簡(jiǎn)單平衡的功放電路制作實(shí)例 - 全文

這里要向大家介紹的是一臺(tái)真正的平衡BTL橋接功率放大器的制作，這個(gè)放大器可以直接輸入XLR的平衡信號(hào)，也可以直接輸入RCA的單端信號(hào)，而不必經(jīng)過額外的電路去進(jìn)行轉(zhuǎn)換將RCA轉(zhuǎn)換到XLR信號(hào)。

　　一. 平衡技術(shù)簡(jiǎn)介

　　平衡式音頻技術(shù)已不是什么新鮮事物了。早在電話剛發(fā)明的初期它就已經(jīng)誕生，其應(yīng)用使得話音信息在作長(zhǎng)距離傳送時(shí)仍能保持很低的噪聲電平。而這也正是平衡式信號(hào)傳輸現(xiàn)在還被應(yīng)用在高檔音響中的原因：它允許我們以一種能夠抵制噪聲與失真的方式來傳送信息(音頻信號(hào))。兩組鏡像相對(duì)稱、相位相反的信號(hào)被同時(shí)傳輸著。也就是說，兩組信號(hào)所真正搭載的并非音頻信息，而是它們之間的電壓差。

　　為了獲得更高的信噪比、更大的動(dòng)態(tài)對(duì)比度和巨細(xì)無遺的分析力，在音響器材內(nèi)應(yīng)用平衡放大技術(shù)是不少知名廠家的必要手段，像Mark Levinson就是使用此項(xiàng)技術(shù)的典范，但他們的售價(jià)也是全世界最昂貴之一。

　　劍有雙鋒，只有在實(shí)際正確運(yùn)用的情況下，平衡式技術(shù)才會(huì)對(duì)音響器材的表現(xiàn)帶來正面影響。如果音頻信號(hào)兩個(gè)信號(hào)通路沒有做到精確的鏡像對(duì)稱，那么噪聲與失真便會(huì)加入到音頻信號(hào)中去，這時(shí)平衡技術(shù)反而成為影響音質(zhì)的致命原因。因此，要想發(fā)掘出蘊(yùn)藏在平衡式設(shè)計(jì)里的諸多好處，還須具備熟練的設(shè)計(jì)操控能力和慎重細(xì)致的電路結(jié)構(gòu)，而目前市場(chǎng)上一些所謂“平衡功放”并沒有應(yīng)用真正的平衡技術(shù)，只是簡(jiǎn)單地將兩個(gè)單端輸入的放大器組合在一起而已。

　　一臺(tái)平衡放大器實(shí)際是數(shù)臺(tái)放大器的一個(gè)集合體。因?yàn)闄C(jī)箱里的信號(hào)放大電路其實(shí)就是每聲道兩個(gè)對(duì)稱平衡放大器。這種“雙平衡”式設(shè)計(jì)在給前級(jí)提供平衡負(fù)載阻抗的同時(shí)，有效地抑制了共模噪聲與失真。而無論輸入是普通的單端RCA信號(hào)還是真正平衡的XLR信號(hào)，都會(huì)在這兩個(gè)平衡放大器輸入級(jí)開始首先被轉(zhuǎn)化為一對(duì)極性互相相反的雙端信號(hào)，然后再送到兩個(gè)放大器的輸出級(jí)。

　　平衡放大器的輸出是屬于BTL方式，可以輕易獲得高達(dá)數(shù)百上千瓦的輸出功率而只需要使用一般OCL功放電路的一半電源電壓，這樣使電容、三極管等器件選取自由度更大，在低電壓的工作環(huán)境下也大幅地提高了安全性。本機(jī)的輸出功率就高達(dá)300W/8Ω。

　　二.電路的具體考慮

　　本機(jī)電路如圖1所示，這是一個(gè)結(jié)構(gòu)相當(dāng)完善的電路。

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　　圖2 平衡輸入信號(hào)時(shí)的簡(jiǎn)圖

　　圖2是本電路工作于XLR平衡輸入信號(hào)時(shí)的簡(jiǎn)圖?？梢婋娐酚蓛蓚€(gè)放大器交叉連接而成，輸出的相位取決于輸入信號(hào)的相位極性，每個(gè)放大器均是差動(dòng)雙端輸入方式，因此本身有較好的抑制共模噪聲及失真的能力。兩個(gè)差動(dòng)放大器參數(shù)與電路結(jié)構(gòu)相同，輸出端的信號(hào)只是相位相反而其他特性一致，輸出到喇叭時(shí)將再進(jìn)行一次失真與噪聲的抵消，因此傳真度極高，能高度還原輸入信號(hào)的信息，而噪聲與失真均極低。

　　圖3是電路工作于RCA不平衡輸入信號(hào)時(shí)的簡(jiǎn)圖，由于輸入信號(hào)是單端式，因此有一個(gè)輸入端將被懸空，將這個(gè)輸入端與地短接可防止噪聲侵入。此時(shí)電路成為一個(gè)反相放大器與一個(gè)非反相放大器的連接的工作方式，合理選擇反饋參數(shù)，可令兩個(gè)放大器的輸出信號(hào)僅僅是極性相位，這一對(duì)平衡式信號(hào)再送到喇叭時(shí)依然具有平衡放大器抑制噪聲與失真的特點(diǎn)，相對(duì)真正平衡式輸入信號(hào)時(shí)少了一次抵消噪聲與失真的機(jī)會(huì)，但在性能上已是相當(dāng)優(yōu)越。

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　　圖3 不平衡輸入信號(hào)時(shí)的簡(jiǎn)圖

　　差動(dòng)式電路如果輸入端懸空(空載)，閉環(huán)增益會(huì)下降，某些電路有可能產(chǎn)生振蕩，而即使不產(chǎn)生振蕩，也可能由于前級(jí)的輸出阻抗未知而無法確定電路的實(shí)際工作狀態(tài)，因此在實(shí)際電路中不要單獨(dú)使用。在輸入端增加一級(jí)緩沖器是很有必要的。雖然這樣會(huì)使電路顯得更復(fù)雜。但卻令電路工作更穩(wěn)定。

　　圖1中的輸入級(jí)的緩沖電路是阻抗變換用途，無論接入什么樣的前級(jí)，都可以為主放大電路提供一組平衡式的穩(wěn)定低輸出阻抗信號(hào)，保證了主放大電路工作的穩(wěn)定與增益的對(duì)稱。此緩沖器工作于無反饋狀態(tài)，有必要使用性能優(yōu)異的電路去減少對(duì)音質(zhì)的影響。本機(jī)采用了渥爾曼式的緩沖器。

　　主放大器由兩個(gè)完全一樣的放大器組成，每個(gè)放大器又分別由兩個(gè)獨(dú)立的放大器級(jí)聯(lián)而成。位于輸入緩沖級(jí)后的是兩個(gè)差動(dòng)式電壓反饋型的放大器，負(fù)責(zé)將輸入信號(hào)(無論是否平衡信號(hào))均重新處理為雙端輸出式的平衡信號(hào)，送入下一級(jí)的電流反饋放大器。或許有讀者會(huì)認(rèn)為，從電路上看來，電流反饋放大器可以省去吧?是的，即使省去了電流反饋放大器，電路依然具有相當(dāng)好的音質(zhì)，但筆者經(jīng)過了不少的試驗(yàn)與對(duì)比，覺得還是采用這個(gè)較復(fù)雜的方式音質(zhì)表現(xiàn)更佳。電流反饋放大器具有高速率低失真(包括令人討厭的互調(diào)失真)的優(yōu)點(diǎn)，而由電壓反饋放大器與電流反饋放大器組成的電路，各自電路工作于最適合的方式下，再合理地分配增益，令各放大器均工作于低的閉環(huán)增益下，可以降低失真拓寬頻響。

　　電流反饋放大器是一個(gè)簡(jiǎn)潔而性能相當(dāng)好的電路，在本放大器輸入級(jí)進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換后，不像其他一些電流反饋放大器一樣使用電壓放大級(jí)進(jìn)行放大，而是使用一對(duì)上下對(duì)稱的鏡像電流傳輸電路。在理想的情況下可以將V/I變換后的電流信號(hào)無損地輸送到本級(jí)的輸出端，而實(shí)際上，即使不能使用理想的器件，只要對(duì)所用器件進(jìn)行一定程度的精確配對(duì)即可。筆者對(duì)比過使用相同器件制作的金嗓子A60仿制線路，A60線路在電路結(jié)構(gòu)上與本電路相近，只是在這一級(jí)使用的是渥爾曼式電壓放大級(jí)，本電路聲音顯得更細(xì)膩平衡。整個(gè)電流反饋放大器的開環(huán)電壓增益取決于本級(jí)的負(fù)載(I/V)電阻與V/I電阻的比值，閉環(huán)增益只有11.5dB，因此整個(gè)平衡橋接電路的總增益在輸入XLR平衡信號(hào)時(shí)為32dB，這是為了兼顧不平衡輸入信號(hào)時(shí)的增益，因那時(shí)增益只有XLR平衡輸入時(shí)的一半，即26dB。

　　電壓反饋放大器是一個(gè)屬于單級(jí)型的放大器，這種電路原來應(yīng)用于馬蘭士的獨(dú)門武器HDAM中，筆者對(duì)其小作修改，將開環(huán)增益降低到只有35dB，而閉環(huán)增益只有14.5dB，聲音表現(xiàn)就更活潑一些。此放大器處理的信號(hào)電平較低，因此可以使用±15V這樣的低電壓供電，三極管的功耗大大降低，可選取的型號(hào)更多，能夠很容易選擇到合適聲音風(fēng)格的三極管，低電壓下噪聲也會(huì)稍低。

　　輸出級(jí)采用三級(jí)達(dá)林頓式，具有更高的輸入阻抗，更低的輸出阻抗。在理論上，即使使用兩級(jí)達(dá)林頓式輸出級(jí)，電壓增益級(jí)也可以充分地驅(qū)動(dòng)，但音響是感性與理性的結(jié)合，音響制作有時(shí)不可單憑理論推導(dǎo)，還需要實(shí)際聆聽及調(diào)整，在同樣的電路器件狀況下，筆者多次對(duì)比過兩級(jí)達(dá)林頓與三級(jí)達(dá)林頓的聽感差異，三級(jí)達(dá)林頓的表現(xiàn)具有更寬的兩端延伸，低頻下潛極佳，有更少的音染，表達(dá)不同速度的樂曲輕松自如。而兩級(jí)達(dá)林頓也有其優(yōu)點(diǎn)，由于高低頻延伸相對(duì)差，突出中頻的韻味，低頻量感稍少，容易獲得結(jié)實(shí)、拳拳到肉的低頻效果。這并不代表兩者孰劣孰優(yōu)，愛好者可以根據(jù)自己的主觀喜好去選擇不同的方式，正是濃妝淡抹總相宜。

　　輸出管的數(shù)量影響聲音的厚度與平衡度，這不僅在于本電路，其他電路方式時(shí)也有同樣的影響，當(dāng)使用單對(duì)輸出管時(shí)，聲音相對(duì)稍單薄，低頻量感、重量感不足，卻凸顯了中高頻的韻味，這就是為什么有愛好者會(huì)認(rèn)為一些歐洲產(chǎn)的小功率功放聲音優(yōu)美的原因。本機(jī)的目標(biāo)卻不是要凸顯某段頻響的聽感，而是要盡量全面表現(xiàn)音源中的細(xì)節(jié)，因此需要有充分的驅(qū)動(dòng)力去驅(qū)動(dòng)大多數(shù)的音箱，每橋臂使用3對(duì)輸出管并聯(lián)是最低的保障。

　　本機(jī)使用了并聯(lián)穩(wěn)壓電路，如圖4所示。筆者制作過不少電路方式的穩(wěn)壓電源，以這種方式聲音最平衡，傳真度更好，且電路簡(jiǎn)潔。過去筆者常用一個(gè)LED發(fā)光管輔以一個(gè)三極管改二極管進(jìn)行溫度補(bǔ)償，輸出電壓受溫度影響的變化率只有5‰，達(dá)到極佳的水平。愛好者或許會(huì)發(fā)現(xiàn)本機(jī)的穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)穩(wěn)壓源只使用一個(gè)三極管改成的二極管，這樣勢(shì)必令輸出電壓受溫度上升而下降，但考慮到功放電路對(duì)電壓值要求不高，調(diào)整時(shí)以穩(wěn)定后的電壓為準(zhǔn)就可以，而這樣一改，音質(zhì)相對(duì)純凈，中低頻厚度與力度也有改善而高頻的細(xì)節(jié)重放并未因此受到影響，整體音質(zhì)更細(xì)膩。這同樣體現(xiàn)到音響感性的一面，不能單純地看指標(biāo)，還需要更多的聆聽與實(shí)踐。

　　越來越多的愛好者在制作時(shí)都會(huì)很注重電源，這是一個(gè)正確的方向，所有信號(hào)的產(chǎn)生都源于電源，因此要將電源與音頻放大電路同等看待。注重電源并不是簡(jiǎn)單地增大變壓器、濾波電容的容量，這樣只保證了電源可源源不斷地向負(fù)載提供能量，但在電力污染嚴(yán)重的國(guó)內(nèi)，這樣的電源就像是渾濁的水而已。雖然一些久負(fù)盛名的機(jī)器也只是這樣做，但在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，電力污染就不如國(guó)內(nèi)嚴(yán)重，因而需要因地制宜使用穩(wěn)壓電源可以凈化電源，這是不可缺少的。筆者過去曾(其他電路)對(duì)比過不使用穩(wěn)壓電源、使用穩(wěn)壓電源、使用電池供電的功放，發(fā)現(xiàn)不使用穩(wěn)壓電源的聲音最朦朧，細(xì)節(jié)少，使用電池時(shí)聲音清晰，細(xì)節(jié)豐富，瞬態(tài)反應(yīng)好。使用穩(wěn)壓電源效果接近于使用電池，這說明電源的干擾并不能單靠簡(jiǎn)單的濾波而消除，電源干擾令音質(zhì)變得不清晰，小信號(hào)會(huì)因此被淹沒。

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　　圖4 并聯(lián)穩(wěn)壓電路

　　三.得到的結(jié)果

　　本機(jī)的電路相當(dāng)成熟穩(wěn)定，因此制作時(shí)只要元件無誤，成功率是100%，不必?fù)?dān)心會(huì)出現(xiàn)振蕩而需要調(diào)整的情況出現(xiàn)。元件選取方面，希望使用一些品質(zhì)較好精度較高的器件，電阻用Dale就不錯(cuò)， 反饋上的電阻最好用Hocle，各三極管最好配對(duì)使用，小三極管用BL檔。變壓器每聲道用一個(gè)650W的環(huán)牛。

　　通電前先將輸出級(jí)偏置電路的可調(diào)電阻調(diào)整到阻值最大，用有限流功能的直流電源對(duì)電路通電測(cè)試，確認(rèn)沒有問題可按上變壓器，每個(gè)輸出管工作在50mA時(shí)聲音已經(jīng)相當(dāng)棒，超過很多的純甲類放大器了。輸入使用了一個(gè)平衡插座、一個(gè)反相輸入RCA插座與一個(gè)非反相輸入RCA插座，因此在RCA輸入時(shí)可以從不同插座輸入而有相反的輸出相位，像一些DIY的膽DAC、膽前級(jí)等，如果是使用單管A類，SRPP電路等相位差180°的，信號(hào)從本機(jī)的反相處輸入會(huì)重新獲取正確的相位。在使用RCA輸入時(shí)將沒有使用的RCA插座上插上一個(gè)已內(nèi)部短接的插頭，可減少由于輸入空載而感應(yīng)到的噪聲。