四件式前級

文/Donald

最近我完成了試做性的 4 件式晶體前級 ( 一聲道 2 件 , 一個主電源箱 , 另一個是放大箱 , 所以 2 聲道加起來為 4 件式 , 見上圖 ) 。 機箱為 2mm鋼板及直徑8CM的圓木棒組成 箱內體積為 ( 50 x 60 x 18 ) 公分 ( 本來是用直徑 8 公分 的透明壓克力棒 , 但實際組裝時發現壓克力棒不太理想 , 所以最後決定改成用圓木棒代替 ) 。 再裝機的同時我在不鏽鋼機箱的底部用0.5cm高的塑膠柱再架一塊 2mm 厚的銅板當底板 , 機內配線全藏在此銅板及不鏽鋼板的夾層中 , 此機箱看起來蠻土的 ( 俗又有力 ) , 不過拆裝組合卻很方便 ； 此試做機在調校及聲音修正定案後要正式製作時 , 機箱我決定用紫銅鑄造 ( 一體成形 , 只有上蓋是活動的可拆卸的 )。 此前級我反覆只細聽了好幾天 , 聲音方面還算滿意 , 大部分都能達到我聽音樂時的要求 , 現我把這四件式前級介紹給網友如下 , 如有可改進的地方還請不吝賜教 , 謝謝 ! 

P.S 在此也順便謝謝 A-NAN 在 DZ 聊天室教我不鏽鋼拋光的技巧 . 

(A) 電源箱部分 : 本前級電源架構佔全部前級線路體積的 85% ； 我沒用傳統的變壓器 , 還是用或許讓大家詬病不喜歡的 SWITCH POWER , 不過此 SWITCH POWER 不是一般儀器或電腦上用的電源 , 此 SWITCH POWER 是專門為 AUDIO 用途開發設計的 , 它跟一般的 SWITCH POWER 架構不太一樣 , 這 SWITCH POWER 的核心部分是由 2 塊主要的模組件組成 , 其中一塊模組件是採用一種高效率 . 高電壓高穩定度及高負載穩定度的小功率開關電源作整個信號處理及驅動電路的電源 , 它與普通一般自激式後動然後饋電式的一般 SWITCH POWER 相比較 , 此 AUDIO 專用的 SWITCH POWER 它的信號處理及驅動電路的工作環境不受在負載時大幅波動的影響 , 工作可更加穩定可靠 , 並在負載大幅波動時能保證電路足夠的推動功率 , 從而使電源的負載調整率及電壓調整率大幅提高 , 電源的動態範圍也大大增加 。 另一個模組內有裝電源及電壓雙環路控制電路 , 現目前市面一般的 SWITCH POWER 大都只採用電壓控制的電路 , 電壓型控制電路即由從誤差取樣電路檢測到的誤差電壓 , 送入誤差放大器與基準電壓進行比較放大 , 然後由誤差放大器的輸出和震盪器 OSC 產生的鋸齒波在 PWM 比較器中改變輸出脈沖度 , 從而達到穩壓的目的 , 但我們發覺單一的電壓型控制電路具有負載調整差 , 電源動態範圍小 , 以及電源的瞬態特性差的缺點 , 在負載電源大幅變化時 , 電源電壓的波動較大 , 因此不能適應audio擴大機的大動態電流的需求 , 因上述的缺點我們改進研發運用了電源電壓雙環控制電路 , 其簡介如下 : 電源電壓雙環控制電路的工作原理是 : 由電流檢測電路 , 檢測到的電流信號直接送入 PWM 比較器的輸入端 , 與誤差放大器的輸出信號進行比較 , 來改變輸出脈沖寬度 , 由於輸出電壓的變化立刻反映為電感電源的變化 ,它不經任何誤差放大器就能直接在 PWM 比較器中改變輸出脈沖寬度 , 因此電源的瞬態特性十分良好 , 電源對輸入電壓的流動及輸出電流的波動都能做出很快的反應 ； 電壓控制電路工作原理為 : 由電壓檢測電路採用直接取樣的型式檢測到誤差電壓 , 送入一個專門用於控制由於負載變化而引起輸出電壓變化的誤差放大器中 ,與基準電壓進行比較放大 , 其誤差放大信號與電流信號同時送入 PWM 比較器中改變輸出脈沖寬度 , 從而達到穩定輸出電壓的目的 。 

因為電壓控制電路專門用於控制由於負載變化而引起的輸出電壓變化 , 電流控制電路專門用於控制由於負載電流變化而立刻在 PWM 比較器中改變輸出脈沖寬度 , 所以此 SWITCH POWER 電壓調整率及電流調整率很高 , 電源瞬態響應速度也很高 , 電流的動態範圍極大 , 另外模組的電流檢測電路能在電流檢測電阻上感應出峰值電感電流 , 並進行逐個脈衝限流 , 這種峰值電感電流檢測技術可以精確及靈敏的限制最大輸出電流 , 因此整個電源的可靠性也就大大提高 , 電源的過流保護及短路保護也極其快速和靈敏 , 當然對擴大機的安全性也大大提高 。 

為了使 AUDIO 用的SWITCH POWER 功率轉換晶體在給動態範圍極大的擴大機供電時 , 能工作於良好的工作狀態 , 本模組採用了橋式輸出推動電路 , 橋式推動電路 , 不但是提高了電源電壓的利用率 , 而且也能提供足夠的灌電流和拉電流 , 從而簡化了推動變壓器 , 做到跟市電完全隔離 。 功率轉換晶體採用了半橋式電路連接 , 這種半橋式電路不但比普通單端式或推挽式電路輸出功率大的多 , 而且 SWITCH POWER 高頻變壓器的初級線圈在整個週期中都有電流通過 , 變壓器的磁蕊利用更充分 , 結構更簡單 , 體積更小 , 這樣對功率轉換管的耐壓需求也較低 , 不超過電源峰值電 , 且對輸出濾波電容的耐壓要求也較低 , 另一方面半橋式電路抗不平橫能力很強 , 既能防止高頻變壓器因單向磁偏而發生飽和 , 並能保證其輸出的正負電壓的對稱 。 

此前級電源開關採 2 段式手動開關 ( 很笨吧 ! ) , 第一段開關開時 , 把市電的交流電壓 (110V) 讓它下降到不足以驅動 SWITCH POWER 的電壓 , 但此時 SWITCH POWER中的整流子( 我用8顆 Motorola MUR 1540 組成 400V/30A的整流橋 )及主濾波電容是在工作中(整流及充電中) , 第二道開關打開時才真正讓交流電110 V 進入 SWITCH POWER啟動整個電源系統 , 其目的只是保護措施而已 , 避免瞬間開機時 , 衝擊過大 , 這是傻人的傻辦法 , 但蠻好用的 。 

依本人多年使用 SWITCH POWER 的經驗 , SWITCH POWER 比較適合用在前級及 DA 和電子分音器上 , 我們認為是絕配 , 但在後級我比較傾向使用傳統的變壓器(個人尤其偏好新開發的 O 型變壓器) , 當然這有一前題那就是您對音質的挑剔性已到達不妥協地步 , 而且是一個完全無可藥救的 Music Listener . ( 註 : 以我們的業餘研發技術而言 , SWITCH POWER 已可做到輸出 2000 A/1G , 所以 SWITCH POWER 供再大功率的後級電源已不是問題 , 後級會使用 O 形變壓器主要是音色及聽感上的問題 , 純屬個人因素罷了 ) 。 

P.S O 形變壓器 請見下圖 (變壓器原料全在日本訂製再空運至大陸專人繞製) 

(B) 主放大部分 : 請見上圖 , 主放大部分的 PCB 採用 6 層板的結構 , 第一層是訊號地 , 第二層是訊號 , 第三層是訊號地 第四層是電源正 , 第五層是電源負 , 第六層是電源地 , 各位看到主放大箱的照片 , 主放大電路只有中間部分 , 右邊是負電源穩壓電路 , 左邊是正電源穩壓電路 , 所以本前級電源是屬二級穩壓供電系統 ; 正負電源在 SWITCH POWER 輸出前在其內部就已做了一級穩壓 , 電源箱將主電源及副電源的正負電壓送進主放大箱線路板上時又在 PCB 上再做第二級穩壓 。 關於多級穩壓 , 我們曾做過不知多少次的 A B TEST的實驗 , 花費了大量的時間 . 人力及金錢 , ( 註 : 多級穩壓我們花費兩年多的時間把各種穩壓線路及穩壓級數排列組合 200多種狀況 )所得的結果是用在 AUDIO 上的多級穩壓系統 , 我們一致認為只要穩壓線路設計的好二級穩壓絕對就夠了 , 再多就是浪費了 , 也不見得會更好 ( 有時反而會拖累系統 ) , 超過兩級的 Audio 穩壓充其量只是心理安慰而已( 浪費! )且電源的阻抗取決於最後一級穩壓 ( 這點很重要 ! ) , 我在這裡不是批評用 4 級甚至用 6 級穩壓的 DIYER , 在此只不過是提供一群人在實地操作實驗後的經驗及看法 , 讓大家有一個邏輯思考空間去判斷 , 當然不管您贊同此論點也好 , 持相反意見也罷 , 大家把它當成看漫畫聽笑話帶過就好 , 不必太認真去計較來辯論的你死我活 , 本來音響是一個不實際的機器 , 它只是一個還原過程 , 既然都是假的 , 大家來辯論哪一個假的比較真那就沒意義了 。 PCB 的兩旁有 LT1085 / LT1033 穩壓晶體這是把 SWITCH POWER 副電源供應的DC + - 24V 穩成 + - 15 V 給穩壓線路的 OP本身的供電 , 主電源供應DC + - 50 V 給穩壓線路穩成 + - 35 V 給主放大線路電源 ( 此穩壓線路曾在 DZ 討論區發表過 , 我們也曾實驗及設計過各種的穩壓線路 , 但我們一致認為此穩壓線路用在音響上聽感最好 ) 。 在主放大線路板上的每一放大級供電正負線路都各串有一枚 Motorola MUR1540 二極體且又並上一顆10 uf 電容 , 本前級放大線路是採上下對稱線路 , 差分級用了 2 對 4 顆 J109 / K389 ( Dual FET ) , 倒像級用 MOS J77/K214 , 末級採用 TOSHIBA 的 IGBT GT20D101 / GT20D201 晶體 , 晶體全部 PNP 跟 NPN 精密掃描圖形配對 。 

選鈕控制單元有 4 個選鈕分別為 : (1) 訊源選擇 , (2) 音色選擇 (3) 動態大小選擇 ( 非 Loudness , 此為自行研發的模組 , 是用高密度材料及先進的半導體技術製造 , 不必額外供電只要輸入訊號就能工作 , 此模組是私人自行研發的 , 沒對外公開發表及販賣 , 只有送一顆 Dual 封裝的 標準型 給 DZ 吳立民 先生 當生日禮物 , 不知 吳立民 先生使用的情況怎樣 ? 有何感想 ? 此動態擴展單元我們有開發成 標準型 . HI – END 型 及 最高檔的 ULTIMATE HI-END 型 三種型態 ) , (4) 音量大小選鈕 , 整個前級控制單元用銅箱裝 , 這是怕訊號受到干擾 ； 在實際聆聽時候 , 此前級對音樂的中頻的厚度 , 高頻的細度以及動態都能做細部調整 , 以達到自己對音樂聽感上的要求 , 像聽蔡琴的聲音時 , 我習慣將聲音調厚一點以增加一些蔡琴的成熟的韻味及滄傷感 ( 純屬個人聽感 ) 。 

接下來我的音響 DIY 胡搞計劃是 (1) 並聯 256 顆 DAC ( CS 4396 及 4397 兩種不同的模組 , 這兩種晶片聲音及分離度差異性蠻大的 , 但各有所長 ) 後面只加低通濾波(不加緩衝)就輸出的 DA ( 此 DA 也使用了新一代的 HDCD 晶片及升頻的技術線路 , 化不可能為可能 ) , 訂製的並聯 DAC 模組已完成交貨並運達台灣 , 擇吉日準備開工。(2) 數位化的前後級及數位電子分音系統 (3) DVD /SACD 唱盤 (向比利時訂購的唱盤單元已到貨)。這些完成後再到 DZ 討論區發表 , 聽聽彼此意見的交流及虛心地接受高手的指導尤其是數位高手的教導 。 不好意思讓大家看了這麼多雜七雜八的傻瓜文章 , 如浪費您的時間還請多包函 , 如有得罪您的觀點也請見諒 , 就當我胡說八道好了 , 反正標題就是 : “ 胡搞一套四件式前級 ” , 會胡搞就會胡說這是一脈相承的 , 所以您也別太在意 , 不是嗎 ? 景氣已夠糟了 , 又加上生氣 , 會內傷的 , 且21世紀大戲台灣加入 WTO 及跟大陸大三通馬上要上演 , 第一波的大陸真空管機器已開始在搶灘了( 請見音響論壇廣告 ) , 第二波的簡單並聯式的4 OP ( 3875 , 675 )擴大機 ( 床頭音響 ) 也馬上要進入台灣低價消費市場 , 售價及外觀設計會讓我們驚心動魄及驚艷相見恨晚的感覺 , 不管您是否能接受此趨勢 , 你我心情不妨放輕鬆點 , 這樣生活壓力才不會太重日子過的才會較愉快 , 最後祝各位 21 世紀生活充實快樂沒煩惱 。