接近完美的100瓦功率放大器架構

原文刊載於音響技術33期

/唐凌

儘管仿製ESS功率擴大機的熱潮未消，而本刊亦繼續供應機箱及必的晶體。但我們仍迫不急待地要推介你這個幾近於完美的電路 ─ 就整個結構而言。

正如以前各期我對ESS功率放大電路的析述，它確實有許多值得推介的優點，例如簡單易裝，雖然輸出功率最高可達三百多瓦，但即使是初學的讀者，只要按部就班，仍然可以把它裝得很好；另外，它也很安全，在裝好之後，只要按一定的的程序做簡單的校調工作，在爾後的長期使用中，便不虞有突然不響的情況出現，這一切恐要歸功於在簡易的架構中，加入了十二枚的二極體，使得任何的失常都會被這一元一枚的半向導電體檢知而對消。由此，我們似可吸取一個經驗 ─ 我們對二極體的認識實不應該此於檢波和整流。而放大器的責任，也不完全是電晶體和真空管的。

完全線路走出實驗室

雖然ESS放大器的失真確實夠低，音色夠清澈有力，但站在一個線路設計者(尤其是實驗室工作者)的立場，總是不斷地要求線路的合理與完美。ESS後級的缺失，乃產生與生產於裝配顧慮之上，它沒有採用雙差動，亦本使用全對稱。事實上在這以前早就有雙差動和全對稱的接近完美線路被設計出來了，DanielMeyer繼萬能老虎之後的超低TIM便是其例。只是這種接近「完全電路」的設計(吉達商行的李經華先生稱其為臨時終點站)，在相當長的一段時間內(以現代電子技術發展的速度而言，應該算很長了)，幾乎被停滯於實驗室之中，而在四年前在零件極為困難的情形下，力億公司即將萬能老虎製成套件一上市，其精神與勇氣，誠可感也。

然而，時代必竟是進步的，這三、四年來固態化主動元件生產技術的高度進展，成本更為降低，無形中迫使這些「完全線路」走出實驗室而湧向生產線。像SAE、GAS、LUX和日本在近年來極為傑出的Accuphase等等廠牌，均紛紛採用「完全線路」以顯示他們在技術上的超前與領先。

誠然，不管要抄襲、修改或真正設計一種理論上屬於理想的線路不困難。困難的是憑什麼條件來裝配它、生產它。這中間的關係正如同OTL和OCL一般，OCL確實是較OTL更為「完全」，但並不是說任何一個人裝的OCL都會較其他的OTL好，其原因無他，零件的獲得、選擇和對線路的認識而已。

因此，今天我們在討論這個接近「完美電路」的設計之前，切盼大家不要因為聽說它「完美無缺」便躍躍欲試。畢竟它需要此一般電路更多的條件─正所譋美妾難養─方克勝任。

改用Plastic晶體輸出

話說正當我開始對ESS功率放大器有關問題的答覆感到厭倦的時候，加上了一部份讀者責怪推介這麼奢侈的線路(24個MJ410就要三千多元)，另一部份讀者更埋怨何以不弄一些更尖端的線路時，我早就想到了用ESS線路來改進它，使它變為雙差動，全對稱輸出，同時把輸出功率降低到一百瓦左右，以適應一般的需要。

改進的第一個構想，就是把24個MJ410通通換成塑膠包裝(類如TIP29之類)的中功率晶體，如此一來，至少可以獲得三個好處：1.製作成本大大的降低，因為現今耐壓在120伏左右的塑膠包裝中功率晶體，每個售價大致不會超過25元，而24個則只要600元便可以獲得100瓦以上的功率，如用MJ410做一百瓦，至少也要12個1800元；2.雖然我們也可以不用MJ410而改用2N3055或MJ802等高功率中等耐壓晶體，卻無法獲得並聯輸出降低TIM等等好處，如改用中功率晶體仍採多對併聯的的方式，則可維持併聯輸出的好處，何況改用中功率晶體之後，由於迴轉率之升高更有利於TID之降低；3.可能把全部晶體均規劃到線路基板上來，減少配線的麻煩(使用TO-3金屬殼晶體時，幾乎不可能)。

以上設想，我已全部試過，驅動部份仍然完全使用ESS的驅動單元，圖個方便，而輸出晶體則則改用快捷所出的2M6121，選其耐壓在100伏以上者，共併聯了每聲道6對，並把所有射極電阻改為1歐姆，短路保護各電阻值也重新設定。試驗結果，覺得非常理想，正想重劃線路板時，不意笙隆公司的曹先生，送來了該公司正在著手籌劃的8200計劃全部線路，一看其功率放大部份，竟然和我意中理想的架構不謀而合，且有多處降低TIM的措施是我始料所本及的。此時，我真是一則以感到與奮(就像遇到知音一樣)，一則以感到洩氣(自己夢想了半天，結果別人比你做得更好)，所幸曹先生乃是中國人，也是好友，否則這個線路如出自Audio月刊或名機線路上(雖然類似的架構很多，但使用Plastic晶體併聯輸出的，則未見過)，那真的會氣炸。

優點在何處

現在，廢話少說，快讓我們來看看笙隆公司的這個100瓦超低TIM線路究竟有些有些什麼特點，使得它接近「完全電路」的理想境界

第一：採用全對稱的Plastic晶體四對做併聯輸出，它所能獲得的好處已如前述，於此不贅。

第二：其末級驅動器的架構(即Q8，Q9)和一般的接法不一致，射極電路根本就是浮空的，使這一的工作變成純粹的電流放大器以代替一般的增阻電路。

第三：本著降低TIM之原則，加入了未經傍路的R16R14做為電流回授，雖然這樣一來，會降低電源利用率，但畢竟是有好處的，另外差動放大器的第二只晶體的集極，並不直接接於Vcc上，而是與後隨電壓放大的射極並接在一起，如此來對於減少TIM亦屬有利。

第四：增加中點電壓精密調整電路。在一般的類似電路中，中點電壓總是靠回授自動控制的，這樣一來就不免因為零件的稍許誤差而致中點產生微量的偏移(0.2伏以內的偏差是很正常的)，本電路採用中點電壓精密調整電路之後可大大減少零件誤差的困擾。

第五：輸出過載保護電路改成SCR接法，使保護動作更為迅速，而不影響高頻方波波形。

架構概述

現在，讓我們更進一步來了解一本全部電路的動作情況：

全部電路乍看之下，似乎顯得相當複雜，事實上，我們若把短路保護電路除去，就很容易一目了然了。

輸出部份是由四對中功率NPN-PNP晶體併接而成，和一般電路無異，但擔任電流驅動的Q8Q9接法上就和一般有異了。因為它們的射極並不接到輸出點上，這樣一來，使得它純粹地只擔任了電流驅動的工作。由R17的120歐姆看來Q8和Q9似乎只要用小功率晶體就可以了，進一步求證一下，四對功率晶體，在100瓦輸出時的峰值電流約為5安培，設使功率晶體的最低Hfe是15的，話Q8Q9也只需要300毫安電流就可以驅動了。而在無信號的時，候Q8Q9的電流約較1.2伏/R17=10毫安稍大一點。

再者由於Q8Q9約為射極輸出，因此輸入阻抗極高，免除了一般使用增阻電路或恆流源的困擾，而可讓電壓放大級來直接推動。

電壓放大工作由Q5及Q7來擔任，中間施以恆壓熱回輸式之偏壓電路，R10之加入，為提高其輸入阻抗。在此處，有兩個異於常情之接法，一是R14及R16之加入，除加有.1μF防上脈衝和射頻干擾之外，並無傍路電容如此一來，由於輸入到此點的相位正好反，所以會介入了R10/R16的電流回授，對降低TIM極為有利，但相反地，也降低了本電路的電壓利用率。在設計本機電源電路時，應照常的計算值略為提高(在笙隆的8200中電壓用到±55伏)。

差動輸入級，是本機設計上最精采的部份，整個架構簡潔而明快。輸入訊號在進入Q1Q2之後，之即實施分相，但仍維持著大部份A類放大的優點。交直流回授由Q2Q4之射極加入，而Q2Q4的射極卻逕和Q5Q7之射極併聯，亦是一妙也。

在輸入電路方面，一般多以47K~100K歐姆的電阻接地，以使得Q1獲得必要的偏壓，這樣一來，難免使得因零件上的些許誤差而導致輸出點電壓的少許偏移，並用此偏移的回授，而穩定中點。而本電路則更進一步使用了精密的偏壓調整線路。其電壓是經由正負電源分壓而來，並不取之於地。±Vcc在各串10K歐姆電阻之後，再串以500歐姆為微調，此500歐姆可調電阻之端電壓應為2.6伏左右，但因兩端接有偏壓二極體到地，是故兩端對地之電壓約為±0.6~0.7伏，而足可供偏壓精調之用。

除了以上電路設計妙處之久，其中過荷保護電路亦可圈可點。誠如曹先生在上文中所說，通常的保護電路，在業餘的製作者或實驗室中，都是不主張使用的，因為保護電路之設計均以電阻負載為設計基準，可是喇叭為一抗性負載，如介入容抗時，電流將提前於電壓，使得保護電路提前動作，而產生可觀的失真因此我在設定ESS的保護電路阻值時，只顧慮功晶體的毀損電流，而並未將之設定於割切產生的臨介點上。

本機的保護電路，則使正負半週各使用一對NPN-PNP晶體，接成SCR型式，使其動作變成真正的ON-OFF狀態，俾便於在聆聽時，明確地查覺過載，而需將音量降低。

希望你試試

總之，這個電路架構實在是一個接近完美的設計，於此我建議有興趣的朋友，不妨就此架構予以精確地推演實驗試作，那麼對於你的Hi-Fi技術必大有精進。另外對一些入門的讀者，或零件難以獲得的人，我已洽請笙隆公司能單獨供應已裝好調整好的套件，方便讀者，請讀者密切注意讀者服務部的廣告好了。