文/曾錦桐

對初學者而言，直流伺服的觀念很難一時說明，因此我們決定從實作篇起步，指導大家如何透過DC SERVO的加入，來抑制輸出直流，充分延伸前後級頻寬。本文以幾乎人手可得的PH-113為例，進行改裝，值得讀者參考。

在本文發表時，我們已取得來自何博士的DC SERVO應用報告，將此技術應用到同樣普及簡潔的LM3875後級上，效果亦佳！將刊登於DZJ第二期。

吳立民

  前幾天與立民兄聊大功率後級計畫的種種細節，談到是否該加設DC SERVO，原本多年來持反對意見的立民兄表示，何博士已經利用交直流JAZZ前級上的DC SERVO電路為基礎，裝好LM3875後級，效果不凡！立民兄以為，DC SERVO雖然對直流抑制的效力甚強，但是有點複雜，原本LAYOUT電路板要考慮一堆接地環路已經夠煩了，還得加上一組由OP構成的電路，PCB面積勢必難以縮小。

輸出直流？這真是可怕的東西。不論老少，裝機時必須提防的兩大殺手：振盪與輸出直流。前者可殺人於無形，如果不是預先設計過的套件，則勢必得透過示波器檢視；至於後者，可輕易的透過三用表檢視出來。拼命三郎型的DIY玩家，鐵定會從輸入晶體一路配對到輸出晶體，力求正反相（或上下互補側）的絕對對稱，不過此時會面臨幾個尷尬：

怎麼配對？首先，您手邊得有一大堆晶體，如果是日製晶體，那還好，特性不太遠，稍微好配一點。倘若不幸是美製晶體，那就慘了！各晶體特性差得遠遠的，簡直像是不同一家工廠造的。

時光飛逝。好不容易挑出幾對堪用的，結果用著用著，晶體特性隨著老化現象而偏離，原來配對的，現在只剩八成準頭。當然，也有運氣特別好的，就是本來不怎麼配對的，結果沒想到用久了，反而老化到同一個工作點上…配對了！類似這種瞎矇的狀況，機率甚低，不必相信自己的運氣。

我不是這種拼命三郎型的裝機者（雖然很期望DIY ZONE弄點配對晶體玩玩），解決直流，就靠電容外加可變電阻。我比較不喜歡後者，因為可變電阻很容易變質，可能搞砸很多事。那就單靠電容吧，電容的加法如下圖：

其中的Cp，應該不難理解，就是輸出交連電容。輸出交連電容屬於亡羊補牢的作法，利用電容『通過交流訊號，阻隔直流電壓』的特性，將已經出現的直流電壓隔絕開。可能讀者會有疑惑，既然輸出交連電容這麼好用，隨便什麼直流都能攔下來，那還擔心直流什麼？我舉出幾個交連電容的負面影響：

交連電容與下一級的輸入阻抗構成一組低通網路。如果電容不夠大，會影響低頻響應。對前級而言，由於後級輸入阻抗高達數十K或數百K，輸出交連電容可以用個位數uF；對後級來說，負載阻抗可能低至8歐姆、4歐姆，那得要多大的電解電容才行？

交連電容本身會影響音色，少加為妙。

輸出直流的存在，等於限制輸出電壓的最高振幅。原本輸出電壓可在正負5V間擺動的，如果輸出直流不幸高達2V，則輸出振幅馬上壓到正負3V，損失慘重。

交流通過，直流止步的電容

Cp的用途講完了，該談談Cf的存在價值。Cf就是所謂的迴授電容，一般多用上數百uF，視低頻響應與網路阻抗而定。圖上括號內數值為PH-113所用。剛剛我們已經提過，電容器的特性是『允許交流訊號通過，阻隔直流』，因此從圖上可以得知，所有在輸出端（標示1腳輸出之後，通過Cp之前的訊號）呈現的直流，將會百分之百的迴授到放大器的反相輸入端（標示2腳）。我們經常聽到DIY迷討論的『百分之百直流迴授』，就是這個意思。

為什麼直流迴授就能矯正輸出直流？您可以粗略的想像這個動態系統。對圖示的放大器而言，擁有兩個輸入端，標示(+)號的非反相輸入與標示(-)號的反相輸入。如果從(+)輸入訊號，則會在輸出端產生放大後的正相訊號；如果從(-)端輸入訊號，則會在輸出端產生反相訊號。所謂反相訊號，就是原本輸入訊號是波峰的，現在變成波谷，正負相反。

假設輸出端產生正的直流電壓，於是透過迴授網路送回反相輸入端，將在輸出端產生一個負的直流電壓，發揮抵銷作用。電壓的迴授與修正，是一個不斷的動態系統，經由被動網路的監督、糾正。如果沒有加上Cf，則直流迴授的比例降低（因為被RA、RB分壓掉了），效果較差。

當然Cf的存在也不完美的：

Cf容量不小，必須採用電解電容。

即使加上Cf了，由於輸入級的不對稱，仍未必有效將輸出直流壓低到可接受的地步。輸入級是一個擔任正反相輸入訊號比較的機制，如果本身就不對稱了，當然無法百分之百精密檢測。

加入Cf之後，會造成放大器的低頻下限，也就不再是所謂的純直流放大器。

純直流放大器源自DC一詞，既有Direct Couple直接交連的意義，又代表可放大直流電壓，也就是沒有低頻下限的意思。

講得有點亂，我們再稍做整理：

DIY放大器兩大殺手，振盪與直流。直流的存在，除限制有效輸出振幅，同時會對喇叭造成磁化現象，影響喇叭長期的表現。

直流可透過一般電表檢測，所以，任何一部DIY正式上機前，都必須先量輸出直流，否則就是找死！

解決直流，可以透過Cp輸出交連電容與Cf迴授電容。前者是硬幹，直接把直流攔下來，後者則是透過被動網路檢測、迴授的方式去抵銷直流輸出。

Cp與Cf同樣會影響音質。記得，由於電容的不完美，會導致音色的變化。

要造一部高頻寬的純直流放大器，就必須把Cp與Cf短路，但此時的輸出直流可能是無法接受的。以後級而言，0.1V的輸出直流應該是可容忍的上限。

如果加上Cf會造成百分之百的直流迴授，那是否有更強悍的方式（超過百分之百？當然，這個講法不甚正確）可以強力的校正輸出直流？加個小電路？

基於上述幾個理由，我們決定試試DC SERVO直流伺服電路。DC SERVO其實有著非常成熟的數學推導，請參考控制系統相關書籍（或動態迴授系統）。我們這裡只做簡單的實作印證，理論篇留待下次探討。

DC SERVO的面目

DC-SERVO到底是什麼？DC，直流的意思；SERVO，伺服機，這是一種乖乖聽話做事的機構（如遙控飛機內，聽隨遙控器號令負責轉舵、加油的小機器），所以DC SERVO直譯為『直流伺服』。不過這樣講，可能還是有許多朋友如丈二金剛摸不著頭腦。

DC SERVO就像一個積分器（又是數學！討厭的可以直接跨過），將輸出直流變化予以積分後，迴授至反相輸入端。讓我直接告訴大家結論吧，只要選擇的DC SERVO OP性能夠好，擁有低飄移、低輸出直流的特性，就能將放大器的輸出直流控制在一兩毫伏以內，穩定又安全。DC SERVO電路如下，非常、非常簡單：

DC SERVO電路

DC SERVO應該安裝在什麼地方呢？請繼續參考剛剛那個圖形。一般而言，我們會將DC SERVO跨在放大器輸出端（圖上標示DC SERVO IN的地方）與反相輸入端之間（圖上標示DC SERVO OUT的地方）。以PH-113為例，就是跨在一個220uF電容上方的10K電阻上，注意方向可別弄錯了。

在我所設計的DC SERVO直流伺服板中，考慮到幾個細節。首先，我利用獨立的穩壓IC，LM317/337，提供伺服IC穩定的電壓。根據2K/200的輸出電壓設定，LM317/337提供約正負13V電壓給OPA2314（雙OP）。為什麼樣這樣設計？首先，此伺服IC的電壓品質會影響音色（這是根據經驗得知），如果採用獨立晶體穩壓（如窪田式穩壓），未免佔用太大面積；使用穩壓IC，又怕品質不夠水準。折衷之下，我們決定採用Linear Technology製造的LM337/317，跟他廠的LM317/337比較之下，Linear Technology顯然價格高了數倍，但卻提供更可靠的穩定性與聆聽感受。反正一片板子僅用一對，供應兩聲道所需，應該不算太破費。

在設計上，我們希望DC SERVO板的供應電壓來自穩壓前，也就從濾波電容後汲取。這樣對前級而言，可以減少原有穩壓電路的負荷；對後級來說，則同時兼具允許更高的輸入電壓與避免後級功率輸出級大電流波動對小訊號OP穩定性的影響。DC SERVO板可以應用在多高的電壓下？以LM317/337所能承受的40V最高壓差為例，當LM317/337輸出正負13V時，輸入正負53~55V絕無問題。如果將供應OP電壓提升到正負18V（OPA2134上限），則可承受正負58~60V電壓。上述電壓值均經實驗驗證，請放心使用。

DC Servo 電源

DC SERVO電路板的安裝

這片DC SERVO電路板由於電路極為簡潔，幾乎可以用單面板完成。但試機過後，最後仍決定以雙面板為之。雙面板與單面板間的成本相去無幾，但質感卻好一大截，裝起來心情甚佳。

電路板上零件的安裝真是簡單得可以，電阻、電容都是個位數的，穩壓IC與OP IC也有明確標示。再次提醒各位的是，我們採用OPA2134來處理兩個聲道，因此只要一片DC SERVO板，就能解決一組立體聲後級或一組立體聲後級。

安裝DC SERVO板時，請注意R、C的設定。電路板上設定R=1M、C=0.22uF，構成0.67Hz的低頻下限。換句話說，當原有放大器拔除Cf與Cp之後，唯一限制低頻的關鍵，就是DC SERVO的R、C網路。我們採用的數值相當典型，早為美國Audio Amateur雜誌慣用，如果嫌0.67Hz的低頻下限不夠沈，可以依照f=1/(2*3.148*R*C)的公式計算出更低的下限。

有一個經常被問到的疑問是，加裝DC SERVO之後，是否就成為『直流放大器』了？這點很難說，因為DC SERVO放大器有低頻下限，無法放大直流電壓；但從另外一個角度來看，放大器已經拔除交連電容與迴授電容，並透過主動的方式迴授，是比較有直流放大器的味道。

無論如何，我想大家可以把DC SERVO的優勢擺在穩定的中點控制、省略影響音質的電容（特別是電解電容），在同樣的低頻下限上，DC SERVO可以使用遠低於迴授電容的數值，這意味電容品質的提升，與音質的強化。

以PH-113進行改機示範

DC SERVO可以用來修改前級、後級與D/A轉換器，我們這此將以國內最普及的套件PH-113後級為例，逐步將DC SERVO裝上：

PH-113後級並無所謂的輸出交連電容Cp，這部份可以不考慮。

先量測修改前的輸出中點電壓。將三用表探棒跨在輸出端與接地間，以直流電壓檔看看輸出中點電壓為何？應該在0.1V以下。量測後關機。

拆開機箱，將電路板上的220uF電容短路。如此一來，PH-113成為直流放大器，也放棄百分之百的直流迴授。

量測輸出端中點電壓。根據我們的實驗，此時中點電壓約為0.7~0.8V，視各機零件狀況而定。量測後關機。

將裝好的DC SERVO板裝在固定位置上。正負電壓與接地的標示非常明顯，請直接拉到濾波電容上。注意，此時先不把OP裝上。

開機，量測IC座八、四兩腳電壓，是否分別為正13.75V與負13.75V？有些許誤差無妨。量測後關機。

裝上OPA2134。此時DC SERVO處於可動作狀態，只是還未搭載於PH-113上。

DC SERVO板具有兩組端子，分別供兩聲道使用。將IN(A)接到一聲道PH-113的輸出端。我們的作法是直接搭在10K電阻一端，請仔細觀察，是接往輸出的那端。

再將OUT(A)接到PH-113的反相輸入端。我們的作法如前述，搭在10K電阻上，靠近330歐姆那端。所以，此時DC SERVO恰好跨在10K電阻上，請參考電路圖所示。

開機。量測加上DC SERVO後的輸出端直流，應該在1~2mV附近，非常穩定。順便量量未加上DC SERVO那聲道，輸出直流是否仍居高不下？量測後關機。（注意，如果沒有洩放電阻，請不要心急，務必在關機後數分鐘後，確定濾波電容電壓大致釋放後，才動手修改）

將另外一聲道也照樣修改，搭上DC SERVO。

開機測量，兩聲道輸出直流是否在1~2mV附近？如果是，恭喜，您已經完成加裝DC SERVO的任務！

加裝DC SERVO的PH-113(1)(2)

聆聽感受

過去，我們對DC SERVO的印象多半在於處理中點的穩定，然後讓放大器發揮近似直流放大的效果，很少在聲音上去做探討。早年仿製直流伺服放大器時，也都沒有進行DC SERVO加入/移除的比較，因此根本沒機會去深入瞭解DC SERVO對音質的影響。

老實講，加上DC SERVO的PH-113，在表現上截然不同，幾乎已到任何人可覺察的地步。連立民兄這種以討論電路架構為樂的人，都不得不對音質上的改變大感訝異。此時的PH-113，擁有傑出的解析度與透明感，細節非常豐富又不失自然，另外在低頻表現結實、層次明確，也非老PH-113的印象。

我們唯一能做出的解釋，就是DC SERVO的加入，省略品質較差的電解電容（即使是高價電解電容，也無法與一般小容量塑料電容相提並論），造成音質上的突飛猛進。