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........