做一片Super A偏壓電路（原文刊載於音響技術七十八期） 文/黃世昌 |
長久以來，人們一直在放大器之效率與音色之間徘徊而致騎牆不下。B類有B類之優點，省電、產銷價格低、維護易，但是會產生交越失真。道行淺的倒還能安然聞之泰然聽之，道行深的發燒者就不行了，他們甚至可以指出放大器在什麼地方把聲音摻了味素加了水了，追根究底是因為放大器之輸出級偏壓淺，晶體週旋在訊號變換時會產生青黃不接的交越失真--這不能怪B類，那一部B類放大器沒有交越失真呢？如果交越失真是一項很嚴重的致命傷（嚴重到使音樂支離破碎，不忍卒聽的程度？），那麼A類放大器在這一方面便顯得出它卓越的優點了。然而A類放大器到底不是三頭六臂，甚至是同一線路，既可以是B類，也可以是A類，差別只在輸出級的偏壓深淺--只要將此偏壓調深到相當程度，即可使放大器從B類經AB類走到A類，這樣可使發生在B類的交越失真或其他令人不悅的失真（不管是生理或心理的）消失殆盡，而臻至善之境--真的如此嗎？當然不！把偏壓調深，就是使晶體工作電流加大，P=I X V是最基本的電功率公式，在電壓不變的情況下，加大電流即是加大消耗功率。如果消耗功率增大只意味著電費增加，而不併發其他麻煩倒也罷了。一個月一張原版唱片的價格，可以把一部純A類100W X 2（靜態消耗不低於500W）的Amp養得腦滿腸肥。而事實上，麻煩事遠大於此，不全是金錢能解決的--一旦將B類Amp改成A類，整部放大器的架構將會像一只吹氣的氣球突然變得極其龐大（所以像Mark Levinson那一部20W單聲道的A類Amp居然比200W*2之G.A.S Ampzi11a還大並不足奇），耗費大量金錢不說，最令人擔心還是系統的熱耗處理－－發熱原本不是物質之自然狀態，晶體尤其怕熱，發燒久了難免要出毛病--A類特色好則好矣，但作者聆聽時，總不會忘記繃緊奢神經（可能我天生長個神經線特別發達的人）去注意Amp會不會突然中道崩殂或者透體通涼，斷了一根保險絲便如臨大敵，這種滋味比起我放心的使用笙隆的SD-200，整年不關也心安理得要難過得太多--作者自養不豐，但是如果A類沒有熱的難題而僅僅要付出較多的電費，作者願意向發燒友前輩看齊，長年使用A類，並也自信養得起一部100W X 2的Amp，也照樣讓它夜夜笙歌，終年不輟。 我在浮壓 A類的試作報告中，巳提過A類工作之特性要求是：永不截止，就是不管輸入信號大小正負，晶體管永遠在導通的情況下工作。只要可以讓晶體在與本身工作極性相反之另一半週信號中也不截止，便已符合A類要求，不一定非要像傳統式的作法，在靜態中時讓它發出嚇人的熱量不可。如果能有一部放大器，以稍多於一般B類之消耗功率，而在全訊號強度內具有如同A類之工作特性，這無疑是產製者與使用者心目中之上選--秉持這種理念所生產出來的，就是近兩年來上市的新型A類放大器，它的名稱隨不同廠家而異。我在「浮」文內亦曾提過，要降低熱消耗，就是降低 V X I之值，在不脫離A類本色之情形下，不論降低V或I，或者V與I同時降低（但似乎尚未有這樣的產品），都可以便VI值下降而減少熱消耗。以降低供電壓來作為減少熱耗的手段的只有Technics之SE-A1與AGI廠（至今未見產品上市）。SE-A1則因曲高和寡，兼之定價過昂而遭封殺，命運不如YAMAHA之B1遠甚。SE-A1之主要理論便是浮壓理論，作者在┌浮」文內已有詳細介紹，在此不擬再重複。至於此靜態時供應低偏壓低偏流，而靠加入一組特殊設計之可變偏壓網路，便於輸出晶體能隨定訊號變化而改變偏壓之設計理念的廠商，豉著名的有JVC與PIONEER，而ONKYO、YAMAHA也許也屬於這一腫，TECHNICS的M2則又是另一鍾迥然不同的設計。
前已言及，傳統之 A、AB、B類放大器，其主要差別在輸出級之靜態電流───即供給之偏壓值不相同，驅動級以前之設計，由於消耗原本不大，不論是AB或A類Amp，此處之要求大抵相同。三種Amp之偏壓雖然深淺不同，但其為恒壓?不論輸出擺幅為何，所供給之偏壓為恒定?則完全相同。因為是恒定，所以輸出級之上下側晶體之偏壓總和在任何情形下都不會改變?靜態時無輸出電流，上下兩惻所分到之偏壓相等，流過上下晶體之靜態電流也相同，訊號來臨時，必有一側導流較多以便對外輸出電流，因而削減了另一側，所以兩側出現的偏壓值便不相同了（但其總和不變）。在極端情形下，即輸出甚大時，導通的一側佔用或超越了全段偏壓，便另一側晶體因面截止或處於反偏的情況。以圖一為例（取自本刊59期81頁），在無輸出時，中點電壓為0，各點電壓如圖中無括弧者之註記值，輸出為正時，各點電壓即如括弧內之值，我們可見到，Q2之射極電故竟比基極低了0.4V，亦即Q2之B?/FONT>E接合面受到0.4V之反偏，晶體當然早已截止。如何才能令Q2不截止呢？我們知道一般晶體之Vbe大約0.6V，故當輸出為正30伏時，Q2之B極只要是29.4V，即可使Q2保持在靜態時微導的倩況。圖一中之Q2b＝30.4V，較不截止之要求值高1V（不正是被Q1之射極電明在導電時分掉了嗎），只要把偏壓加深1V或者更深。Q2之基極電位即能下降到使Q2不截止之程度。使Q2能在輸出正半週時保持諍態時之原狀況（即使微導亦可），俾負半週到臨時Q2 能馬上投入工作，而毋須一如傳統B類，Q2 必須從反偏到零偏壓截止到正常偏壓導通的這一段延遲。傳統A類之工作特色很好，但是代價太大了。如果新的構想可以得到同樣效果，為何不採用呢？
最早將新型A類之構想付之商品化生產的，可能是美國Threshold公司。Threshold是近年來才崛起之一家頗負盛名之廠商，產品之等級比擬於Mark Levinson。它會使用什麼樣的網路呢？作者幾年前在香港電聲界第6期中找到如圖二之線路，Q1、Q2、R1、R3構成傳統的固定偏壓網路，讀者毋需驚訝於何以與習見之網路不同，使用如圖二網絡的產品並非沒有，也不是這個網路比一般傳統的單晶體網路好，然則為了達雙向可變偏壓之目的，使用互補晶體對構成網路是有必要的。除了這五個零件外，在Q1、Q2之B極到輸出點間又串接了Vx、Vy、D1、D2，作為可變偏壓之附加零件。這個網路簡單到叫人吃驚的地步，但是原文對此網路之動作原理之說明語焉不詳，對Vx、Vx之構成也無交待，殊為可惜。事實上，要了解這個網路之動作原理卻也不難，我們先去掉Vx、Vy，這兩個所謂的恒壓源（作者懷疑Vx Vy可能只是障眼法，Vx即是恒D1，Vy即是D2，因為D1、D2 在順向導通時便有恒壓作用）。不管用不用D1、D2，只要切除輸出點與D1、D2 中點之連線，這網路便只有固定偏壓之作用。同復到圖二情況，無訊時，Q1、Q2 之B極電位應為＋0.6V，調整R2使Q3∼Q5導通，則總偏壓約為2.4V（土1.2V），即Vax＝Vyb＝0.6v，Vxy＝1.2V。訊號來臨時，正半週的情況使圖二中之各點電位整個上揚，輸出電流從正電源經Q4、Re1流入負裁，而在Re1上造成可觀之壓降，使得Q3基極到輸出點聞之電壓較靜態時之1. 2V為大。假設Vre1＝0.6V，Q3Q4之ΔVbe＝0V（實際上晶體之Vbe會隨導通電流之變化而有0∼0.2V左右的變化幅度），則此時Va0＝1.8V，如果是固定偏壓的話，各點電壓應如圖二中單括弧內數字之值，Vob將只剩0.6V而使Q5、Q6截止。連接起0點與Z點後，由於D1作用，將使X點之電位只能比0點高0.6V左右，即被迫從預計之11.2V下降到10.6V，使Vxo保持與靜態時相同之值。X點下降了Y點、B點也都下降了，使Voy、Vob之值都保持靜態時之值。以上分析是最簡單情況，綜合來說，由於D1、D2之作用，可以使得訊號正半週輸出時，Q3、Q4、Re1間所增加之電壓降完全反映到R1上，不及於其他，使得X點以下電位下降到令Q5、Q6不截止程度，負半週的電壓變化則反映到R3上，使Y點以上之電位上升到使Q3、Q4仍導通之程度。 從以上之敘述，可以了解，即使Vx＝Vy＝0，本網路仍然可以動作，所以作者才懷疑Vx、Vy之存在，因為D1、D2，本身已具有兩種功能，順向時有恒壓作用，可限制相關點之電位變動，逆向時則具有保護，防止電流倒灌?不過，這只是作者之想法而已。 與Threshold持相同理念?使用一組可變偏壓網路?在日本之廠家至少有JVC與PIONEER，ONKYO與YAMAHA的內容作者至今未見過，作者以為，直接在PC板上動手改裝應是一件輕而易舉之事。
要把所知道之各廠家(JVC、PIONEER、Technics）之偏壓網路一一提出來說明，將要浪費很多篇幅，並且也失之無趣，讀者可自行研究59期，有關新A類的那篇論述，文中對此三家之偏壓網路都有一番基本上之介紹，雖然不是極詳盡，然則一旦你明白Threshold之理論，設法把它們牽入一個傳統線路中尋求解釋，對一個略有基礎者卻也不難。因之，作者只打算就是感興趣之JVC網路提出介紹。 作者對JVC superA之興趣，並非因為它用的零件最多（上下共11只電晶體，比傳統的足足多了10只），而是它設計之合理與精確，特別是如果我們能將它做成獨立單元，對傳統的固定式偏壓縮路進行改裝，其容易之程度尤甚於Threshold。 如圖三，是JVC super A網路，除了Q1 以外，Q2 至Q11呈對稱性設計，我們來看看這個網絡所以能工作之原理。我們將圖三分虛線劃分成三部份。A部份用來感應輸出級之電壓變化，並將此電壓變成電流，B部份將接收部份之電流變化，交連到C部份產生相同之電壓變化。針對動態輸出之情況，我們從A部份看起，由Q6 之射極起經Q8 至Q10 之基極止，相當於三個Vbe值，或者是三個二極體，剛好對應輸出級Q12、Q14、Q16．，的三級Vbe；同理Q7、Q9、Q11則對應Q13、Q15、Q17。由於Q10、Q11之B極在連接後是連到輸出點c的，所以Q12、Ql4、Q16及RE1在正半週輸出時，由於導流增加而致從Q12 基極（A）到輸出踹（C）間之總電壓降的變化V將完全反映到從Q6、Q5、Q8、Q10這一串聯電路上，輸出越大。Re1上之壓降越大，R5上之壓降也越多（粗略地說，Vre1＝Vr5）?/FONT>R5 之阻值將影響流過它上面之電流，這個電流約為ΔV／R5，是由（A點上端通常是第二電壓放大級之集極或恒流源）供給，由Q6流下來。Q6 與Q8都是等效二極體之接法，原本可用二極體代替，但由於二極性之順向特性並不完全與晶體之Vbe相同，以晶體授成二極體來做為Q12∼Q16之補償將輳二極體為優。況且Q6 與Q4 構成電流鏡，Q6使用二極體的話，將有可能因特性上之差異，而使流過Q6 之電流Iq6 不全然等於Iq4是則失去了電流鏡電流匹配之功能。當Q4取得與A網路內相同之電流變化後，即將此電流送入C網路之R1。靜態時，R1應已有部份電流流通而有部份壓降，來自Q4 之Iq4流入R1後，會使Q2 之Vbc加大，也就是加大了Q2 之Vce ，相當於加深了偏壓，R1該用多少值呢，從前面我們提過的Threshold裡論中可以得知，只要Q2之Vce能完全反映Q12∼Q16及Re1 上之電壓變化，亦即輸出晶體有若干電壓變動值，偏壓網路也跟著增加相同之變動值，則Q2 以下之各點電位將被迫下降到使Q13、Q15、Q17仍保持靜態時導通之情況，因此R1上之電壓變化Vr1 應等於V，由於R1上之電流變化值為Iq4，，而Iq4＝Iq6且Iq6＝ΔV／R5，Vr1 ＝Iq4 xR1＝Iq6 x R1＝ΔV＝ Iq6XR5 ，亦即R1＝R5。只要R1取的與R5同阻值，則由A網絡感應到電壓變化V，將完全由C網路產生之補償電壓彌補過來，而使Q13、Q15、Q17不致困偏壓網路之電位上升而告截止，上側如此，下側亦然（未說明部份，請參閱本刊59期該文，或試著自行分析）。
一定有人會認為，Q4∼Q7，這四只晶臏射極為何沒有電阻。不管見過沒見過原廠線路，正常使用的情況下，Q4∼Q7之射極的確廳加上四支同值電阻。加上電阻後，變成與我們習見的相同，如圖四。事實上，加不加Q4、Q6 都會有電流交連，但Q4、Q6兩者間Vbe之差異，將會影響到交連的精確度，我們望Io4 = Io6 ，自然希望Q4、Q6之特性完全相同，這樣即使沒有射極電阻，也會有令人相當程度滿意之效果；而實際上，我們不得不承認，即使同型晶體。任二只晶體Vbe特性也難能完全相同，與其花費時間去緣木求魚，莫如以外在條件來提高精確度。如果Q4、Q6之Vbe特性有土0．01V之誤差，當Rx＝O時，這0．01V可能使Iq4與Iq6，產生相當可觀之差異，加上Rx後，流過Rx上之電流將在Rx產生壓降，這個壓降之值與Q4、Q6之ΔVbe相比較將把ΔVbe比了下去，即是便ΔVbe在兩晶體間之差異減少?雖然晶體間之差異或者不如作者所誇大的一般，但適切地加上Rx，顯然是有只好不壤的效果的，不過加了Rx後， Iq6將降為ΔV/R十Rx，所以R1也應提高到R5＋Rx之值才能完全補償ΔV。
請你再看圖五，深色部份便是JVC真正的superA網絡。除了ONKYO、YAMAHA至今仍諱莫如深以外，作者能接觸到新A類偏壓網路多已揭曉，惟獨JVC之super人還令作者一直在猜測中（事實上，要分折它們的動作原理卻是不難）．不管分析多麼正確，都只是一廂情願式的紙上作業，難以令人信服，以致作者遲遂沒有動手。四月上旬，舍弟在台北買到一本過期好久的電聲界23期，內存super A的真正網路，對照之下，作者忍不住大喜過望？一切正如預料。 請你對照圖三與圖五，你馬上見得到它們的主要差異所在，是圖三中之Q8 用PNP而圖五用NPN。由於Q8 等敵於一支二極體，這二種接法可說並無差異，比較上，作者卻寧用PNP，這一來上下側的晶體型銀變得涇渭有別，上側全部是PNP下側清一色的NPN，減少用錯的顧慮。在圖三圖四中，預測R1＝R5／Rx，在圖五中，則1K＝910＋56，R1略大於Rs＋Rx，換句話說，這樣預定要加深的偏壓較實際的ΔV又略大了一些些，這當然有可能是考慮了Q4，與Q6之誤差（或者包含了Q8、Q10）而作的修正設計也不一定。至於為什麼R5與Rx阻值之分配懸殊，讀者不妨試著想想。 由於Super A設計得極為合理，與傳統固定式偏頗網路比較，只多了一個接點，就是輸出點，只要找得到PC板上偏壓網路之位置與輸出點，幾分鐘內便可改裝完畢。JVC將Super A製成一只獨立模體單獨出售（如果在本省出售，恐怕高連1500元以上，不算便宜）?憑著Super A獲得的評價，這樣的改裝是值得的。Super A如同其他新A類設計的優點一樣，耗電不多，裝上Super A後，對電源負荷之影響，幾乎為0。
不過使用Super A網路，也並非是漫無限制，JVC建議使用super A時，輸出級應為如圖六之全對稱的三級達靈頓設計。全對稱問題容易，國內廠商出售之套件，輸出級大部份是全對稱設計，三級達靈頓設計也很容易解決，如果你的放大器只有兩級達靈頓，則只要將圖三中之Q8 Q9 短路?即去掉了一級Vbe?即可。Q8、Q9 原本用於補償，少於一級達靈頓，去掉Q8、Q9理所當然的。
最重要的一點，因為整個SuperA網絡之電流取自第二電壓級，故靜態時，第二電壓級必須有不低於8mA之錚態電流，低於這個數字，可能影響效果，改裝時應注意到這一點。
完成了Super A網路後，可將之固定在機箱內適當之空白處，除去原放大器PC板上之偏壓網路，再從SuperA PC板上各相關點引線到原放大器上。SuperA對外有六個接黏，三個點與放大器運接，另三點為熱耦合晶體Q1使用，只要將原鎖在散熱片上之熱耦晶體用適當長度之花色線接到本PC板上即可。 這個網路原理是自己分析的，可是內容卻是抄的，原來的Super A有多少效果，我們自製的也應該有多少效果，所以作者不必贅言替JVC吹噓，國外對Super A之評價，多少是可信賴的。 |
