FIGARO.2

費加洛二代耳機(綜合)擴大機

 

梁中鍔

2004-07-155

Figaro.2是全推挽耳機(綜合)擴大機,這是我第一次供應、也是最後一次供應全推挽後級放大器套件,以後若想嘗試全推挽後級的聲音,就只有購買成品機。至於前級放大器,本公司的產品大多都是全推挽設計。Figaro.2是依循舊Figaro《費加洛》型號,原本是針對耳機使用族設計。因我認為耳機阻抗雖然比喇叭高,但大多也是幾十或百來歐姆,故耳機放大器理應就是一台小功率綜合機。至於前級擴大機能不能接耳機?超A類的前級也不行,不管你是30mA還是300mA,不行就是不行,因典型前級的輸出負載阻抗太高。當然高阻抗耳機也表示需要較高的驅動電壓,建議你600歐姆的耳機,請接到後級擴大機的輸出。

關於「全推挽」這三個字

現代電晶體擴大機,若是後級,其輸出端99%SEPP單端推挽放大架構。電晶體與真空管在特性上有諸多不同,例如前者是電流放大元件(FET除外)、後者是電壓放大元件。但就推挽放大來說,由於電晶體有NPN-PNP互補元件,可施加正、負電壓,先天上比較有利,真空管就沒有相對應的元件。

若是輸入端,目前仍然以「差動(單差動或雙差動)」架構為主流(也有人將差動放大說成微分放大),使用元件可以是雙極電晶體bi-polarFET。其恆流源的設計也有多種變化,可以用電阻、電晶體或CRD。其他輸入架構則有「單端」及「推挽」,或是在差動之前先接單端,或是在OP放大輸入之前先接一組推挽。

自愛迪生發明燈泡以來,電子學的演進至今已超過一百年。在上千種的電子學教材中,你可能很難、甚至根本找不到「push-pull input」這個詞句。至於將中文推挽輸入推挽輸出相加成為「全推挽」,則是梁某人自創的名詞!因此當你和John CurlNelson PassMarshall Leach、金田明彥、窪田澄司這些國外音響大師討論全推挽All Push-Pull電路設計時,他們一定都滿頭霧水,因為完全聽不懂。

筆者進入音響界已超過26年,自認對國內音響圈也有些微貢獻,例如「影碟機」這三個字就是筆者首創。某些元件,在國內也是我率先引進,如NE5534ANMPS8099/8599ZTX653/753。好幾年前,筆者在設計某款前級,為了防止錄音閉環路,曾發明一種三段開關接法;由於線路接法曾刊登於《音響技術》雜誌上,故此設計也一直被國產中榮音響拿來用在他們的前級上。

現在,全推挽這三個字也被其他DIY迷當成電路專屬名稱。沒關係,任何人都可以用,這也不是梁某人的專利;只是當我看到別人也推出「全推挽前級放大器」套件時,心堨蝷ㄖK一陣得意,梁某人果然是有影響力。

回授路徑(腳位)不同

拿本機後級的推挽輸入與小金剛三代雙差動輸入做比較,推挽輸入還簡單些。我們先看差動模式,單差動時,左邊晶體的B腳接輸入訊號,右邊晶體的B腳接回授訊號。左邊晶體的C腳輸出是有用的,要去推下一級,此為差動放大;右邊晶體的C腳輸出卻不是我們要用的,此為共模放大。差動放大增益與共模放大增益的變動比,就是共模拒斥比CMRR,其值愈高愈好。

再看Figaro.2的推挽輸入,兩只互補晶體的B腳接輸入訊號,但回授訊號卻是回到兩晶體的E腳而不是B腳。故差動放大是電壓回授推挽放大是電流回授。而且推挽放大沒有共模拒斥比CMRR的問題,輸入阻抗也比電壓回授高。但這並非意味推挽輸入的聲音表現百分之百優於差動輸入,這還得看設計。但我個人認定:放大器音質良窳,泰半決定在線路的設計與規劃;那些只會以換電容、換fuse、換線材,或是換焊錫,企圖來「改善」聲音的人,肯定是對電路外行。

我們看Figaro.2的後級輸入,以Q32舉例說明。這是標準共射極放大結構,訊號由基極輸入,由集極輸出。射極接有恆流源,但採最簡易的方式,目的是降低成本。R37提供Q32電流,若不考慮R41的壓降,R37的端電壓就是:(-Vcc)-0.6V。而0.6V就是Q32的射極電壓,同時也反應在R36上。

由於R36會造成恆流源的分壓,故我們安排R37的電流就要考慮加上R36的分壓。假設我們讓Q32流過1mA電流,R36600R(正好1mA分流),那R37就要供應2mA電流。若電源變壓器次級電壓為18V,整流濾波後約25.2V。計算一下:(25.2V-0.6V)/2mA=12K3,這就是R37的阻值。

或許你會奇怪,零件表上的R3712K1,這樣子電流不就超過2mA?並非買不到12K3改用12K1,而是扣除R41的壓降後,R37端電壓不到25.2V。如果你量出這個電壓接近或超過25.2V,那表示府上AC電壓偏高─以上是變壓器18V輸出;若變壓器次級電壓降低,此數值也會降低。

Q33Q34是電壓放大級,也是標準共射極放大結構,其特點是電流增益低、電壓增益高,輸入與輸出反相;其電流由R39R40提供。併接在Q39集極、射極接腳的C36可增加熱補償電路的穩定性,此電容宜選用低漏電流、低內阻品種,我個人認為以OS有機半導體10~25μF為最適用,其次是鉭質電容。

在我寫的其他文章中曾提到,恆流源應該採高阻抗設計,特別是輸入級,我們希望它的工作狀況穩定,因此最好能施加穩壓。前述R37提供Q32電流,但它不是很穩定,會隨著AC電壓變動而變動。若不施加穩壓電源,又想有高阻抗特性,最簡單的做法就是將R37R38改成恆流二極體CRD。恆流二極體在某段電壓狀態下,其電流值不變,也就是說它的線性度很寬,不易受電源變動影響。CRD的動態阻抗雖非固定值,最高可達數M,但最低也有數百K。不是只有日本石塚電子生產CRD,美國Motorola也曾經生產CRD,價格是日製品的5~6倍。但美製品誤差率低於±10%,而日製品則接近±20%

若是將R37R38改成恆流二極體,那CRD是否需要配對?其實也不需要,將電路搞懂,當CRD不呈現理想值,只要變動R35R36即可。VR31負責輸出直流電位0V調整,若R38提供2mA電流,就會在VR31上產生1V壓降。試樣品機時,VR11K,發現range太大,很不容易調整,故改成500R

輸出中點經常不是0V

在本人這幾年推廣全推挽的「淫威」下,很多人還是不敢輕易嘗試,因中點經常擺不平。前級有交連電容隔絕直流倒還不困難,也沒什麼技術性,但後級呢?有人想到在回授路徑加DC servo。也有這種說法:全推挽難搞,晶體都要配對。誰說的?不全然對,事實是─配對也不一定有用

電壓回授與電流回授不同,所以在Figaro.2後級電路圖中,回授電阻R38是直接下地。但在小金剛電路圖中,回授電阻是串接一只「提供100%直流回授」的無極性電容才下地。因此就輸出中點的控制,推挽輸入比差動輸入強。可是在實際製作、測試時,你又會發現全推挽的中點DCV真的很難擺平。

配對挑選沒多大作用,將R38下地腳焊起,也串接一只無極性電容,也沒用;而且有違全推挽的原始設計。事實上,我原本對Figaro.2的後級線路有點擔心,因為它是簡化版的全推挽線路,害怕將來要花很多時間在維修上。我想做的交直流20周年紀念後級,不但是FET推挽輸入,對於交流、直流回授,都有較佳的防護與設計,因此線路也比較複雜。但不可能套件化,因為麻煩會很多。

這奡﹞J一段話:20013月號日文《無線與實驗》雜誌上有台NISSHA YN-2002M後級擴大機報導,我對此品牌完全無印象,但卻訝異它的價格─42萬日元!因此機的內在、外在都不突出,若是SonyPioneerYamaha製造70WÍ2後級,理應不超過7萬日元(698)。看其內文敘述,又看不懂,但卻認出幾個片假名─FET push-pull。原來此機是FET推挽輸入結構,驗證了全推挽不容易搞得好,一旦搞得好,就要花大筆錢才買得起。

本機之組裝應是從前級開始,你可以一次將板子上的零件焊妥,穩壓的V+V-與放大電路不通;當±16V調出來後,再用剪下的電阻接腳將孔洞短路。前級電路板以2公分銅柱騎在後級電路板上。注意前級電源輸入的GND是另外引線至後級電源端的GND,若前級V+/GND/V- 都以銅柱鎖在後級電路板上,會有哼聲。

功率及驅動晶體先往上彎腳,插入電路板並固定妥當後(功率晶體要墊雲母片)才吃錫、剪腳。熱補償晶體Q39是和Q37用長螺絲鎖在一起,這種作法最穩定,功率晶體不易發生熱跑脫。不過在實際test時,竟發現本機會熱跑脫,而且還是由中點電位所引起!

前、後級兩片板子都固定好後,記得將前級輸出端的下地電阻R17剪掉。上電前確定後級電路板上未裝保險絲,四只SVR也都轉至中位置。上電後以電表DCV10V檔量任一只33 R限流電阻的端電壓,應不超過5V。試轉VR32,此電壓值會變,將兩只VR32皆轉至電壓最低位置,一是右旋到底,一是左旋到底。

先不管測試與調整,因為事情大條了!當Figaro.2完全套件開始銷售後,陸續有網友在討論區提到Figaro.2會震盪!當輸出只接一隻喇叭的時候不會,若兩隻喇叭都接上,則震盪出現,導致偏流升高、功率晶體發燙。

曾接上一只喇叭試聽

當我要推出前級套件時,一定會用訊號產生器及示波器測試樣品板。若是後級套件,一定還會接上喇叭試聽。小金剛.3及麥格農.2都是單聲道機種,但費加洛卻是立體聲設計。看到網友留言,原先也頗訥悶,然後才想起當時只接上一隻喇叭試聽。連忙再try手上的樣品機,老天,真的有問題!

總要找到原因,既然接耳機沒問題,接一隻喇叭也OK,那就應該與線路無關。左思右想,我認為大致上問題應該出在PC板的lay out不十分正確。第一是輸出端很接近輸入端,第二是V+V-的供電是由前往後,應該是由後往前。事實上,查看三代小金剛後級PC板,你會發現它的輸入、輸出接點很接近,理論上應該避免,實際操作卻也無事。於是將樣品機惡整,切段好多處銅箔,將V+V-拉到後級輸出晶體附近,但接上兩隻喇叭後,依然偏流昇起!

再搜尋第三個原因,可能是地線或接地佈局所引起。這要改就很麻煩,最好的方法就是PC板重新lay out。若改成差動輸入電路,雖處理更簡單,但失去特色,我還是認為全推挽輸入的聲音表現較優。所以決定不再弄新的電路板,將Figaro.2前、後級拆開供應。前級也是全推挽,PCB+立體聲材料1,750元;後級則配合機箱做成耳機專門放大器,4,500元,背板上的四只喇叭座插孔全空著。

並將變壓器由18V改成12V,但就算是這樣,若不接衰減電阻,還是有可能會對耳機造成傷害,因大多數耳機的效率都在95dB以上,承受功率卻在1W以下。組裝的困難度很低,電路板的SP GND以銅柱接機箱底板,此即全機之一點接地。

上電前,fuse不裝,2R31皆轉至中間位置,靠近面板R32逆時針左旋到底,靠近背板R32順時針右旋到底。上電,並以電表DCV檔量取任一枚RA限流電阻的端電壓,此時電壓應不超過1V。試轉兩只VR32,電 壓讀數會增加,表示組裝大致沒問題;再調至最低,關電。      

裝上保險絲,以電表DCV最低檔0.1V量取Q37Q38E腳。上電後應無電壓,慢慢旋轉VR32,讓電壓升至18mV;建議你準備兩只指針式電表同時調整兩聲道。一段時間後,溫度會升高,再回調至10mV。再次呼籲:電表並不貴,比發燒電容便宜多了,但能讓你工作順暢。那種以一只數位電表走遍天下的diy迷,我是衷心佩服,因為這種人是高手中的高手,所以裝機出問題請不要找我

靠近內側的兩只VR31是調輸出中點,全機配線完成後才量輸出端調中點;調至0V可能會有略微漂移,但並不影響聆聽品質。為了要好調,亦可自行將VR31換成多轉式。所謂輸出端是指未經衰減電阻之前,將DCV調至愈低愈好,這樣一旦將耳機接上,中點就會是0V

我的建議是:組裝及調校完成後,頂蓋先不要套上,接上訊源、耳機,好好操它三小時,然後再調整偏流及中點,這樣才算大功告成。此放大器耗電不高,就算不聽,也不必關機。

什麼時候需要使用耳機?第一:你不想被別人吵;第二:你不想吵到別人;第三:想聽到沒有聆聽空間混雜的直接音。但很不幸的,耳機從來沒有在音響市場上大放異彩過,故地位很低,一直未受到重視。市場上銷量最大的是耳塞式耳機,有的一付不到台幣100(貴的也有800),年輕人買來聽MP3也很樂。

我以前也買過頭戴式耳機,但沒有專用擴大機,不是接影碟機就是接錄影機。兩年前買了Grado SR80,聽說音質很棒,但也從未感受過多棒。其實道理很簡單,在影碟機或CD唱盤上的耳機輸出孔,並非以音質取向,故內部電路能省就省。接上1000元和5000元的耳機,聲音聽起往往差不多,但卻可能會讓音響迷產生錯誤印象:耳機的聲音差別不大,沒必要買貴的。

Grado SR-80曾被美國Stereophile雜誌評鑑為「當年最值得買的器材」,不可否認,我也受到這本雜誌的影響。但當Figaro耳機專門放大器裝好後,卻發現SR-80表現平平;雖然透明度高、細節也多,但與聽Dynaudio三音路喇叭相比,爆棚力卻還差一截!好耳機怎麼會不如喇叭?

與越點音響商量,借來兩隻高價耳機,一是Grado SR-325,一是Beyerdynamic DT-911。接上Figaro放大器,這才發現SR-80SR-325相比完全是天壤之別!SR-80只能丟給兒子接電腦音響玩。而兩天試聽下來,911也完全不及SR-325;於是立刻購買一付SR-325。我並非認為Grado SR-325天下無雙,事實上Grado還有兩款更昂貴的機型。但沒辦法,借不到別廠牌的耳機,若真的知道某耳機音質超正,也只能望洋興嘆─超過台幣20,000元的也不少,但我買不起。

Figaro耳機專門放大器不是限制器,它的分辨力強,配上一付好耳機,要與擴大機+喇叭組合相比,相信嗎?後者至少要30萬元!

這兩天有幸聽到AKG K-501Grado最頂級的RS-1耳機,毋庸置疑,K-501先被淘汰。至於同廠牌的SR-325RS1相比,或許透過一般耳機放大器,兩者差異不大,但Figaro.2卻將RS-1的優點表現出來。木頭框的RS-1確實是高品質耳機,顆粒很細(這是什麼形容詞?),好像奧黛莉赫本;SR-325就比較「衝」,好像馬丹娜。但是考慮到新台幣,SR-325C/P值很高,還是可以買啦。

想做第二代耳機放大器

網友看到此文時,Figaro耳機放大器已全部售完。購買過的消費者對此機讚不絕口,完全無哼聲、無雜音,但對元山牌機箱卻無好評。我知道有些5萬元的耳機放大器成本還不到3000元,但國人「進口貨萬歲」的舊觀念依然未改變。就好像萬隆製作OCC單結晶線材供應不同的公司,出廠價雖相同,但賣價不同,似乎愈貴愈有人買。

不發牢騷,且說聆聽音樂,用耳機聽與用喇叭聽有何不同?想聽較純淨、細節較多的樂音,應該選用耳機。因為耳機傳送直接音,沒有受到空間(聆聽室─客廳)的影響。但考慮以喇叭聆聽時,我們右耳會聽到左右兩隻喇叭發出來的聲音;同樣的,我們左耳也同時會聽到左右兩隻喇叭發出來的聲音。當耳朵被耳機罩住,這就產生遮蔽作用,左耳只聽到左聲道,右耳只聽到右聲道。會發生何事?所謂很寬、很深的音場,全聽不到了。

這也解釋了有些發燒友就是不聽耳機,因為聽起來的感覺完全不同!還有一個原因,耳機還是不耐久戴,長時間並不舒適,尤其在溫濕的台灣,泡綿很容易爛。關於聽感部份,為了讓「聽耳機」有「聽喇叭」的感覺,國有人設計一組RC網路,利用延時來模擬反射音,以得到寬廣之音像。我想再做耳機放大器,Figaro線路也再度修正,將更為穩定、複雜些。機箱為全鋁製作,同時也加上RC音場擴展線路,並以6P小開關做ON-OFF比較!敬請期待。