浴火重生

单端甲类前前级放大器
文 · 许统原

图一

玩过动圈唱头的朋友都知道,动圈唱头的输出电压都非常低,一般为0.1mV到0.5mV之间。如果是Ortofon动圈唱头,其输出电压更低于0.1mV,因此必须经过放大器放大到3mV至5mV之间,才能有足够的电压来振动唱头等化放大器(Phono Amp)。从唱头前前级经唱头等化放大器和10倍放大器(Line Amp),整个放大倍数为一万倍左右!因此,只要前前级有一丁点杂音,便会被放大一万倍,后果将非常之可怕!

一般的前前级放大器都采用升压器(transformer)或晶体管(transistor)放大器。升压器因其物理特性,本身不会产生杂音,不过它很容易受到周边环境中的电磁波和升压器磁饱和的影响,虽然可以用多层屏蔽来减少其影响,但造价会很高;晶体管放大器最大的缺点是自身的杂音,如何设计和挑选合适的晶体管来制造前前级放大器是一大挑战。

从1970年至1990年,这段黑胶唱片的黄金时期,小弟玩过许多设计优秀的动圈唱头前前级。在升压器方面有Head、Mitch Cotter、Fedility Research AGT 5银牛、Denon、Ortofon T2000和T3000、Supex 1000、Thoren等;晶体管前前级则有Cornad Johson、Denon 500、Benz Micro、ZYX Marcof、Ortofon MCA76等。在众多的前前级当中,最后只留下Head和FR这两个升压器坐镇,其它都卖掉了。

图二

在1970年尾,小弟依一音响杂志所发表的文章制作了一个单端甲类前前级,想不到的是,这个线路非常简单的单场效晶体管(FET,Field Effect Transistor)竟然把Head和FR拉下马来!曾经玩过这两个名升压器的朋友都知道,这两个设计优秀的升压器在当时的售价将近千元新币,要胜过它们不是件容易的事。

原本以为可以一劳永逸,谁知道这小家伙有一最大的弱点,就是必须要用电池供电。当时,许多人尝试用其它的供电方法,但始终无法克服“哼声”(Hum)和杂音,最后不得不用回电池。

这单端甲类前前级放大器的耗电量相当高,因此须不时更换电池,有时开机后忘记关机,隔天电池便没电了。记得当时小弟用的是Eveready Supper Heavy Duty(黑猫)9 V四方形电池,一粒是$4到$5,4粒电池就要20元左右(当时一碗鱼丸面是5毛钱,20元可吃40碗面)!如果一天用几小时,那一个月下来可不是小数目,因此非常之肉痛。有时因事忙没开机,电池也会损坏。最终,小弟只能将这又爱又恨的家伙给雪藏起来。

今年5月中,好友TS Lim告知有关“开机电源”Switching Power-Supply在放大器上的应用,尤其是用在单端甲类前前级里更是非常理想,于是这部只能用电池供电的前前级在三十多年后的今天得以重见天日。

开关电源一直以来给小弟的印象是不适合用在高品质音响放大器里。如果没记错的话,Jef Rowland的一些功率放大器是采用开关电源技术,其它还有D类放大器和电脑的音响放大器。但我相信,使用开关电源技术在Hi-End放大器里将指日可待。

目前一般工业用的开关电源还不能用在音响放大器里,主要的原因是杂音太高,微涟波(Ripple)也很高;而专业仪器用的超低杂音开关电源,效果则好得多,其杂音可降到10mV左右,但要用在单端甲类前前级放大器里还有段距离,最重要的是其杂音必须在0.01mV以下才行。

经过几个月的等待,这部适用于单端甲类放大器的超低杂音开关电源(图一、图三)终于拿到手。从卖相来看,它和一般的开关电源没有两样,有关它的技术指标说明书也没附上,到底是龙是蛇唯有接上放大器后才有分晓。

一般开关电源的杂音都是来自开关频率,大约是40kHz至200kHz(这杂音可经过一级高频滤波器给过滤掉)。这开关电源接在小弟的单端甲类放大器时给我的第一个印象是非常宁静,一点杂音和“哼声”都没有。单端甲类放大器的最大缺点是CMRR(Common Made Rejection Ratio)非常差,对外来干扰的排斥非常之差,而电源变压器对50Hz频率没有隔绝的作用,因此单端甲类放大器对所有采用电源变压器所产生的50Hz频率非常敏感,而这50Hz杂音经过唱头等化放大器放大100倍(20dB)后便造成可闻的“哼声”。凡读过小弟上回介绍的唱头等化(RIAA)的工作原理就会明白在唱片的刻录过程中,要把低频压缩100倍,才能得到唱片所需的储存空间(时间)。而开关电源的工作原理刚好相反,其杂音是高频而不是低频,高频在经唱头等化后被压缩100倍,本来的杂音频率(40kHz到200kHz)已经不在人耳所能听到的范围,这杂音再被压缩100倍后更是低不可闻。

单端功率放大器如300B、2A3、245等大家都玩过,对其高贵音色和音乐感印象深刻,而单端甲类放大器也拥有同样的特色。图二是这放大器的线路,想要试制的朋友可能有些困难,主要是Toshiba 2SK147场效晶体管在二十年前就已经停产,不过大家可以上网碰碰运气。

除了2SK147外,2SK369和2SK146(一对2SK147)也可应用在这里,如果是2SJ72或2SJ73的话,只要把供电由正压改成负压便可。

图三

2SK147因ID的电流量(Drain Current)的不同而有三种规格:2SK147G为5mA至10mA、2SK147BL为8mA至16mA、2SK147V为14mA至30mA。在考虑了低讯号的“工作线性”后,2SK147BL是最佳的选择。当VD(Drain Voltage)的电压为10V,ID的电流为5mA,负载电阻Rg为100Ω,频率为1kHz时,这晶体管的杂音为1dB,最高2dB。

为了发挥这放大器的最高性能,Rg、C和C1都要小心选择,基于2SK147的输入阻抗非常高,因此只要改变唱头负载电阻Rg的阻值,便可配合不同输出阻抗的动圈唱头。至于唱头的负载电容C1则由三个部分组成:放大器本身的输入电容Cg(2SK147为75pf)、唱臂输出讯号线的潜布电容CS(产商提供)和唱头的最佳负载电容CL(电唱头生产商提供)。最后计算出:

C1= CL- Cg - CS

所有电容都必须采用高品质MKP(Metalize Pdypropylene)型电容才可。目前,此放大器是小弟的压寨之宝,欢迎大家来PK。

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