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实例介绍设计与制作功放

 玩梦书生 2012-01-12

实例介绍设计与制作功放- 何庆华

 

      许多发烧友常喜好仿制名机,并将心得广为传播,相信大家也看过不少,但究竟能仿得原机的几成效果?原件选配的差异,令音色大打折扣,更有甚者连失真度也大有影响。例如许多人爱仿制的马兰士7号,顶多只是做了个形似,神韵全无,不少发烧友将做不好的机给我检测,失真,噪音大的比比皆是。其实在仿制名机时,由于元件特性的原因,你不可能用到与原机一样的,需要对周边电路进行合理调整,以获得电路最佳的性能,有时还要多次调整,计算值结合自已的耳朵。

       这次应几位发烧友的要求,仿制出一台音色与英国产的音乐传真E10相近,但声底要更厚一些。其实这也可代表了欧洲产的许多中低档功放的音色:圆润,温柔,缠绵。

       这里就利用设计此机为例向一些未有涉足功放电路参数设计的朋友讲述如何去设计及仿制音色。

       电路见图,主电路是非对称的两级差动电路,这出是欧美产的中低档功放的拿手好戏。他们选用非对称电路我认为最主要的原因是出于成本的考虑,其他的原因都只是直口。这种电路可减少了对原件的配对要求,电路的调整也相对简单,也创出了一种特有的音色。所以建议发烧友在制作功放时要考虑到自己的技术能力与测试条件,并非一定用复杂电路就好,有时候简单就时最好。当然在绝对的情况下我认为复杂的电路会更好,这从许多进口高档机中也体现到,但制作要求会高很多。

       言归正传,其实设计功放的参数很简单,只要掌握的是欧姆定律,完全没一点困难,有点困难的只是要加上长期积累的经验,掌握好各级电流的关键。

       电路的输入级用PNP管作差动,这样可以令电路的温度特性提高,T1是恒流源,B极有一发光管作偏压,特性也好于齐纳二极管,这样T1的B极对V+有1V8的电压,减去T1的VBE后T1的E极上有1V2,调整T1的E极上的电阻参数就可改变第一级差动的工作电流,公式是I=U/R=1V2/0.33K=3.6mA,也就是第一级差动每管工作电流是1.8mA,此处电流一般为0.5-1mA。适当加大可令动态更大,音色丰厚,而信嗓比变化不大。

       R5,6是第一级差动的负载电阻,经验值是2-2K5,过大与过小都不理想,这里选用2.26K(DALE电阻),此电阻上电压为U=IR=1.8*2.26=4V(下一级对本级的影响极小,忽略)。T4-8组成强制平衡差动放大,R**上的电压是4-0.6=3.4V。此级工作电流应大于5mA,故令R7,8为330欧(并联值得165欧),每管工作电流为I=3.4/0.33K=10.9mA。推动级射极电阻上电压一般为1.2V,但此电阻会影响到第二级的负载,故在两射极输出电路时不宜选得过小,这里选项196欧,工作电流大于5mA。

实例介绍设计与制作功放- <wbr>何庆华

       到此整机的工作点基本设好,现在要设定电路的增益,第一级是双端输出的差动,增益为2.26K/R3=7倍,如果是单端输出则增益减半,第二级是单端输出的差动,负载是电流放大级的输入阻抗,一般为10-20K(视所接的音箱阻抗)这里按10K算,(10K/0.165K)/2=30倍。整机开环增益为210倍,由于本机可能会直驳CD机,故闭环增益为R*/R*+1=52倍,反馈量为4倍,约12dB,低的反馈量确可令音色自然开拓。

       另外值得一提的是我素来所用的音量控制方式,见图中RW,W1,音效可有一定提升,因为多数的电位器不过是碳膜,而我用一只光音电阻比电位器上的碳膜好上几倍,这种方式要求电位器对称性好且最好是指数型电位器。另外RW取值不宜过大,否则影响瞬态响应。

       本机用塑封的ALPS  50KA,取其对称性好及寿命长。电阻方面选用了DALE电阻,重要位置更用上了光音电阻,这些电阻都无需测配,误差已低于一般数字表的精度,DALE电阻音色较柔和,混厚,光音电阻主通透,中性。我由于工作的关系常陪同厂家去采购元件,发现许多五环的所谓金膜电阻都只一些生产工艺粗劣的碳膜电阻,若用这类电阻根本无发烧可言。所有的三极管是用自制的测试板,完全模拟真正的工作状态配对。滤波及去耦更是不容忽视,功率级滤波用松下金字的FORAUDIO 8200U/56V两只,已可满足本机的要求。

电压放大级的滤波及本机全部去耦电容均用ELNA的SILMIC电容,这种电容音色纯正,无需并上小电容,其实对于这级数的电容不须并小电容改善特性,并上小电容只不过是加入所用电容的音色。

电路板的设计布局也十分讲究,完全的星形一点接地,双面镀金纤维板,出于成本的考虑没有孔化,但不影响性能。

经过一天时间的装机与调试,再连续通电两整天,交货时是在那几个发烧友中的一个家中与E10作AB对比,音色已有八九成相近,而由于选件的精良,(要知道在欧洲机型中只有几万元的机才会用上DALE电阻)音场,通透度,圆润更胜出E10不少,几个发烧友要求可否将声底做得再厚润些,于是加了块并联稳压电源板对电压放大级供电,再换上个合适的环牛,终于令他们满意得无话可说,这时与E10比已是一两个级数的差异,统计下来一报价:980元,还包两年全免费(含元件)保修,更让他们欣喜不已,立即再定做三台,每人一台。

实例介绍设计与制作功放- <wbr>何庆华

整体匹配与电路组态

在上篇的文中,我用实例的方法基本地讲述了功放的一些参数计算与设定,其实这也可应用于音响系统中使用晶体管放大的电路中.

   由于觉得使用实例会让初入门的朋友会有更深刻的认识,所以此篇也将用实例去介绍功放中各级的匹配传输.但要我一个可典型说明的例子让我想了不少时间,最终决定选用了之前制作的全无环路反馈的功放电路.由于没有使用级间的环路反馈,以致级间的匹配以及各级的电路但总显得十分重要.

   见图,在后级的放大线路,是没有环路反馈的这将会电路的指标有所劣化.因电路工作于开环状态,这需要选用性能较好的电路组态,以取得更好的实际音质.而没有使用环路负反馈,好处是大家所熟知的.如避免了各类的互相失真,既然无环路反馈有如此.全音质更纯真透明.正如胆友所追求的效果.但有点却要说明,胆与石,都是为了满是个人的喜好.而在进口的众多名器中,可以有很多是超过十万的晶体管后级.甚至有几十万过百万的钽却先见有超过十万的胆机!而在低挡商品机中,如万元下的进口器材,胆机却是可以优于石机,但中高挡机中.石机不再受制于成本,全电路性能大幅提高.同价位的胆石机间胆机已处于劣势,这从实际试听及一些前辈的言论中也得到证实.而在DIY中由于没有过多的广告费用,可令成本都能集中到机内,如电路合理工艺精良,性价比大优于商品机.

再说回电路,之所以使用无反馈电路就是想用晶体管去取得胆机那中清晰温暖的声音,在这里,使用共射共基电路是必然的,共射共基电路又叫渥尔曼电路,前管共射配合后管的共基放大,让两管中间严重失配,却大降低了前管的密勒电容效应,使前管的频响大改善,而后管是共基电路,天生是频响的高手。在放大能力上,基射共基电路与一般的单管共射电路是没有分别的,但频响却在高频上独领风骚,故而在许多的进口名器上不乏其影,用于本机却可大大改善了开环响应与高频线性。

电路的参数计算在上篇已介绍过,这里就不再罗索了,第一级的工作电流是5mA,增益是2K2470欧的比值,增益约为15dB,注意的是两个33欧的电阻是配合了K170/J74的参数,如要换用其他的管子可能需要更改这两个电阻的数值。第二级的工作电流约为13mA,增益约为18dB,忽略了输出级的轻微损耗,整机增益在33dB左右,可以直驳CD机了。

第一级电路与第二级电路在匹配上是没有问题的,但第二级与输出级却由于无反馈而有一定的要求了。若在此输出级使用一般常见的两级射极跟随器,输入阻抗一般只能达到15K欧,由于音箱的阻抗在全频段的不平均,将令第二级电压放大电路的负载(为输出级的输入阻抗)变得不平均稳定。这将导致此级在全频带的放大量不一致,而本机又没有使用环路负反馈来纠正增益。

要解决这一问题有两种方法,一个是输出级用场效应管作推动,使输入阻抗阻抗在理论上达百万M欧,,在实际的应用中可在50K欧,但使用场效应管往往需要有120mA如此大的静态电流,否则音色显得干硬,而如此大的功耗而使功放级的偏置难于补偿。另一种方法是使用近年来许多进口高档机采用的三级双极型三极管组成的输出级电路,本机就采用这种电路,使实际的输入阻抗在50K以上,且不易受音箱负载的影响,但50K的负载对于第二级放大电路来说是太高的,为免增益太高,在第二级放大电路的集电极上各并上了一个10K的电阻,从而令本级达到了预期的增益,且使本级负载的更为稳定,频响更平坦。

输出管使用三对5200/1943并联,以降低输出阻抗,由于无负反馈,这级往往需要较大的静态电流来克服失真与改善音色。另外,直流化电路也是国外高档功放的基本电路形式,本机也不例外,使用直流放大电路可以杜绝耦合电容的音染,获得更好的音色效果,至此后级功放的电路已告完成。

在此有必要提及一下的是音量电位器与后级电路的匹配.在沙的国内DIY的朋友中,多有喜欢在后级的输入端加个音量电位器控制音量就算了,就算是有前级放大的,电位器多是放于前后级之间,这样做本是没有问题的,但如今的电路多数会在后级的输入端加有低通滤波网络,这时就会产生问题了。

电位器的输出阻抗相对较大,而后级的输入低通滤波的截止频率大多是忽略前面的输出阻抗而计算的,而音量电位器的输出阻抗是无法估计的,因其在不同的刻度位置时会有不同的输出阻抗,这样一来,所设计的理想截止频率却变得不理想,截止频率下移了,限制了高频的延伸,为此我在电位器与后级间加入了一级的缓冲电器,以将电位器与后级的直接关联切断,在实际的听感中,会觉得有此电路后高频的延伸力增强,分析力提高,声音却更顺耳,当然这也会与增加了一级的电路有关。而事实上这个缓冲电路也可以说是一个前级。

后级的电压放大级单独用上一组并联稳压电源,本机的缓冲级与音调电路使用另一组关联稳压,音调的切换使用一个OMRON的高品质继电器,以求减低故障率。

制作本机时是采用模块式的结构,在一块集合了全部保护功能和电源电路的双面板上加上一块双面镀金孔化板,在此板上集中安装了后级的电压放大及输出电路的第一级,这样的做法在许多进口的名机中也有不少是这样做的,可以有效地减低噪音干扰,如马兰士的新型HDAM模块,对于我来说更可降低成本。

元件的选用当然要精良,在这机中我大量使用了日本的光音发烧电阻,电容是ELNASILMICFORAUDIO或是松下的金字FORAUDIO

整机装本完成后,循例进行一番测试,在断开后级输入端的低通滤波器测其频响,高端达85KHz,音量电位器旋到最小,断开音调电路,信噪比为102dB,这个信噪比已可以用耳朵贴住喇叭基本而听不到噪音了,输出功率在8欧时有110W4欧时有180W

通电一整天后,正式坐下来试音了,音色显得华丽,久听也不会闷,也不会觉得烦,动态与响应都不错,有一种与有环路反馈电路不同的声音,是一种相当轻快的声音,让人总有清新的感觉。

整体上体现了几分金嗓子的味道,于是心想找台金嗓子的机去比比。

在通电100小时后,将末级功率管的静态电流调到每声道300mA,在之前我一直用100mA的电流的,实际试过只要有十几二十mA也不会有交越失真,这可能是整机管子的高速化的原因。

向一位发烧友借来一台金嗓子的E305这台旧款机作对比,在很多人看来,两机相距近十倍的价位,应是不可能作对比的,但可能让这些人失望了,两机的音色是相近的,而中高频竟还要比E-350还来得通透。其实这也是正常的,就元件来说,本机是比E305要高级的,三极管的配对也做得相当好,可以说,若论元件成本的话本机要比E-305高,当然成本高不一定就是好音质,还要看电路的合理设计与工艺,给你算算,若你买一台E-305,以12000元说,经销商各代理商赚了你2000,余下的是10000关税又去一笔,香港的代理又去一笔,卖广告又去一笔,余下的可能只有三四千了,而这三四千在日本这发达国家来说,只是一台低价的机型了。

我的看法,音响的档次,应以分析力与整体音域的平衡性去区别,音色是见人见智的,正如你喜欢马兰士的声音,人家用台金嗓子的E-405跟你换台PM80你是不愿意的,但你不能不承认,在E405中你会听多了许多的细节,一如其身价,E405要多花一大把的钱才可得到。

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