轉帖一個 ---與John Curl談功率擴大機----或者對我們DIY有點幫助

hifiyeah

难得糊涂

ranlu123

看了文章感觉不错，就是看的比较累，为方便大家阅读，我改成了简体

与John Curl谈功率扩大机
张幼良
大多数醉心扩大机制作的朋友，相信都会有这样的经验：当制作技巧日益成熟之余，或制作的技术指标不断升高时，往 往会产生一个疑问，究竟「技术指标」是否真能反映出扩大机 的品质？是否低失真的产品就标志着一定有优秀的聆听效果？ 特别是愈走向尖端，这种迷惘的感觉也愈甚，而最终许多人都 变成了「耳朵」收货。是不是科学指标真的如此不济，一堆测 试数据反而比不上一双耳朵呢？看起来似乎很「玄」。本文容或不能彻底解开这个谜底，然而毫无疑问地，将会为大家提供 个中的端倪。 辍笔报章杂志，足足十六年了，可是并不代表笔者已离开 音响界，也并非对音响的设计和制作失去了兴趣。相反的，移 居海外之后，由于时间和环境更适合研究工作，玩得更加起劲 。其间香港也多次邀稿，然而笔者毕竟觉得刊物的商业味道太 重，所以淡出了而已。
去年九月五日，因公干赴旧金山一行，由于 John Curl就 在旧金山附近，于是约好在「满香楼」吃晚饭、叙叙旧。当晚 谈笑甚欢，行家见面，话题自然离不开扩大机。各位可知John Curl是何许人？他就是名闻天下的经典之作Mark Levinson JC -2前级、ML-2 A类功率放大器的设计人。当代音响大师的见解 ，相信诸位网友会有兴趣一读吧。
后级放大器比前级难设计
Mr. Curl认为，在前级扩大器与功率放大器二者设计上， 以功率扩大器更有挑战性。理由很简单，在CD横行的今天，一 部前级放大器只不过一部10倍放大的Line Amp而已，结构上自 然比功率放大器简单得多。虽然说比较容易，也并非人人都可 以做得好；当然难度更高的还是功率放大器（有关前级放大器 ，容后有机会再谈）。一部功率放大器的质量，大致上可以由 五大因素所决定。一、线路设计：从大原则看，有三大类：A.单端式，B.推 挽式，C.桥式。 单端式的设计，是先于推挽式，但近日有日趋流行之势，尤以真空管机的设计为甚。提倡单端设计的人认为，波形是「 整个」被放大的，因此绝对没有推挽式的「交叉」失真。可是 它也有不少弊端，主要是失真高，更致命的是功率小，难有宽 阔的动态范围。 Mr. Curl的见解是，纵然主张单端的人士日多，但推挽放 大依然是设计的主流。至于推挽放大，他认为要效果好，低效 率的A类放大是唯一的选择。可是要制造一部超过100W输出的A 类作品，散热片是最难解决的问题。 他说到这里，我马上双手奉上一本散热片的产品型录，其 中有低至0.1℃/W的巨无霸,足供使用。他看了莞尔一笑，大有 英雄所需略同之感。顺便一题，Mr. Curl一直喜欢采用「全对 称」式设计，与本刊老编的观点不谋而合。
二、电路板的设计：同一个线路，由于PC板的设计不同， 可能会有截然不同的效果。其甚者，可能连正常工作也不可得 ，相信各位都有类似的经验。 PC板的设计，除了最基本的要求，由输入级往输出级顺序 而行，而且走最短线之外，这里面还有很多的技巧。举例言， 有些「厂制品」在它的线路图上看不到补正电容，如果我们照 装，一定会起震荡。但是原厂制品却不会震荡，原因是补正电 容已经在PC板的布线中取得了。又举例说，一些精细的设计，PC板上「讯号接地端」与「 供电接地端」是分开的，各别联机到「一点」接地之处才合起 来。 当晚我们讨论的PCB是一种four layer-四层板设计的可能 性，为什么要利用四层板呢？因为只有这样，才能令「讯号」 以最短、最直接的途径完成放大工作。四层板的安排是这样： 第一层是讯号信道，第二层是「讯号地」，第三层是「供电地 」，第四层则是正、负供电。如此一来，不但讯号信道绝短，而且令需要大电流的正、负、地的通道内阻减至最低，更重要 的是避免电源对讯号的干扰。但实际效果如何，则有待我们实验后再向各位报告。
三、布线：荀子曰：「生而同声，长而异俗，教使之然也 …」。对于我们而言，两位焊好的电路板，由两位不同的人将 它们装进同一型机壳内，而结果呢？两机音响效果差异很大， 高、低手功力立见。 这并不是只要做到「星形」一点接地，便能克奏其功的。更奇怪的是，当我们用示波器观看它们的方波，甚至用谐波失 真仪测试它们的总谐波失真数据，都是一模一样，但是声音就 是不同。孰令致之呢？我们底下再谈。
四、电源：电源设计对音质的影响，相信大家比较熟知。 可是那一种电源设计的效果最好？那就众说纷云了。有的说稳 压（指输出级）好些，有些则说没有稳压反而更好。输出级晶体不宜加稳压John Curl认为，输出级以不用稳压较佳,理由有三：由 于输出级所需电流很大，不适宜用「并联式」稳压。而「串联 式」稳压则由于无可避免用负回授去调节输出电压，这会影响 电压瞬态脉动，只不过肉眼看不到而已。输出级需要很大的电流，特别是低负载阻抗下瞬时电流 更大，一般串联式稳压很难满足这要求，反而成了绊脚石。 稳压供电时，功率放大器的 RMS功率和峰值功率是相同 的，但相等RMS功率的非稳压供电功率放大器，可以达到接近2 倍的RMS功率，提供更大的动态范围。事实上，很难找到一部 质量杰出的稳压供电功率放大器。再问到那一种电源变压器有最好的音响效果？ John Curl 坦然的说他比较喜欢EI型，理由是环形变压器虽然磁漏远低于 EI型，可是环形变压器对高频干扰敏感性甚高，不利高频的稳 定度。他说他最喜欢C core变压器，特别是用于前置放大器，简直无出其右。
五、零件：功率放大器所选用的组件，会直接影响它的表 现。采用一般半导体/双极性bi-polar/、FET、MOS FET、IGBT 和真空管所组成的线路，都各有不同的特有音色。以Curl的见 解，他觉得功率放大器的输入级最好是采用FET，理由是FET不 必经过复杂的安排就具有「高输入阻抗」的特性。 John Curl认为虽然FET的噪音比，容或比最低噪音的双极 半导体为高，可是由于高阻抗特性，不会将输入讯号分流，不 改变输入讯号成分。故在实际聆听时，感觉份外的「真」、清 晰、有条理，是比双极半导体更优秀；下面我们再分析。 输出功率管方面，John Curl认为bipolar和 MOS FET各有 优缺点，当代设计大师们也各有不同的意见。例如Mr.Linsley Hood及Mr.Erno Borbely都是力主MOS FET优秀论的； 但是Mr. Douglas Self则觉得bipolar较好。 bipolar(BJT)的致命伤是「二次崩溃」限制了它的最高使 用率，由于它会「热走脱」，故偏流的设计很难在工作温度变化时，保持稳定的电流。其它的缺点是放大线性（Vb--Ic）不 够平直，加入射级电阻可以获得改善。 至于 MOS FET，除了价格昂贵外，由于内阻较高，必需提供高供电电压，才可以获取与BJT相同的输出功率。MOS FET虽 然在图表上可以见到有非常线性的放大率Gm，但实际上Id是依 照square-law增加的。而最令人关注的是：MOS FET的交越区- crossover region宽达±15V之多，比起全对称的Bipolar输出 级只有约±2V，无疑是逊色多了，因此一般 MOS FET的偏流设 计总是大得多（大约100～200mA之间）。 在谈话中，John Curl表示，在没有得选择中，他稍偏向 MOS。不过Curl最近一直在尝试以IGBT做输出级，而且取得很 好的成效。他十分鼓励人们在设计时多采用IGBT，他觉得IGBT 是很有前途的功率管。 J. Curl是十分重视「被动」组件的质量，早在1978年，他 就在IEEE Intl.发表演说，题目是「音响设计被忽略的因素─ Omitted Factors in Audio Design」，引起全球的观注。 其 后又在3/80的Audio杂志与Richard March一起撰写大家熟悉的Picking Capacitors，成为观注电容器的先笔。当时反对他论 点的人十分多，认为Curl是痴人说梦，但经过了11年之后，大 家才渐渐认识到电容器在音响设计上所扮演的角色。它不仅是 充当着隔断直流用的交连组件，或者是在供电系统中用以平滑 滤波成分的组件而已。它对音质、音色的影响力，绝不亚于「 主动」组件。纯直流扩大机不易量产诸位或许会问，我们把线路设计成纯直流化，摒弃了交连 电容，甚至不用负回授接地的串连电容，不就结了吗？事情绝 非如此简单，就算我们不惜将线路精密化、复杂化，藉以克服 直流（DC）的漂移问题，造价高不在话下，但问题其实并未解 决。因为我们谈的，不过是讯号信道这一部份而已，只不过是 整个回路的一半，而另一半，还是要经过电源的滤波电容才完 成全程；因此仍不能脱离电容器的参与。 那么要如何解决电容器对放大器的影响，使得质量得以提 升呢？从过去Curl的设计可以看出他是不喜欢采用「伺服」电 路去维持直流稳定的，要就是纯直流，要不宁可加上一枚优质的交连电容，或者在负回授网络中加上串联接地的电容器。一 般而言，交连电容不应该用「钽质」电容，它虽然比电解电容 漏电较小，但很不稳定，什么事都可能发生。 以电容器的种类来区分，大抵以PS(Polystyrene)及PP(p- olypropylene)为最好。市面上所谓音响audio电容多如雨后春 笋，有些价格之高，骇人听闻。但效果却参差得很，不见得愈 贵愈好。如果很多人一起研究，大可彼此交换手上电容试试， 一则可避免无谓的浪费，同时还可达到最佳效果。 电阻是另一种具影响力的组件，过去选择电阻，常过于重 视它的噪音指标，其实噪音只是应考虑的一个因素罢了。一枚金属膜的电阻，的确在噪音上胜过碳质电阻，但音色却不见得 比后者好﹔我们还要考虑到电阻的「感抗」和「磁抗」。 在北美洲，高级产品常喜欢用Resista、Holco，甚至昂贵 的Vishay/Caddock，后两者的质量的确极好，但价格实在不成 比例，大概只适用做为磁性唱头的输入负荷或者负回授之用。 因为这两处是关键之处，用于别的地方，未免太浪费了。 我个人经验， Draloric、IRC的电阻水平也很高，而且价 廉物美，值得推荐。放大器内部的接线，也影响性能，但程度 上不及以上各种组件之大，谈起来又长篇、又复杂，还是留待 日后有机会再谈吧。

aeon

个中观点，大多认同。而且，大多是非常深刻的体会。

狼嚎

拜读了

millwood

a few things that curl hit right on but most Chinese DIYers have missed:

a) "要效果好，低效 率的A類放大是唯一的選擇。": in the less than 20w rms range, nothing beats SE Class A. and most of us listen in the 1-5w rms range.

b) "输出级晶体不宜加稳压": it is extremely difficult to design a regulator that can power a high performance power amp. Unfortunately, the Chinese DIY community seems to be going the exact opposite.

c) "純直流擴大機不易量產": I never understood people's fascination with DC-coupled amplifiers. our speakers cannot reproduce DC, our hears cannot hear DC, and there is no DC content in music but DC coupled amplifiers open your equipment up for huge damages, should a DC offset show up on your speaker terminals.

my take on the rest of the article:

a) PCB designs: I am of the view that as long as your amps are a/c stable, and have the appropriate grounding, pcb layout in the audio frequencies isn't as big of a deal as Curl made it out to be;

b) Mosfet vs. bjt: BJT wins hands down in terms of thd performance. mosfets are much harder to drive across their range. However, mosfets are more more robost and hard to destroy (other than the digital type mosfets, ie irf540N likes).

end of the day, I don't think electronics is the limiting factor in sound reproduction. speakers and recording media are.

hjshan0001

好文，受益非浅！

卖油翁

Resista是不是丽特卖的RA电阻？

qazwsx11

学习了

风起云涌

学习，好文章。

syhkiss

you 有点意思,虚心学习

laowong

好文!!顶!!

激光鼠

Mr. Curl认为后级放大器比前级难设计
我们的主流观点正好相反

millwood

it is high power into complicated and unpredictable load over a wide bandwidth.