2008年5月15日 星期四

有增益的訊號線--part 1

2006/0520

引子

話說某位大師設計了一個IPT輸入的無增益後級, 在他談論此設計的過程中,提到了這位不平凡的女性設計師:Susan Parker。Susan的設計概念,跟一般的晶體機設計大相逕庭:她使用輸入變壓器跟輸出變壓器,中間只有兩個N channel的Power MOSFET,源極推挽輸出推動輸出變壓器。在她的副標題上寫著:"The perfect amplifier is wire with gain",“有增益的訊號線,就是最佳的擴大機”。

她列舉了這種架構的優點:

  • 零負回授
  • 平衡,隔離的輸入與輸出
  • 調整輸出變壓器,可推動不同阻抗的揚聲器
  • EMI/RFI的表現佳
  • 低電壓工作,沒有危險的高壓
  • 僅需兩個主動元件達成推挽
  • 零件少,產生噪音機會低 (150 dB S/N比)
  • 信號路徑上無電容
  • "直接"從輸入接到輸出


有關Susan的 "Zeus" 後級擴大機,請參考:
http://www.susan-parker.co.uk/audiophonics.html

不過這樣的擴大機架構,雖然減少了放大級數,拿掉了負回授,但是不見得比較好弄,原因是輸入跟輸出變壓器不易取得,要不就是價格居高不下。針對這一點, Susan也提出了一種解決的方法:使用環型電源變壓器。因為她這個架構不會有直流通過鐵芯,所以一般的電源變壓器就可以適用於此處。當然,頻寬跟相位 移,就無法跟特別製作的IPT/OPT相比。請見:
http://www.susan-parker.co.uk/zeus-toroid-amp-1.htm

我也曾經想要試試看這個東東,但是想到巨獸般的散熱片跟變壓器,頭就發漲,想想就先算了。

小功率到中功率

這幾年小功率單端管機挺盛行的,小小一隻5687或是6C45π,可以榨出1W左右的功率,而且製作簡單,零件又少,音染低,成功率高,漸漸從小眾走向市場。小弟自己也有一部5687直交單端機,真的很迷人。

不過我一直在想,這種機器的功率真的算是很低,有時想要聽爽一點,好像就搔不到癢處;再者,功率也浪費得很兇,大概只有25%的利用率,這還不算燈絲的消耗喔!

如 果,把6C45π拿來作成推挽機,會是怎樣的景況呢?想著就覺得很有趣......不過有一個問題:一般的PP真空管機,使用的功率管,需要比較大的電壓 擺幅來推動,所以前面通常都會有放大級跟倒相級,那個放大的級數大約都是幾十倍;而6C45π的柵陰壓最大也只有-4.5V,前面如果要用真空管,好像並 不是太好處理,放大倍率大概只能是3-4倍,還要有倒相......難不成用300B或是2A3推6C45π?另一種選擇是用OP加上類似DRV134之 類的不平衡轉平衡的方式來達成目標,只是要另外加上電源,架構也變得複雜多了。

看到Susan的架構,連結到6C45π PP這裡來,嗯,沒錯!用輸入變壓器,不平衡轉平衡,並且放大訊號,就可以很簡單的達到目標!

每次想到東西,習慣就上網查查看,唉,果不其然,早有人這樣想過或是玩過了:
http://ekingsbu.users4.50megs.com/pi.html
http://digilander.libero.it/paeng/one_tube_design_page_CIRCUITS.htm#Push-Pull

不過,倒也建立了我的信心,這樣搞應該沒問題的。


偷雞


既然架構OK,那要如何進行呢?首先得找到IPT跟OPT才行,那可是關鍵元件。問了一下小陳兄,他手上有5K的PP OPT,不過沒有1:3的不平衡轉平衡輸入變壓器,要訂製才有。我自己把這個機器定位為實驗機,所以能不花到錢,就先不要浪費。投機取巧的辦法就是:用現 成的環型電源變壓器!剛好手上有這個東東:

環型金屬外罩密封變壓器

他的規格是:初級 0-100-110 X 2,次級 17-0-17,所以把他的次級拿來當成不平衡輸入,初級變成平衡輸出,剛好是1 : 3+3(34V : 110V + 110V)的輸入變壓器,妙吧!輸出變壓器就先跟小陳拿了。

電路圖請看:(按下可看大)



輸入的電阻跟柵極對地電阻,是暫時的,這部份還要實驗;陰極電阻大概47R-50R都可以,柵陰壓大概是-3V,這樣6C45π推挽工作於AB類,可以擠出 比較多的瓦數。電源用真空管整流,5AR4/5R4/5U4等等都可以用,也可以跳兩個高壓二極體變成二極體整流。Choke-in整流,降低漣波;降壓 電阻都是暫時抓的數值,還要調整,或許可以換成choke。

其他的元件不多,6C45π我有一些庫存的OTK管,電阻電容管座當然也有不 少,電源部份有一個庫存的環變,265-0-265的高壓,12-0燈絲,自己再用OCC線繞了一組5V的燈絲給5AR4/5R4等等整流管用。裝箱也不 成問題,就用DZ的木框跟DS的鋁板,自己挖挖洞。看圖囉!

已經挖好洞的鋁板,鐵芯跟管座等配件裝上去。


裝好的模樣。


放大部分,真是簡單無比,連搭棚架都不用。多開的兩洞留給正式的輸入變壓器。


B+電源,100uF上並一顆0.01uF小電容。


輸入電容,二手的BHC電容。


電源變壓器,沒記錯應該是ABweb的,加繞的5V橘色OCC線是電阻小鋪的。


小陳的5K PP變壓器。


頂視圖,黑色Choke是Look-T羅老師的,不震不哼。


這個角度還不錯看~


6C45π,糊糊的字就是OTK2。


更近的照片。


幾張燈絲亮起的照片。



測試?


本來想用示波器看看的,不過好奇心戰勝了科學,決定先接上喇叭來聽聽看。在此之前,先確定工作點是否正確。原來想要給B+約220V,結果壓降比想像中高,大約195V左右;因此柵陰壓實測是-2.5~-2.6V間,比-3V低了些,但是一樣工作無礙,只是輸出瓦數較小。

先用恆流源負載的6H30來推推看.....嗯!有聲音!還不賴,高頻有點糊,低頻很怪,音量要轉到超過一半.......應該是前級輸出阻抗太高,以致於產生了分壓作用;加上輸出電容太小,低頻不見或是變得很......

於 是再換上Dynalo耳機擴大,純晶體推挽,輸出阻抗低於50Ω,應該還不錯。哇!音色差了很多,高頻從糊變得亮,但是雜質很多,低頻有量感了,可是質感 不好。不過,音場變得很寬,中頻的密度跟音色都相當不錯,但是,好過高低頻太多,以致於中頻變得太突出......遠遠聽倒是相當舒服的!能量當然比單端 的5687多的多了。

所以,再接下來的工作,就是測試了。

to be continued........

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