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发表于 2008-4-2 22:30:56
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本文:
本書的這一部份將解說 T-8 OTL 功率擴大機. T-8 OTL集真空管與電晶體擴大機的優點於一身. 如果您所追求的是: 清澈, 層次, 與準確的音效; 那麼, 沒有任何功率擴大機可以超越 OTL 擴大機.而 T-8 OTL 更是 OTL 擴大機的極品. OTL擴大機的音色與一般真空管擴大機或電晶體擴大機的音色迴然不同. OTL擴大機所發出的聲音輕盈, 流暢, 開揚, 迅捷, 自然, 無渲染, 無法藉由任何其他的科技所代替. 本文將介紹 80瓦 與 25瓦 兩種機型.大功率的機種可以匹配幾乎任何阻抗的喇叭(極低阻抗的喇叭除外). 匹配4 歐姆的喇叭時, 大功率的機種可以紮實的輸出50瓦功率,對於大部分的喇叭來說, 這已經是綽綽有餘了. 它的輸出阻抗只有 0.4 歐姆. 我可以非常有自信的說: T-8 OTL可以與任何價位的機種抗衡. 當然我所指的是樂音重播的品質, 而不是指輸出功率的大小.
這兩種機型在音質上略有不同: 80瓦機型在中高頻表現得較柔順, 雖然只是些微的差異, 但是在音質上還是有相當的改善.除此之外, 這兩種機型的音色完全相同. 兩種機型最大的差別在於低頻表現. 低頻的再生與輸出功率息息相關, 80瓦機型能產生更具震撼力的低頻.這是增加擴大機功率時最明顯的效果.
這兩種機型所產生的熱量最多只有其他OTL 擴大機的一半: 一對 25 瓦 T-8 OTL 只會產生 300 瓦的熱量.因為只產生這麼低的熱量, 在一般的聆聽室中, 就算是長時使用也感覺不出室溫的變化. 請不要低估了這麼小的功率, 它足以推動大多數的喇叭. 至於80瓦 的機型, 它們需要較大的空間, 而且會產生較多的熱. 一對 80 瓦 T-8 OTL 會產生大約 600 瓦的熱量,室溫的變化也較為明顯. 600 瓦的熱量聽起來好像很大, 但是其他的 OTL 擴大機大約產生 1500 至 1800瓦的熱量; 這麼燙的機器,除非把它們放在陽台上, 否則很難與它們共處一室. 事實上, 一台大功率A類的晶體擴大機大約產生 800 至 1000瓦的熱量.與其他機器相比, T-8 OTL 所產生的熱量是相當的合理.
這兩種機型的驅動電路完全相同. 二者的差異只是: 80瓦擴大機使用 8 支功率管, 25瓦擴大機使用 4 支功率管,和不同大小的變壓器. 如果你們願意的話, 你們可以利用80瓦擴大機的電源級來驅動同一機箱中兩個 25瓦 輸出級. 這是卓越音響 T-8 OTL的立體聲版本. 但是單一機箱的單聲道機型在佈線及製作上將會比較方便. 單聲道機型的峰值表現較佳, 也沒有串音 (crosstalk) 的問題.
因為在過去三十年中太多失敗的OTL充斥在音響市場上, 大多數的音響愛好者多視OTL為洪水猛獸.音響界對OTL的誤解來自於那些令人失望的產品. 數十年來, OTL不斷的進步, 但是從來沒有解決多年來一直存在的問題: 燙, 不穩定,低頻響應不足, 無法與傳統喇叭匹配. 很多朋友曾一再的問我: "四十多年來, 世界上有那麼多人想要解決這些問題, 你怎麼有辦法想到這個答案?"我的答覆很簡單: "他們都誤入歧途".
真空管擴大電路具有很大的容忍度, 而且非常容易設計出好聲的機器. 所以, 不管是阿貓阿狗, 只要有足夠的資本,誰都可以開一家 "管機工廠". 這種公司的產品, 聽起來也許還不賴, 但是那並不保證都不會出問題. 如果您花點時間,您會發現很多有名管機的故障率是相當的耐人尋味. 人云亦云, 管機自然而然會背上一個常壞的黑鍋. 這並不是真空管所造成的. 如果製造得法,管機可以保用二,三十年不出任何問題. 但是, 這需要相當的訓練與經驗.
T-8 OTL 擴大機異於其他任何機器. 我如何能這麼有自信呢? 因為它的設計已經取得了美國專利. 如果在此之前有任何類似的設計, 那麼我就無法取得專利. 這並不是我自吹自擂, 而是一個不爭的事實.
古典 OTL 擴大機體弱多病的體質, 使得人們望而卻步. 只有極少數的人才會真的購置. T-8 OTL 擴大機是一台非常"友善" 的OTL. 使用時您只需要把它的電源插上就好, 完全不需要擔心任何問題. 當您想要聽音樂時, 只要打開開關, 柔美的音樂自然產生.日復一日, 年復一年. T-8 可以輕鬆的驅動傳統喇叭, 以及靜電喇叭. 當然, 匹配阻抗越高, 越能發揮 OTL 的實力. 但是,這並不是不可或缺的要素. 25 瓦 T-8 OTL 適用於任何 4 歐姆阻抗, 靈敏度 92 dB以上的喇叭, 或任何 8 歐姆阻抗, 靈敏度89 dB以上的喇叭. 由於一些光怪陸離的理由, 一台 5 瓦單端擴大機被認為有相當大的功率, 相反的一部 25瓦推挽擴大機則被認為是相當"無力". 這是我無法理解的一點. 事實上, 純淨的25 瓦已經是相當大的功率了.
已經有很多喇叭是專為低功率擴大機而設計, 以 15 瓦至 25 瓦輸入功率計算, 它們已經可以產生相當大的音量.有些喇叭的阻抗有時會降到低於 2 歐姆, 對於這種喇叭, T-8 OTL 並不適用. T-8 80 瓦型, 因為工作電流較高,可以容忍較低的負載阻抗, 使得 T-8 可以匹配幾乎任何阻抗的喇叭 (極低阻抗的喇叭除外). 80 瓦 T-8 OTL 適用於任何 4歐姆阻抗, 靈敏度 88 dB以上的喇叭, 或任何 8 歐姆阻抗, 靈敏度 86 dB以上的喇叭. T-8 OTL 並不一定要與 16歐姆喇叭匹配, T-8 可以匹配幾乎任何阻抗的喇叭.
驅動低阻抗喇叭需要具備兩個要素: 大電流, 低輸出阻抗. 這是絕對不能缺少的要素.
一般的愛樂者常常被一些雜誌上的 "事實" (fact) 與 "意見" (opinion) 所困惑. "事實"的意義是:一個可以科學方法, 重覆驗證, 測量的科學實驗. "水往低處流"是一個事實. 如果某人窮其畢生之力, 致力於"水往高處流"之法, 那麼,這人永遠不可能成功. 正是音響界裡, 這種致力於"水往高處流"的人太多, 才會有許多的 "意見" 不斷的四散流傳.導致很多消費者花了許多冤枉錢. 很多市場商人的作法實在是令人存疑.
以 OTL擴大機驅動4 歐姆喇叭唯一可行之道是: 使用足夠多和適當的功率管及在功率級周圍使用負回授. 如果不想用負回授,那麼只好用更多真空管, 更大的電源級, 結果是: 必須加裝散熱風扇. 號稱不使用負回授的擴大機, 通常會有較高的輸出阻抗及較差的低頻響應.
喇叭單體就如同一個馬達. 不同的是電樞 (armature) 是直線形, 而不是圓形; 電樞作前後直線運動, 而不是轉動.它的機械原理就如同汽車的避震器: 開車經過路上的坑洞時, 它會防止輪胎劇烈運動. 當避震器彈簧被擠壓時, 輪胎振動的動能被轉變成位能,達到抑制 (damping) 輪胎劇烈運動的效果. 否則整部車將會毫無控制地上下反彈. 喇叭, 也有和避震器相似的 "懸吊系統".喇叭懸吊系統的 "彈性" 可以想像成對擴大機的阻抗. 這個阻抗和避震器彈簧一樣會儲存能量. 但是儲存的能量必須在適當的地方釋出.擴大機驅動喇叭時, 喇叭懸吊系統儲存的能量會在擴大機輸出阻抗釋出. 所以擴大機輸出阻抗越低, 喇叭懸吊系統儲存的能量越容易釋出, 相對的,擴大機越容易控制喇叭單體的運動. 擴大機輸出阻抗低的效果便是更準確, 更忠實的樂音重現. 所以我們把喇叭阻抗與擴大機輸出阻抗的比稱之為"控制比" (damping factor). (譯者注: damping factor 若照原文應譯為抑制比或是阻尼係數,但此處譯為控制比比較恰當.)
跟據我的經驗, 控制比10 已能相當有效的控制喇叭, 20 已經是接近完美的境界. 20 以上的控制比並無顯著的差別.一台控制比 5 以下的擴大機無法有效地控制喇叭使樂音完整重生. 很多愛好音樂的朋友常對我提起一些無回授,低控制比擴大機所發出的低頻是多麼的傑出. 事實上, 他們所聽到的是失控的低音單體發出多於應有的低頻.這個效應對於持續不斷的樂音有著顯著的影響. 如果您試試活潑的打擊樂, 您會聽到崩潰和渾沌的聲音. 此時的低頻單體已經無法迅速的起動與停止,您聽到的只是接近連續的低音. 我所有的擴大機擁有低輸出阻抗, 它們會發出反應迅速, 張力十足, 準確的低音. 您會聽到美妙的音樂,您的喇叭也會發揮最大的效率, 而不是像一般的重低音一般誇大不實.
OTL 為了要達到耐用, 真空管壽命長, 而且不燙的目標, 功率級的偏壓必須越低越好. A類放大, 或是任何接近A類放大只是自尋煩惱而已. 為了要有足夠的輸出功率, 而把功率管的工作點設於臨界狀態. 這是一切問題的根源!
真空管產生的電流越大, 它的溫度就越高, 真空管壽命就越短. 音樂訊號具有動態的本質, 相當 "暴力" 樂音的動態範圍約在20 dB 左右. 這意味著, 如果一台擴大機在峰值時能輸出 100 瓦, 它的平均輸出就只有 1 瓦. 更小的訊號就只須要不到1 瓦的功率.顯然擴大機在一般情況下只產生相當低的功率, 相對而言, 在峰值時的工作能力就越發顯得重要.
幾乎所有其他的 OTL 擴大機功率管的工作點都設於最大屏耗 (maximum plate dissipation),這是最大的錯誤! 在峰值時, 功率管將會嚴重過荷. 因為功率管的屏極已經處於臨界狀態, 沒有任何預留空間可以吸收暫時過荷所產生的能量.結果是功率管越來越熱, 越來越容易出問題. 您的聆聽室也跟著越來越熱.
如果將功率管的偏壓設在較低的工作點, 屏極的溫度也會遠低於極限. 在峰值時, 屏極的溫度會上升, 但是,平均而言將會在容忍限度以下. 我把這個方法稱為 "熱量預留" (thermal reserve). 所以,功率管的溫度與耐用程度主要決定於偏壓設定. 對一台穩定的 OTL 而言, 功率級必須採行AB類放大.
我們正逐漸的打破一些音響神話. 下一段將打破另一個神話.
我們如何克服真空管AB類放大所產生的交越失真 (crossover distortion)? 答案是: 何謂交越失真?朋友們, 多年來我一直在尋找真空管AB類放大所產生的交越失真, 但是, T-8 OTL 根本聽不出有 "交越失真",就算是我所設計的其他傳統擴大機也聽不出有所謂的 "交越失真". 我實在是百思不得其解為什麼世界上那麼多人說什麼 "A類推挽擴大機比較線性,沒有交越失真". 我想這個音響神話又是市場商人自編自導的謬論, 目的只是想讓人們放棄 AB類擴大機, 追求更高價位, 容易出問題的A類擴大機. 如果美國在二次大戰時生產的真空管裝備都像現在的 "高檔" (High-End) 擴大機的話, 美國可能已經被其他國家統治了.我的經驗是: 所有推挽擴大機都應該採行AB類放大. (譯者注: 早年, AB類放大主要的目的並不是為了要消除 B類放大的交越失真. 事實上,設計師們並不認為B類放大會有交越失真. 反而是小訊號時, 整個正弦波失真較嚴重! B類放大, 真空管的工作點設定非常低. 對於小訊號來說,因為真空管特性曲線在屏極電流小時曲率大, 小訊號時, 失真較嚴重. 提高工作點電壓可以大幅減少小訊號的失真. 細節請參考: J.Deketh, Fundamentals of Radio-Valve Technique, 1949, pp 222-232. 功率晶體在B 類放大時, 如果只用一個 PNP 和一個 NPN 功率晶體, 的確會產生交越失真. 但是, 如果設計偏壓電路時小心一些,就可以避免產生交越失真. 請參考: P. Horowitz, W. Hill, The Art of Electronics, 2ndEdition, 1989, p 92. 譯者當初讀到這裡時, 也嚇了一大跳. 翻閱幾本書後, 也就釋懷了.)
除了偏壓設定以外, 功率管在機箱中的位置也可使擴大機降低工作溫度. 如果將上半部功率管放在一起, 下半部功率管放在一起,這絕對不是最理想的位置. 最好的方法是照電路圖擺放. 兩排功率管平行, 並列. 上下相鄰兩支, 正好一對, 一推一挽, 相輔相成.這是一個最有效率的擺法, 也是一個事實. 上半部的功率管提供正半波, 下半部的功率管提供負半波. 因為功率管的位置及AB類放大的原理,功率管約 50% 的時間是處於怠工狀態, 如此一來功率管得以喘息, 降低溫度. 懸浮 (floating) 及差動(differential) 設計需要功率管隨時處於工作狀態, 使得熱量倍增.
因為在大電流工作時功率管過荷工作, 它們的線性 (linearity) 變得較差. 如果不使它們過荷工作,輸出功率卻又小的可憐, 無法降低成本. 這種情況下, 必須使用回授來輔助功率級. 如果不使用回授, 在功率管過荷工作時, 失真將在所難免.看了本文後, 一定有人會想要設計一台無回授, 使用 12 支功率管, 但只有 15 瓦輸出的 OTL擴大機. 希望這些商人能附加一個安全罩,以策安全. 有些商人更可進一步推出所謂的 "高檔" 安全罩, 定價五千大洋, 安裝費另計.
功率管產生的熱不只影響自己的穩定度, 也影響到整台擴大機. 擴大機中所有的元件都被功率管產生的熱所影響. 眾所周知, 電子元件溫度越高, 越容易出問題. 所以, 降低功率管溫度的同時, 也可提高整台擴大機的穩定性.
直接藕合 (direct couple) 擴大機與喇叭是另一個降低輸出阻抗, 改善低頻響應, 改善音質的方法.輸出電容不但昂貴, 容易出問題, 而且嚴重影響低頻響應. 就因為這個緣故, 從十多年前起, 電晶體擴大機已經不使用輸出電容了. 但是,天下沒有白吃的午餐, 不使用輸出電容的代價是輸出級需要較複雜的電源供應. 基於這些理由, T-8 OTL 輸出級零件分佈的原則是:選擇產生最低熱量, 最穩定的佈線.
您應該已經注意到我把實際的要求作為設計的最高準則. 我在設計的初期目標通常是使得成品能正常穩定的工作, 易於使用,而不是玩弄電路, 一味追求音效. 因為我知道只要再多用一些時間, 一定能達到好聲的目標. 我的設計過程正好和其他的設計師的方法背道而馳.如果更多人使用我的方法, 真空管器材應該會有更佳的口碑.
再接下來, 我一定要打破這個音響神話: OTL 擴大機燒喇叭. T-8 OTL 絕對不會燒喇叭! 讓我稍作解釋.
在設計保護線路前, 一定要先了解所有的問題. 作為一個製造商, 使我有機會測試上百種真空管, 發現可能發生的問題.損壞的真空管通常都能在測試的初期發現. 但是, 有些功率管使用了數週後才會出問題. 在電子學上, 這個現象稱為 "夭折" (infantmortality).
T-8 OTL 使用的功率管是我試過之中最出色的: EL-509/6KG6. 這款大型的四極管具有多種優點: 較穩定,有足夠的貨源, 堅固, 好聲. 這支四極管的簾柵極 (screen grid) 經由一個 100 歐姆電阻連到屏極, 架設成三極管使用.在這個模式下, 屏內阻 (plate impedance) 低於 150 歐姆. 束射極 (beam plate) (2, 4腳) 不使用.在四極模式時, 束射極應與陰極相連. 實驗證明這並不會增加輸出功率. 另一方面, OTL 使用四極管或五極管作為功率管勢必在屏極使用懸浮穩壓(floating regulator), 徒增複雜度而已.
功率管出問題時有三種可能, 其中兩種情況發生的機率很低, 另一種情況我從未見過. 第一種情況是: 陰極與燈絲短路.這時真空管不會發亮. 曾經有一台顧客的 T-8 OTL 發生過這種情況, 導致電源供應的保險絲燒斷. 更換功率管後, 原機工作正常,無任何異樣. 另幾次連保險絲都沒燒斷, 更換真空管後, 機器安然無恙.
最可怕的情況是陰極與屏極短路, 但是這從未發生過. 一旦 OTL 擴大機的功率管陰極與屏極短路,就如同把電源供應器直接連到喇叭. 我並不想讓各位做惡夢, 但是電晶體擴大機也有同樣的問題, 一旦功率晶體短路, 喇叭一定跟著燒毀.因為大功率電晶體擴大機裡儲存的能量足以在一瞬間造成毀滅性的結果. 那我又如何知道 T-8 OTL 絕對不會有同樣的問題?
在發現 EL-509 之前, 我有好幾年使用 6AS7G 的經驗. 6AS7G 經常發生陰極與屏極跳火 (arcing)的現象. 跳火時, 喇叭會產生巨響. 電源供應裡儲存的能量這時會把功率管燒毀. 我那時的設計並未在陰極電路中使用電阻 (R31-R34,R45-R48). 跳火的瞬間, 流入功率管的電流大約有 1000 安培左右. 功率級電源供應的保險絲這時就會燒斷. 保險絲燒斷所需時間大約10 微秒 (millisecond) 左右. 那麼, 為何喇叭不致於損傷?
喇叭不會損傷的原因有很多. 主要是因功率管首當其衝, 受傷最重. 其次是時間極短, 直流根本來不及產生,喇叭磁圈也來不及產生足夠的熱量. 陰極與屏極短路時, 流入喇叭的能量形式是突波 (spike), 這是非常高頻的交流訊號. 喇叭與喇叭線的電感(inductance) 將會感抗抵禦突波所含的能量. 在感抗 (reactance) 達到飽和之前, 不會產生直流電流. 換句話說,在發生問題的瞬間, 主要問題來源是高頻電流, 而且早在直流產生之前, 保險絲已經燒斷了. 請注意在輸出端的 C11 與 R40.它們主要是用來穩定回授, 但是, 此時它們就是一個急制電路 (snubber circuit), 將高頻電流導入接地點. 因為負載阻抗(load impedance) 與急制電路的作用, 只有極少量的能量傳至喇叭.
如果看一下真空管特性表, 您一定會知道 EL-509 優於 6AS7G 的原因. 6AS7G的最大屏極電壓是 250伏特. T-8 OTL 使用的屏極電壓是 170 伏特. EL-509 的最大屏極電壓是 900 伏特, 可承受瞬間 8000 伏特的脈衝!EL-509 能承受 OTL 工作時所產生的 "壓力", 特別是過荷的情況.
曾幾何時, 我在每支功率管的陰極加上一個 2 歐姆電阻. 這個 2 歐姆電阻可以將陰極與屏極短路時, 1000安培的電流降至不超過 75 安培. 使只有原來 1/200 的能量得以流入功率管 (因為能量與電流的平方成正比). 如果一旦發生跳火,保險絲會燒斷, 功率管也不致受損.
陰極電阻的另一個好處是: 提供功率管大功率工作時適當的電流衰減回授 (degenerate currentfeedback), 不致有單一功率管吞噬所有的電流. 陰極電阻會使輸出阻抗增加約 10%, 而且消耗數瓦的輸出功率,但是陰極電阻的作用是利大於弊.
第三種情況是: 陰極與柵極短路. 這種情況較常發生, 我們應事先想好對策. 陰極與柵極短路時, 柵極會喪失偏壓, 失去調節電流的作用, 流入功率管的電流達到飽和, 這時的功率管會變得通紅. EL-509 額定最大電流大約 1 安培.
每支功率管的柵極也串聯一個電阻. 這個電阻主要是防止寄生振盪, 如果只為了防止寄生振盪 (parasiticoscillation), 一個 1 K電阻綽綽有餘. 但是我用 100K電阻取代. 若陰極與柵極短路, 較大的電阻可以有效的隔離功率管,不致有太大的偏流流入短路的柵極. 只有短路的功率管會變得通紅. 如果只用 1K電阻, 則整排功率管的偏壓都會下降,流入整排功率管的電流都會達到飽和. 因為短路的功率管會變得通紅, 所以非常容易找到出問題的功率管.
功率管出問題時, 只有非常少的能量流至喇叭. 假設喇叭的直流電阻是 5 歐姆, 這時喇叭大約會產生 6 瓦的熱量. 如果您的喇叭連這一點熱量都無法承受的話, 建議您換一對較高品質的喇叭.
我的保護裝置與其他的機器完全不同. 傳統的 OTL 擴大機使用單獨的主動電路來監測直流輸出,一旦有直流輸出時保護電路會立即切斷電源供應, 或切斷輸出, 或同時切斷二者. 保護電路必須要能執行下列三件事: (1) 發現問題, (2)分析問題, (3) 做出正確的反應. 其中任何一項都需要少許時間. 繼電器 (relay) 需要約 25 微秒的反應時間.如果保護電路本身發生故障, 那後果不堪設想. 但, 使用保險絲就可以解決所有的問題.
T-8 OTL 沒有單獨的保護電路. 事實上, 它並不監測任何電壓! 我只有控制電流使其不致對擴大機本身或喇叭構成威脅.保護裝置已融入擴大機電路之中了. 如果沒有單獨的保護電路, 那麼保護電路就不會發生故障. T-8 OTL 非常穩定的原因就是電路非常簡潔.朋友們, 這就是好的設計和偉大的設計之間的差別.
接下來, 我要秀你們一些好東西. T-8 OTL 的精華: 擁有專利的輸出級. 至目前為止, 我們所討論的題材都只限於改良或補強原有的電路, 並不值得申請專利.
至目前為止, 全美國只發出過四個專利給單端推挽 (single-ended push-pull, SEPP) 功率放大電路:1957 年, Peterson 先生取得一項專利; 1956 及1964 年 Futterman 先生取得二項專利; 1997 年小弟我也取得一項專利. 可見專利並不太好申請.
我發現的只是一個既明顯又簡單的裝置罷了. 大概太簡單了, 所以從來沒有人注意到它; 或許是大家都在追隨 Futterman 先生以致於忽略了它的存在. 也許是我天生判逆的性格, 讓我勇於嘗試新鮮的事物. 可見, 明師不一定出高徒.
單端推挽放大電路有一個先天的缺陷: 下半部功率管的陰極經由電源供應接至地端, 真空管是由陰極與柵極之間的輸入電壓控制.因為陰極的參考電位是地電位, 所以輸入電壓的參考電位也是地電位. 大部分真空管電路的工作方式都是如此. 但是,上半部功率管的陰極卻直接連在輸出端. 也就是說陰極的參考電位並不是地電位, 而是 "懸浮" 在輸出訊號之上. 對上半部功率管而言,輸出訊號與柵極輸入訊號同相 (in phase). 導致上半部功率管有反再生回授 (degenerate feedback).下半部功率管卻沒有這個問題. 這樣一來, 上半部與下半部的功率管失去平衡. 所以必須增加上半部功率管輸入訊號來補償因反再生回授所損失的電壓增益(細節請參閱卷末 "專利說明"). (譯者注: "專利說明"中的 T-8 OTL 每聲道使用 4 支 6C33C-B. 早年的量產 T-8OTL 也是使用 6C33C-B, 但近年來已全面改用 EL-509.)
傳統的作法是從輸出訊號經由一個 "懸浮穩壓器" (floating voltage regulator) 提供100%正回授到倒相器. 這個技巧可以放大上半部功率管的輸入訊號來抵消因反再生回授所損失的電壓增益. 對下半部功率管而言,它們的輸入訊號是從倒相器的陰極而來, 倒相器就如同陰極隨藕器, 所以下半部功率管的輸入訊號不會受到正回授的影響. (譯者注: 請參考上圖,而不是 T-8 OTL 電路.) 聽起來, 這好像不錯. 但是, ...
上半部功率管的輸入訊號擺幅因100% 正回授而被放大, 這意味著電壓增益變大. 對於下半部功率管的輸入訊號而言,情況正好相反. 這 100% 回授對於下半部功率管的輸入訊號而言是負回授, 因而電壓增益變小. 但是, 下半部功率管的輸入訊號擺幅並不會變小,因為陰極隨藕器輸出訊號擺幅約是輸入訊號擺幅的 95%. 於是, 上半部功率管輸入訊號的驅動電壓增益較大,下半部功率管輸入訊號的驅動電壓增益較小. 以至於整個放大電路的電壓增益被吞噬. 這裡所損失的電壓增益必須從前一個電壓增益級減除.正因倒相器的兩個輸出有著不同的電壓增益, 整個系統將處於不平衡狀態. 當一般 OTL 推動傳統喇叭時,電壓增益不平衡是造成低頻響應不佳的主要原因.
如果把這些前人製作的 OTL 接上示波器, 你將可以看到當輸出訊號的擺幅增大時, 輸出端直流往負電位偏移 (DCoffset) 越來越明顯, 使輸出訊號處於負電位. 這個現象是我多年前決定研究 OTL 的起點. 那時, 我甚至認為 OTL不可能有好的低頻響應.
當我發現問題癥結時, 我的實驗電路就成為申請專利的基礎, 也使我踏上音響製造一途.解決電壓增益不平衡的辦法在於補償上半部功率管因反再生回授所損失的電壓增益, 與下半部功率管的輸入訊號完全無關. 為了解決這個問題,必須在倒相器與輸出級之間放置兩個緩衝器, 一個用來提供矯正訊號, 另一個只是用來避免失去平衡.
這個發現大幅改善了低頻響應. 至少, 我的 OTL 有了低音. 接上示波器觀察我的電路, 負電位直流偏移已經大幅減少.雖然在最大功率輸出時, 仍然有些微負電位直流偏移, 但是已經小到可以忽略的地步. 這個 OTL 的聲音非常好, 而且很容易製造.所以我決定就此打住.
上方的緩衝器經由一個二端子並聯穩壓器 (two-terminal shunt regulator) 提供修正訊號.對這三個稽納二極體而言, 這是一個相當時髦的名稱. 當然, 你也可以使用三端子級串聯壓器 (three-terminal seriespass regulator), 不過, 這會使得電路更加複雜. 稽納二極體不容易故障, 是穩壓器的極佳選擇. R16 提供這三極管 (V3,上半) 和三個稽納二極體所需的電流. 陰極電阻 R17, R18 和三個稽納二極體的另一端連接至輸出端. 這個接點作為這個三極管的浮動參考點.V3 的屏極電位是稽納二極體兩端的電位差加上輸出電位. V3 陰極參考電位是輸出電位. V3 兩端的電位差就是稽納二極體兩端的電位差.所以這三極管就等於有穩定的 450 伏特電壓供應, 完全不受高低起伏的輸出電位影響. V3上半部在陰極輸出的訊號變成它的柵極輸入訊號與功率管輸出訊號的和. 這完全補償了上半部功率管的反再生回授.
交連電容用來隔離兩個緩衝器不同的直流電位和功率管的偏流電位. 如果把整個電路設計成完全直流交連, 問題遲早會發生.因為沒有交連電容, 任何增益級或倒相級輕微的直流擾動將可能會導致嚴重的後果. 我曾經看過電晶體擴大機廉價的輸入晶體故障, 燒毀下一級,一路順流而下, 最後連電源級也一起遭殃! 在功率級之前使用交流交連, 這個問題永遠不可能發生. 我的顧客就曾把輸入管插錯管位, 幾天後,他們打電話來詢問為什麼聽起來有功率不足的感覺, 或是有嘶聲? 換過管位後, 一切工作正常, 沒有任何損壞.甚至有些顧客好幾個月都沒注意到有損壞的功率管. 我曾經看過有一個使用 T-8 OTL 的顧客, 完全沒有察覺到有一個電源保險絲已經燒毀,這意味著只有一半功率管在工作. 任何其中一個狀況發生時, 只要換支管子, 或保險絲就搞定, 不會對電路造成影響. 這證明我的 OTL非常堅固耐用.
功率級與緩衝器只是整個擴大機的三分之二. 剩下的是電壓增益級. 功率級的電壓增益是 0.25, 緩衝器的電壓增益是0.95, 所以整體的電壓增益必須由電壓增益級提供. 電壓增益級必須提供至少 500 倍電壓增益來補償功率級與緩衝器的增益損失,與負回授所需. 我用的是非常常見的電壓增益級, 因為它非常簡單, 非常好用. 這部分是一個高增益三極管與倒相器直接交連.試過不同的屏極電阻後, 倒相器提供擺幅非常接近的反相訊號. 調整成平衡電路並不會提供更好的表現.
倒相級 (phase inverter) 的電壓設定相當高, 因為倒相級必須輸出高線性, 峰谷擺幅 200 伏特的訊號.您可以使用其他不同設計的倒相級, 包括晶體倒相級, 但是這個設計使用的零件最少. 電壓增益級的電壓增益大約 70 倍, 倒相器的電壓增益大約7 倍. 到功率級之前使用直接交連, 使低頻非常穩定, 不會有 "摩托船" (motorboating) 效應.
全機開迴路電壓增益是 42 dB. 回授設定在 22 dB, 閉迴路電壓增益是 20 dB. 比其他擴大機小 6 至 8dB, 對大多數人來說已經足夠了. 很多顧客使用被動前級. 建議使用電壓增益 12 至 15 dB 的主動前級. 如果使用大電壓增益的前級,音量旋鈕將無法超過九點鐘位置.
全機使用二個補償迴路. 一個位於輸出端, 由 R40 與 C11 組成. 這類迴路在電晶體擴大機中非常常見,用來補償高電感的負載. 另一個是回授迴路, R11, R12, 與 C4, 三者並聯後, 匯入 R6. 我把補償條件設於有少許過度抑制(over-damped) 的狀態, 以增加驅動高電容負載的能力. T-8 可以直接驅動一個 2 微法拉 (mf) 電容並聯 8歐姆電阻的負載, 而且同時授以 10 kHz 方波時不會產生振盪. 這是對穩定性非常嚴格的測試. 甚至輸出與輸入端不連接任何東西時,也可穩定工作.
偏壓電路非常簡潔. 偏壓調整兩排功率管間偏壓之差, 而不是直接調整每個功率管的偏壓. 上半部功率管偏壓定為負40伏特.下半部功率管偏壓調整成使輸出端的直流偏移為零, 偏壓大約為負210伏特. 零直流偏移剛好是兩排功率管間偏流的平衡點. 偏壓電路並不使用穩壓,因為功率管對屏極電壓非常敏感. 少許電源電壓變化都會導致屏極電壓變化, 使得屏極電流改變. 如果不使用穩壓,偏流電路所提供的偏壓將隨電源的電壓變化, 補償屏極因電壓變化而產生的效應. 屏極穩壓將會是揮之不去的夢魘, 而且需要單獨的電源機箱.屏極穩壓極可能不會改善音質, 甚至帶來反效果.
電源供應使用傳統設計, 目的是能正常穩定的工作, 提供多種不同的電壓. 廠機使用訂做的變壓器, 但是您可以用現有的變壓器替代.
多數管機大多不使用環形變壓器. 我不理解為何不用. 它們比一般的 EI 變壓器要小一半, 重量也只有EI 變壓器的一半,壓降也較小, 更重要的是不會有哼聲. 很多知名廠牌的管機都有從變壓器產生的惱人哼聲. 這個噪音就好像喇叭傳出的嘶聲, 經常被忽視.也許重量也是一種必須的 "功能" 吧. 有一個愛樂朋友曾經告訴我, 他購買某台單端擴大機的原因是它的重量有 90 磅. 他從未試聽過!我絕對沒有?造事實. 他買這台擴大機的原因就是"不重而不威". 如果那會增加銷路的話, 也許我也應該提供一片半吋厚的鉛質底盤. 那當然是使用"音響級" 的鉛, 可以把定價再提高 1500 美元. 然後再捏造一個謊言, 說什麼 "對中高頻的表現有極大的改善, ..." 之類的話.也許有人花超過 1500 美元, 買到的卻是連鉛板都不如的東西. 鉛板至少還可以用來抵擋核子輻射.
環形變壓器只有一個缺點. 那就是: 開機時會有較大的電流脈衝. 這對電源開關並不好. 我加了一個熱敏電阻(thermistor) 來限制開機時的電流脈衝. 在冷機時, 熱敏電阻有高電阻, 一兩分鐘後, 熱敏電阻溫度慢慢上升, 電阻會降低到 1歐姆以下. 熱敏電阻另一個好處是: 可以防止開機脈衝流入整流子及燈絲. 開機脈衝對很多電子零件來說構成相當的威脅. 仔細試聽比較後,並沒有發現因熱敏電阻而有任何不同. 我把這稱為 2 塊大洋的保障.
大型橋式整流子都有很大的電容性. 這個電容會與變壓器的次級線圈產生感抗, 產生可惡的電壓突波. 這些突波具有相當大的能量,會擴散到電路的任何一個腳落, 甚至在接地點都看得到它的影子. 將變壓器的次級線圈經過電容下地, 可以徹底解決這個問題.這些突波主要是高頻能量, 經過電容下地不會造成任何影響. 變壓器的電感使這個下地電容不會被脈衝摧毀. 這些突波也是許多擴大機高頻雜音的來源.突波脈衝必須在交流電源之前處理, 因為濾波級不足以消除突波.
燈絲直流電源不下地. 主要是減輕燈絲與陰極間電位差對真空管造成的壓力. 交流接地是為了避免燈絲產生高頻寄生振盪. 所以 12AX7 燈絲第 9 腳經過一個小電容下地.
您不一定要使用零件表中開列的變壓器. 如果您的工具箱裡還有多餘的變壓器, 您當然應該優先使用它們. 如果您不知道它們是否合用,那請您用零件表列出的零件. 目的是提供主機電路所需的電壓. 最重要的是偏壓. 使用電路圖的偏壓電路, 上半部功率管偏壓應為負40伏特.另一個偏壓調整旋鈕的範圍應在負 200 至 220 伏特之間, 旋鈕中點的電壓約負 210 伏特.
輸出級應該是正負 170 伏特, 無負載時應介於 165 至 175 伏特之間. 全負載時會被屏極拉低到 155 伏特左右.燈絲電源變壓器設在 20 伏特, 全負載時直流電壓約 25 伏特. 為減少哼聲, 燈絲應使用直流點燃. 高壓變壓器是 200 伏特,將它架成倍壓. 也可用 400 伏特變壓器加全波整流. 在第一段濾波級處, 有負載時, 電壓應介於 550 至 575 伏特之間.在這裡加穩壓不會改善音質.
以上所述乃 T-8 OTL 全機電路分析. 現在到了裝機與測試的部分.
[ 本帖最后由 manray 于 2008-4-2 22:36 编辑 ] |
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发表于 2008-4-2 22:21:52
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