去控制提高。 电路的第二级是最重要的主增益级，整机的增益大部分由此级担任。此级的工作特性对整机影响最为关键，如果这级只使用一般共射放大电路，声音相对来说可以做得较厚暖，但混而不细腻。笔者较喜欢中高频有流水行云的感觉与高透明度，选用渥尔曼电路作第二级放大是不二选择。有若干爱好者问笔者，为何使用渥尔曼电路却又限制其的宽频响特性？笔者钟爱使用渥尔曼电路，但不一定需要渥尔曼电路的宽频带，而是喜欢渥尔曼电路的音色，所以有时应用会限制其工作带宽。 渥尔曼电路的共基管需要偏才可正常工作，渥尔曼电路的共基管的参考电压源的电路程式对音质有可听的影响，笔者尝花过不少时间去对比过以下几种方式，1，齐纳二极管接电源回路方式 2，齐纳二极管接信号回路方式，3，LED接信号回路方式 ，4电阻接信号回路方式，5，三极管BE倍压接信号回路方式，即图一中的方式。 以下仅代表笔者对声音的观点与理解。 方式1，声音粗亢力度较好，细腻不足 方式2，声音粗亢力度较好，稍显细腻，但还不够理想，（齐纳管用ST的） 方式3，使用过高亮绿LED，声音较细腻，清晰度高，低频稍弱于齐纳管，相对方式4还嫌稍粗糙。蓝LED，声音厚，顺，低频有弹性与力度增强，节奏感强，缺点是寿命短， 方式4，细腻，低频稍量少，深沉度相对不足。（用DALE电阻） 方式5，最为细腻，中高频稍暖，清晰度更高，光滑，低频质感也有一定提升，（用A970/C2240） 或许个别爱好者认为这是音响神话，但如果没有这些细微之分，又如何让不同设计者设计的线路具天渊之别？ 实践细微之分别，需要较多的时间，不同时期的反复实践，如果单以某次的主观感受，可能因心理影响而误导自己。 此级电路的负载使用恒流源，提高负载能力与输出有效电平值，同时也可以减少失真。MJ11032/MJ11033工作在约80MA时音质感觉最平衡悦耳，这一级工作电流也定在约80MA，输出电流足够直接驱动输出管而不必使用预推动管。 要让声音重放表现出自然开拓，低的开环增益是必要的，本电路的增益级开环增益仅约39DB，开环时-3DB频响110KHz，闭环增益27DB。环路反馈只从电压增益级的输出端联接，而没有联接到输出级上形成大环路反馈，这也就是大家所说的无大环路反馈电路，好处各位爱好者自然会理解到。 不使用预驱动管的原因还其他考虑因素。笔者希望本机有类似于胆机那种松软而深沉的低频效果，而笔者认为这种音质效果是由于胆机的低阻尼系数所致。本机不使用预驱动管，也就是要令输出阻抗较高，阻尼系数较低，到最后完成并试听时，证实笔者的想法是正确的。这跟其他要表现高传真大动态类的功放设计理念是背道而驰的。 输出级看起来元件不少，但只要将并联的器件都省略，就会觉得很简单了。本机制作的输出功率只有35W/8欧，其实只要三对管并联就足够了，但考虑到日后扩展功率的可能性，设计了6对管，并且实践中所知，C5200的线性与一致性较A1943好，全部使用C5200。输出级的恒流电路部分6个管中一个作为预推动管，因此计算时只算5个，电路设计时设定了恒流电路的RE两端电压是0。57V，35W/8欧功率时需要有约2。2A的电流，因此恒流电路的RE用1。3欧，由两个1/2W的电阻并联得到合适的数值。如果爱好者希望只用三个输出管制作，可自行计算RE电阻的阻值与功率要求。 整个功放电路环环相扣，各器件参数，单元电路的选择均以重放出基于胆机而高于胆机的音质为目标。 由于工作电流大，电源的纹波也会增大而引致大的交流声，要提高信噪比的措施之一就是对输出级使用稳压电源。图二左侧是输出级用的稳压电源，右侧是电压增益级用的稳压电源。 这个稳压电源电路结构较常见于马兰士的高端机型中，音质表现清晰而具马兰士高档机的韵味。笔者对电路作过改进。提高了温度的稳定性及对纹波抑制能力更高。 输出级耗电量高达2。2A，如果以后扩展输出功率，电流还会更大，故此稳压电源的调整管使用双管并联，工作非常安全，并保证了优良的线性。 滤波电容使用每声道6万微法就可以满足使用，设计时设置了可安装10万微法电容的位置。单桥整流电路可令声音表现稍厚，正合本机的设计目标。 A类放大器工作电流恒定，对电源的调整率要求不高，变压器使用一倍的功率余量就足够了，但笔者考虑到工作电流大，变压器储备量少，容易产生机械振动声，因此使用每声道1000W的变压器供电。为了这样的原因去多花数百元成本，不知爱好者考虑是否值得？
简单的制作注意事项
电压增益级板见图三，输出级板见图四。由于本机输出级每声道功耗近150W，需要使用足够大的散热器，并令散热器热稳定后工作温度在常温下不能超过80摄氏度。输出级电源整流桥会产生相当热量，也需要为其安装散热器，本机设计时是将整流桥安装到机箱底板上，引脚直接焊在电源滤波板上。 输出级只需要将并联的C5200分组配对就足够了，这令制作选管要求大大降低。 采用了直流伺服电路，令电路的调试与制作变得简单，将稳压电源调整好，余下就只需要调整主放大电路第二级的恒流源工作电流。在通电前一定要将此可调电阻滑动脚调整到“A”端，如果电路安装无误，通电就可以正常工作了。 初次通电时要注意输出级恒流电路RE上的两端电压是否约0。6V，最好使用有限流功能的直流电源测试好再上机安装，但如果电路安装与器件品质无误，是不存在危险的，也不需要调整的。在整机联接好通电后，调整电压增益级的可调电阻，令直流伺服电路的输出端“TP1”端的直流电压最低，并在热稳定后再重调。这个电阻属于精益求精而设置的，目的是令直流伺服尽量少对电路的调整，所以要使用多圈的可调电阻，以进行精确的调整。 本机音色可通过微调放大器输入的C1得到改变，一般建议调整范围470P到2200P间，笔者向来不建议改换昂贵的补品电容去校声，昂贵的补品电容会令机器性价比低，且电容个性强，容易令机器音质变得不平衡。 看，调试就这么简单！
完成后整机照片见图五，安装输出管处散热器温度约在75摄氏度，滤波电容处空间温度约60摄氏度，这是安全并可以接受的。对于A类放大器，爱好者可能更关心信噪比，噪音大，乐器的残响等细小信号可能被噪音掩盖而无法重现，并且由于噪音而影响了心情坏了风景。 本机输出噪音只有0。1MV，不计权信噪比约104DB，不少中高档的AB类商品机没有这样低的噪音！接到灵敏度90DB的音箱上，即使耳朵紧贴喇叭才可隐约听到噪音。 低噪音除了稳压电源的功劳外，线路板的Laylout也至关重要。本机使用大面积覆铜层作为电源地，并将电源稳压与放大器的电源地分离分别回路，信号地则通过浮地电阻独自回路。 单端A类放大器是按负载阻抗设计的，本机设计功率是35W/8欧，如果接4欧音箱，输出功率会下降只有约15W，这与一般的推挽放大器阻抗低输出功率增大的规律不同。因此爱好者制作前应按自己所用的音箱阻抗进行设计，如果设计为35W/4欧，可将输出级恒流电路的总电流加大到1。4倍，输出级稳压电源输出电压下降到0。7倍，变压器用双20V电压就足够了。电压增益级可以不改变参数。 笔者原本考虑购买一对FOSTEX F200A全频喇叭制作的音箱，因此本机是按8欧设计制作，但机器完成时笔者还没能最终决定购买，只好暂时接到笔者的巨无霸音箱上聆听，见图六。音箱使用四个SCANSPEAK 8545担任中音与低音，两两并联，阻抗只有4欧，令本机的输出功率减少到15W。此箱制作校声属于监听型，能很好表现不同器材的音色音质差异。试听时与本机配置的其他器材也是属于高传真一类，可以说是能充分体现了本机的音质特点。 本机音质表现不属于很厚暖一类，稍厚，清晰，细腻，流畅，柔和，保持非常丰富的信息还原量，低频非常松而有弹性，下潜深沉，推这样一对监听箱，既有全频喇叭箱的中频细腻，低频又远超越了全频喇叭箱。虽然这时输出功率只有15W，但聆听过的朋友感觉讶异，音场开阔，乐器间分离度非常好，驱动力强，动态没有压抑感，基本满足笔者那20几平方环境的音压要求。 现在，笔者已决定不购买全频喇叭箱，而准备做一台35W/4欧版本的去配合现有的音箱。 单端的前级 既然出了线路板，一打样就10套，于是利用电压增益级的线路板作了台前级，原理图见图七，线路结构与后级增益级一样，只是变更了一些参数，增益4。5倍，音量控制电路采用了并联分流式，最大音量时有-3DB的衰减，整机增益就只有3倍。完成的前级见图八。音量关到最小时输出端噪音值是0。1MV，音量开最大时是0。15MV。 这个前级设计参数时基本保持了后级的特征，调整令声音稍厚一些。 将这个前级换了笔者原来搭配的再生电源前级，声音立时别有一番韵味。清晰度，音场表现一如之前理想，低频富有弹性与力度，但中高频变得柔和圆润而稍显丰厚，听女声时显得非常纤细，娇若无力而富有感情，竖琴仿如珠落玉盘，二胡如诉衷情，古筝少了刚锐，似乎欠缺一些真实感，但声音令人相当愉悦轻松，引人遐想。昂贵的名胆前级，也未必如此。 笔者这套第二系统，到此可算是圆满成功了。
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