A30線路分析 (下)by Captain
 
  • 如果問我，10年音技中最懷念的機器，應該是A-30 II吧 (如果複選，另一個是AT3)，二十多年前試聽時，在場的人都覺得好聽，這裡面還有力勸我裝電子分音的PRO，當時一致歸功於鍍金腳的MJE 3055，但是翻遍了台北，就是找不到，如今手上有十幾顆，卻在清楚了解A-30 II線路之後。
    非常
 
  • 人類是聽覺領先知識，然後知識又會影響聽覺嗎？之前宛如天籟，心中有鬼後，什麼都不對了，我覺得A-30 II一直受到漠視，沒有對錯、沒有褒貶、也沒有評論…。
    有一天無意中翻到A-30 II的線路板，儘管很忙，我仍然試圖說服自己，至少復原一套玩玩，反正MJE 3055已有了，拖了一陣子，放不下電流放大倍數不夠的心結，又丟在一邊，某日一時興起，想用FET代換晶體，連IRFT 150都備好了，但是始終過不了推動級在B類工作的致命缺點，使那些材料擱了很久，卡上一層厚厚的灰。
    既然音技97期已使出”絕招”， A-30 II已改造無望，所以乾脆重新打造，浴火重生吧！
 
  • 筆者整理出的目標如下：
    1.單端重要的課題-在正半波供應喇叭足夠的電流。
    2.A-30 II的優點-恆流源，務必保留。
    3.無A-30 II的缺點，如無溫度補償、如電流放大不足、如推動級工作在B類，以及恆流源它用，以致恆流供應不足或不穩-這些一律不得發生。
    以下，我將以A-30 II為主軸，並於文末嘗試以線路來自圓其說，我的重點將放在1.恆流源2.供應喇叭電流切換時機3.實例討論。其他如放大倍數、或者幾W 要供應幾V等等，我一律略過。
 
  • 另外我一直掙扎的(為此本文已改了好幾次了)，是不是該提到PASS，如同以前一個令人印象深刻的廣告，只要是運動，鏡頭都躲不過愛?達，既然要造單端，能不提PASS嗎？但是就憑我這樣眼高手低的料，也配評論PASS嗎為”豬也”(註1)？
 
  • Nelson Pass曾經推出A40、Citation 12、Zen前後級，是自已裝的最愛，也擁有如STASIS、超對稱等專利，是工廠裝的最愛、在離開Threshold之後，將真空管的單端輸出，應用到晶體機上面，自創品牌，如Aleph系列，又是自已裝迷，彷造的對象。
 
  • 大概十年前聽到PASS在製造單端，而且手上又沒有線路時，的確有一些驚訝，PASS是Threshold公司的設計者，多年來靠動態A類，獨領風騷十多年，如果Aleph系列，靠的是動態A類，那應有一些相似的影子，但是單端的架構，和互補對稱的架構，完全不一樣，所以也無所謂上下版相容延伸的好處 (光憑PASS的名號，也不必上下版延伸，就有好處)；如果它特色是在傳統A類，A40早就成名在外，稱的上是經典之作，如果它以單端又強調是傳統A類，那之前的拙文中試以傳統A類帶入單端的架構，頂多只是傳統A類的一半功率，說的明白一點，50W的機器，它最多能說-純A類 25W保證，所以它並不強調A類，否則PASS如何宣傳他的機器？如何告訴那些大頭們，花別人名機A類100W的價錢，買到號稱50W的機器，然後只保證純A類25W？所以當時我真的不知道Aleph系列賣點在那裡，特色又在那裡。
 
  • 一直到我看到Aleph線路之後(註2)，真是佩服，之前的誤會大了，分析線路實在不能只靠直覺，否則會陷入莫須有與想當然(註3)的謬誤。所以現在的場面變成，需要A-30和PASS比較，而且我還有一些懂的時，我會討論，其他地方絕對是獻醜不如藏拙，而且如有錯謬，還請各位看倌多多擔待並請斧正。
 
 
  • 圖12 中所展示的是A-30 II動作架構圖，左手邊是原線路，原線路因Tr2的電流放大(hfe)不足會搶走恆流的問題，如果Tr2用達林頓或FET後，就不會影響恆流了(或影響小)，所以我仍然利用這個架構，改成二個放大器分別在圖15、圖16。
 
  • 其實圖12 中左右二圖是一樣的，右邊省略一些周邊線路，使線路看的更清楚，現在我們用右圖來說明。
 
  • 在前拙文中曾說明Rc不能只是純電阻的理由，複習如下：1.為了要在正半波供應喇叭的電流。2.因為Rc的端電壓會變化，我們希望在正半波Rc的阻值能小一些，負半波Rc的阻值能大一些。
 
  • 第1項， 我們先保留容後討論，要符合第2項時，恆流源是很好的解決方案，恆流源的
    意思是，當兩端電壓改變，恆流源會改變自已的等效電阻，使輸出電流仍然保持不變。
 
  • 所以PASS及AT-3都以恆流解決端電壓變化的窘境。
 
  • 這裡先討論Tr3輸入端紅色箭頭的動作，我們把Tr3晶體的動作，簡約的化為可調電阻的動作，它受到三個地方的控制。1.偏壓(流)。2.訊號。3.負回授。不知各位看倌是否看的出來，Tr3的本身結構上看似沒有偏壓(流)機制，其實恆流由上而來，換句話說恆流源就是Tr3偏壓(流)機制。
 
  • 由於恆流介入，相互關係如圖13所示，依然引用前拙文的例子，設恆流為150mA，在靜態時，負回授會調整Tr3 的等效阻值為(30V-0.7V)/0.15A=195Ω，這就是所謂的偏壓(流)，在靜態時沒有訊號，負回授會調整Tr3，流過事前設定好的恆流，這時的線路是平衡狀態。
 
  • 動態時，訊號驅動Tr3，使Tr3變換阻值，輸入端如圖的箭頭所示，輸入端訊號為負時，調整Tr3阻值往大於195Ω方向調整(理論上最大可調到60V/0.15A=400Ω)，這時輸出為正，當輸入端訊號為正時，調整Tr3阻值變小，往小於195Ω方向調整(理論上最大可調到0Ω)，此時輸出為負。
 
  • 其中還有一個調整Tr3的力量，來自負回授，它依輸出電壓的一定比例去調整Tr3。
    恆流源(藍色)貫穿全局，輸出正半時Tr2導通(後述)，供應喇叭(綠色)，輸出負半時Tr3”增加”電流(綠色)，導引喇叭電流到V-。
 
 
  • 為了方使比較，我在圖14中把A-30 II(A圖)、Aleph(B圖)、以及傳統對稱推挽A類 (C圖)放在一起討論。相較起來，Aleph比較像傳統偏壓方式，在相對於A-30 II Tr2、Tr3位置的晶體，都有偏壓結構，因為它不是我們的主題，所以我也不附線路圖，在綱路上您很容易找到相關資料。
 
 
  • Aleph流過的恆流是值電流的一半，因為上下都有偏壓結構，可以看做兩個獨立的單元(Unit)，輸出上半波時Tr2”增加”電流以供應喇叭，輸出負半波時，Tr1”增加”電流以拉回喇叭，一樣是恆流源貫穿全局。
 
  • 我一直強調”增加”，因為這與一般傳統全對稱的推挽放大A類不一樣，C圖中的偏壓方式是靠著崁位電壓Vb撐出靜態電流，動態時是連動的，輸出上半波，Vb電壓往上位移，Tr2”增加”電流以供應喇叭，但是Tr3卻減少電流，輸出負半波時，Vb電壓往下位移，Tr1”增加”電流以拉回喇叭，但是Tr3卻減少電流。
    雖然傳統A類，在”減少”的過程中，不見得會截流，但是再怎麼說，”恆流”總比”減流”高明，尤其是當負載可能不斷變動時。
    PASS當然不是省油的燈，”不是省油”的意思，是他的技藝高超，另一個意思，是他的機器大多數-熱~熱~熱…，相較之下，A-30 II是不是更為簡潔合理，而且成本低廉？
 
  • 接著我們把焦點放在A-30 II的Tr2，在之前的說明中，我一直把Tr2說成一個開關，在圖14及其他圖中也把Tr2畫成一個開關，這只是為了說明方便，其實它真的不能是一個開關，如圖14中的A圖，如果真的按下開關，那喇叭直接接上V+ 就燒毀了，事實上A-30 II的Tr2是一個“共集極”組態（Common Collector），又稱“射極隨耦器”(E mitter follower)。
 
  • 有裝過一般的典型放大器如SF-106、LOW TIM等，應該對Tr2的架構不陌生。
    A-30 II 中 Tr2是電流放大器，顧名思義，是電流放大用，與Tr3不同的是，Tr2是被動及阻抗匹配用。
 
  • 現在我們暫回到圖12左邊的線路，在靜態時，D4陽極的電壓約在+0.7V左右，Tr2只有微微導通，動態時，當Tr3把電壓放大住正半波推時，頂起D5的陰極，經D5、D4約1.4V的電壓(如果是推達林頓管要再串一個二極體約0.7V )，反應在Tr2的基極，此時Tr2的電壓放大倍數小於等於1，基極與輸出端，始終保持約在0.7V(達林頓是1.4V)的電壓，跟隨著D4陽極的電壓走(所以叫隨耦器)，但是電流被放大了，放大多少電流會由負回授的控制與修正。
 
  • Tr3的集極負載Rc (Tr2)，可以看為不斷修正的可變電阻，所以A-30 II的正式名稱叫”複合式集極負載A類”(Composite Collector Load Class A)，即CCLA類。
    因為它的恆流供應少，正半波時應在0伏以上馬上啟動Tr2。而Aleph流過的恆流是?值電流的一半，之前算過，它只要在額定功率的一半時(如果50W就在25W)，?動Tr2就可以了。
 
  • 在圖14的B圖中，Tr2與輸出之間有一條虛擬的控制線，連接在喇叭前端，靠著檢知輸出電流，來調整Tr2，儘管我不喜歡這個檢知電阻，但是它檢知的是電流的流量，和負載(喇叭)之阻抗無關。
 
  • 這又是PASS厲害地方，如果額定50W, 至少有A類25W良好音質的表現，而且即使負載(喇叭)變動了，檢知電流依然正確動作，以?動Tr2供應喇叭電流。
 
  • 雖然我是以A類30W為藍本，要製作之前，我心中認為至少來個60W吧，黃氏說的對，要動態A類就是要大功率，知名小功率A類多的是，40 W以下的A類，我想一般人都仍可接受，再大的功率，應與社經地位相關了。弄一個60W以上的動態A類，整個效益算是最高，當然您執意要100W、200W，透過一些計算及電源的提升，及散熱片的安排等等，仍然輕易達成的。
 
  • 以下的線路，都是初步構想，連實驗線路都談不上，每個線路都有一定的難度，也未曾驗證，所以並不適合初學者，即使是高手級，我仍然奉勸先在一些隨時可以歸西的喇叭上試，不要輕易上正式系統，因它們不是”食譜”，所以我不負責音色及安全，風險請自已評估。
 
  • 圖15的A-30 A1是直接延伸自A 30 II，T2、T3是達林頓晶體(也可使用FET)，原本達林頓晶體就不用配對，這種架構中，T2、T3動作完全不一樣，所以不用辛苦配對，我覺得甚至可用不同型號的晶體，達林頓晶體電流放大倍數幾百到幾千，所以不會對恆流源造成影響。
 
  • 線路中的恆流源是T1及其他的周邊組成，原來的A-30 II恆流源我實在不喜歡，光是線路板上那一個電解電容，老是在充電放電的，我就覺得不舒服，不過晶體式的恆流源也不是沒有缺點， D1、D2已經至少吃掉1.4V的電壓，加上晶體的Vce要在3V以上才能穩定，加上T2的Vbe的1.4V，所以您至少要預估6V的電壓我們用不到，也就是說供電+-30V，輸出在+24V時，恆流源可能已經不能工作！如果T1、T2用FET將會更慘(再加上3~4V吧)！
 
  • 為了溫度補償作用，請把T1和散熱片鎖在一起，調整VR2可以調整恆流的流量，VR2上大約有0.7V的壓降，依E/R= I的公式，如果我們希望電流流過150mA時，VR2大概是在4Ω，所以VR2是10Ω的可變電阻，這種規格也許很難找，所以乾脆用固定電阻，想辦法在R5上動手腳，如串二個1N4001，然後R5改為可變電阻，我是希望調到T2微微導通，也就是T3的集極約在-0.7V 左右。
 
  • 由於各裝機的環境不同，不可預期的，如是這個線路有震盪的話，請在R2和R5加上電容，R2上大概加10~30p，R5上大概加到0.002~0.01nF吧，這是我的預估，應依實際狀況，以示波器去調整。
 
 
  • 最後VR1是用來調整中點，熱機後多調幾次，應該沒有太大問題。
    由於這一個線路，極為簡潔，能直接在散熱片上搭棚，IC用IC座，利用電腦的P3-CPU已退流行，到處都有淘汰的散熱片，一片25元吧，二片大概可以裝一聲道60W，成本不會太高。
 
R1 47K R6 1.5K VR2 10(50)
R2 1M D1 1N4148 T1 中功率
R3 3K/1W D2 1N4148 T2 TIP142
R4 11K D3 1N4001 T3 TIP142
R5 24/1W VR1 100 IC TL-071
 
  • 裝好後一定要加裝限流電阻，然後先別裝IC也別裝喇叭，先檢查IC座第7腳是否+12V，IC座第4腳是否-12V，如果正確，斷電確實放電後， 插上IC去調整。
 
  • 儘管我對IC或晶體沒有什麼好惡，但是網上有許多先進對IC沒有好感，所以我也試著改A-30為純晶體線路，如圖16，它的編號為A-30 A2，編號的本身只是流水號，沒有改進的意思，眼尖的看倌，會不會認為看出與(註4)有的像，我心儀JLH已經很久了，如果我要裝純A類，不會是A-40而是它吧。
 
  • 這一個線路如前所說，電源利用率會變差，別人100W的電壓，您大概只得到6~70W，其次中點電壓應不怎麼好調，所以建議要加裝喇叭保護器。
 
 
    圖16 A30 A2
 
  • 當然！這一個線路還有發展的空間，我列出供各位參考評估：
    1. 如何改善電源利用率？
    2. 如果去除D3(斷路)，在輸出正半波時，F3 如何保持流有恆流？
    3. F2、F3 如何能比PASS的方法，更簡單達到SRPP的效果，或者；T2、T3是否以分壓方式，也有可能有SRPP的效果。
    R1 1K D1 1N4148 F1 IRFT9610
    R2 47K D2 1N4148 F2 IRFT150
    R3 1.5K D3 1N4001 F3 IRFT150
    R4 3K/1W VR1 500 C1 500P
    R5 1.2K VR2 10(50) C2 27P
    R6 27K T1 P小晶體 C3 0.033
    R7 24/1W T2 P 中功率    
 
  • 如果A-30 A2有點像JLH，那A-30 A3根本就是JLH，我一魚兩吃，既捨不得那些MJE 3055，又喜歡JLH，所以直接修改A-30 A2 加 JHL 等於A-30 A3做一個結尾，線路在圖17。
 
  • 這個線路要注意的，也是功率晶體的電流放大率，所以推動級的那個恆流，要好好估算一下；功率晶體也可以用FET，但是要考慮電源利用率的問題，這裡不再列出零件，相信所有的零件推算，您都沒有問題的。
 
 
    圖17 A30 A3
 
  • 後記：
    2001年我試做伺服真空管前級，玩恆流，試著試著…高頻震盪燒了PH-113-100W，正想重新來時，一紙入學通知，倉促間連忙把所有電子零件及所有書都打包封存，沒想到天質魯鈍的我讀了3年半(遇上SARS)，畢業後磨刀霍霍正想解決一堆丟下來的問題，突然間又面臨始料未及的調動，於是我身無長物，支身來新竹，客寓途中，記起當時在3~4年前在ZD討論區許下的承諾，寫起本文來，問題是我身邊沒有任何有關A-30資料，全憑記憶，我的落腳處又沒有網路，所以寫文章是一件痛苦的事，直到?到網兄oldhan的線路圖才有資料可用。
 
  • 限於條件，我只試了A-30 A2的後半邊架構，用來推動燈炮，看來”很”線性的，確定可行，但是無法全心去驗証及發展，也許要再等，如有網友願意完成，我樂意協助。
 
  • 很多年以來，已經少有線路分析的文章，很高興竟在我手上完成的，痛快！很感謝DS提供機會發表，只是我這樣惡搞下，A-30 還算是A-30嗎？
    Captain 於風城，02.13. 2006
 
  • 註1：傳說左宗棠自視其高，常自比今亮、小亮、時亮、老亮…。常常下棋贏了，就得意說”此諸葛所以為亮也”，某日和一副將下棋，卻大敗，副將馬上嘲笑”此葛亮所以為豬也”，從此這副將永遠不得翻身，這裡是說我不能逞口頭之快，以免不能翻身。
 
  • 註2：DZ雜誌，已忘了第幾期，作者是發哥，那期談到Aleph線路模礙。