老虎180摩机过程真实记录---和大家一起分享一款真正平衡的功放改造手记（连载中...）

皋城瑶珄

重发35楼（后半部分）

  可以看出，调整后，系统的开环增益又有了较高的提升。0DB相位裕度虽然变小了， ...
zlxsmile 发表于 2011-11-12 18:51

    PCB出来没有？

raozy

这样的帖子很少见呀，值得我们认真学习

Biglee_163

PCB出来没有？
皋城瑶珄 发表于 2011-11-13 17:59

    这个是在何氏的板子上直接修改的。与楼主电话中探讨了些摩机心得，获益非浅

华籽2010

好贴！！！！！！！！

zlxsmile

继续连载，我会尽快更新。

     下面，针对输入放大的折叠Cascode电路进行分析。折叠Cascode电路本身和CFA一样，也是属于高速电路。原机设计中，折叠Cascode电路仅担任不平衡---平衡转换和部分电压放大用，且和后级的CFA之间没有大的环路反馈，因此可以单独针对其进行分析。该部分折叠Cascode线路图如下：

该线路架构为两级缓冲中间夹一级电压放大。架构上看还是相对比较理想的方式。但是，后面需要重点关注如下一些问题：

1、两级缓冲器是开环状态，其失真特性对整体影响非常关键。因为这是一个全平衡设计，追求的是平衡无音染的表现结果。

2、第二级缓冲器工作在额定5V AC的工作条件下，已经不属于小信号放大的范畴，其失真等特性更是需要重点关注。

3、电压放大级的相位补偿、开环特性和闭环特性等。

4、电压放大级、第二级缓冲器电源电压为+/-15V，输出幅度需要达到5V，根据运算放大器的应用来看，在+/-15V供电的前提下，输出摆幅加大后，可能会引起失真的增加。这一点也需重点关注。

5、从原理图上看，输入级采用了东芝的P沟道结型场效应管(JFET)，型号为2SJ74。常见的设计中，采用这种高跨导的P型JFET会遇到非常大的挑战，主要是因为它的跨导gm太大，输入电容也太大。因此，高速特性和稳定性都需要特别关注。

6、第二级缓冲器是K170、 J74和A970、C2240组成的共源共基的缓冲器。以上两款JFET的输入等效电容也会被计入运放的补偿电容中。而在满电压输出时，本级工作在较大信号放大状态，此时，输入等效电容会随信号电压变化而改变，等效为补偿电容发生变化，从而引发额外的失真。

7、拿出的改进方案和原机基础的结合问题。线路改动如果过大，有可能实施起来会遇到麻烦。

以上担心，都留在后续的研究分析中一点一点的去落实罢。

<未完待续>

zlxsmile

首先，我们针对输入缓冲级进行分析。

    从原理图上看，输入缓冲级是由K170、J74和A970、C2240组成的共源共基的缓冲电路。场效应管可以提供自偏置。该电路的声音表现比较有胆味。但需要注意的是，该电路没有环路负反馈，工作在开环状态，其特性完全依靠器件性能予以保证。针对该线路进行THD仿真，结果如下：

输入1V RMS时，1KHZ THD：

输入1V RMS时，10KHz THD:

输入5V RMS时，1KHz THD：

输入5V RMS时，10KHz THD：
   
    从仿真结果来看，该电路在5VRMS幅度工作时，10KHz THD为0.0088%数量级。对比常见的运算放大器如AD797、OPA627等，其20KHz THD为0.0001%-0.0003%（-110dB~-120dB）数量级。因此，电路对于整体性能的影响是需要重视和解决的。如果处理不好，就会导致音量开大时，高频段失真也急剧增大。

    为了解决该问题，结合供电等情况，决定采用运算放大器构成的电压跟随器代替该输入缓冲电路。这里，可供选择的器件有AD797和OPA627。AD797属于Bipolar输入的放大器，而OPA627属于JFET输入的放大器。考虑到搭配不同输出阻抗的前级，并能够保持相对较低的噪声，故选择了OPA627作为输入缓冲。

    当然，如果考虑到更好的性能，也可以考虑采用AD797。此时，由于输入级的电流会引发噪声，前级的输出阻抗和本级的输入阻抗都需要尽可能控制，尽量不要超过1K欧姆。此时电路性能会优于采用OPA627的电路。

    输入缓冲级经过修改后，THD失真可达到0.0003%左右的水平，线路性能有了较大的提升。

    下面，我们重点来分析折叠Cascode 放大器电路。

<未完待续>

zlxsmile

按照发表的线路图，电压放大级后面的缓冲线路也需要做处理的。可是经过仔细分析实物，发现这一级缓冲级是纳入在反馈环路里面的。此时，电压放大级和其后的缓冲一同组成了一个分立元件的运算放大器。

我们将该运算放大器的等效线路和细节原理图展示如下：

可以看出，该运算放大器是一个JFET输入的折叠Cascode放大器。该放大器的线路结构和OPA627、AD797等顶级运算放大器内部结构相似。该电路能够向这些高性能运放一样具有优越的性能么？我们来针对该线路进行仿真:

20Hz THD仿真结果

1KHz THD仿真结果

10KHz THD仿真结果

简单的THD仿真可以看出，该线路的10KHz THD大约在0.00169%的量级。这和采用类似架构的顶级运算放大器相差甚远。

是什么原因导致这样的结果呢？经过分析，主要原因有以下几个方面：
a.  输入级场效应管选择J74对管，从提高输入阻抗角度说当然没有问题。可是，J74的输入电容竟然能够达到百PF数量级，这对线路的稳定性一定是会有影响的。
b.  输入电容限制了稳定性，进而影响到开环增益的提升，即意味着失真的进一步降低。
c.  缓冲级的共源共基缓冲器，其输入管为K170/J74对管，其输入电容折算等效为相位补偿电容，这个电容的值是巨大的。
d. 电压放大输出级的高阻抗缓冲器采用了普通电流镜输出，制约了开环增益的增加。

针对这样一款线路，当然也不能全部推倒重新设计，因为最终的目的是摩改，那就意味着我们还是要在原来线路的基础上做修改，而不宜抛弃原线路框架。

下面是一些修改思路：

    首先，针对输出缓冲级进行改造。刚才提到，输出缓冲器的K170/J74对管，它们的等效输入电容都比较大。大的等效输入电容作为补偿电容，不会引发额外的失真，可是关键是，它们的等效输入电容随着输入信号的变化，是会发生改变的，并且两个管子的变化量不一致！这种不一致，等效为补偿电容的容量随着音乐信号的变化而变化，这将引发较大量的二次和三次谐波失真。

    因此，在这个问题上，必须要拿出有效的解决方案。针对这个问题，我们可以选用HDAM缓冲模块来替代这个K170/J74组成的共源共栅缓冲器。由于HDAM模块的输入级晶体管CE之间被Boot到一个恒定电压，因此，不会出现等效输入电容随信号变化而变化的问题。同时，也消除了米勒效应。当然，在作出这样的调整后，系统的补偿电容会减少，开环相位裕度不够，因此需要额外增加一只补偿电容进行补偿。

    其次，将原设计的折叠Cascode中下边的普通电流镜更换成Wilson电流镜。

    最后，试着调整相位补偿电容和各级工作点。由于输入级差分等效输入电容较大，单纯依靠滞后补偿无法使得放大器稳定工作，因此，必须在反馈回路中引入超前补偿，通过引入零点对消输入级差分放大器等效电容引入的极点。经过精确计算，该电容定为12pF。


<未完待续>

weijianlin

进来学习啊！

大L

进来学习啊！虽然不懂

Biglee_163

周末在激光鼠家让老虎180的摩改机器推动了我的801箱子。一开声，就把激光鼠和我震撼住了。这是一种近来很少听到的，宽松的，下潜很深，收放自如，能把我的801低音单元拿捏得恰如其分的感觉。中高频也非常清晰，层次感，纵深感都出来了。播放一曲电子合成JAZZ音乐，完全没有制作不良的放大器那种吵人耳朵的感觉。播放老虎180自带的王菲的一张碟片，第一曲片首那段电子合成器制作的超低频，不是任何放大器可以处理好的。这充分说明老虎180兄弟这次摩改还是很有成就的。至少，BTL全平衡的处理，容易将音乐信号中的偶次谐波予以抵消，而仅加倍了令人听感不爽的奇次谐波，造成听感上的不适。因此，BTL放大器容易造成听感不佳而制作者稀少，这个才是根本的原因。

Biglee_163

试听设备：
1、老虎180自制CD机。双1955全平衡输出，采用14片AD797做模拟输出。
2、老虎180自制全平衡前级。采用OPA627和AD797混合搭配。参见老虎180其他帖子。
3、老虎180摩改何庆华334全平衡功放。机器已经修改的面目全非了
4、鄙人的B&W801三分频落地箱
5、鄙人按照老虎180CD机的主板做的DAC，为了比较贴片797和直插797的差异
6、鄙人的CDM9转盘
7、激光鼠的专业功放，型号记不清了
8、激光鼠的解码器，PCM1792+5534
9、鄙人的半成品功放加变压器，现场搭棚试听

Biglee_163

收获：
1、打开了老虎180的机器，仔细学习了摩改的经验，由老虎180自己细细道来。
2、比较了贴片797和直插797的听感差异。说实在话，这个贴片我和真品直插（我从ADI官方代理E络盟买的）用万用表仔细对比了阻值，应该是不会假的。可是事实听感实在差异太大，贴片的就好比吃了泡饭干苦力的样子，有气无力的感觉。听JAZZ音乐中的钢琴表现的尤其明显，完全没有了钢琴击键的那种力度感和跳跃感。而换上了直插，则象换了一台机器一样。不得不认账，贴片的就算真品，听感上的差距还是很大的。
3、1955+797的DAC，可以完美的表现出王菲那张唱片中第一首开始的电子合成器的超低频。而PCM1792+5534的，那一段干脆消失的无影无踪
4、关于平衡与非平衡：对比了我的自制半成品功放。由于只带了一块板子，只有两个放大器，无法组成全平衡的两个声道来让老虎180的全平衡前级来推，只好将前级用单端输出来推双单声道。声音效果就差了很多。低频力度，下潜都差了不少。当然，我带去的牛是大名鼎鼎的四川铝线牛，也有一些客观上的原因。由于CD送出的全平衡信号，而为了满足功放的单端输入，到了前级给活生生的砍了一半信息量，也是造成听感欠佳的一个原因。因此，鄙人认为，音源、前级、放大器一路上全平衡传输才是最理想的组合，任何一个环节经过单端到平衡或者平衡转单端的转换，必然会造成信息的失落，影响听感。

zlxsmile

非常感谢 Biglee_163发表听感，我会尽快更新完毕。
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下面，展示一下修改后的线路。

针对修改后的线路，进行方波阶跃响应仿真，结果如下：

10KHz：


100KHz:


以下是THD仿真情况：

1KHz THD仿真结果


1KHz THD仿真数据


10KHz THD仿真结果


10KHz THD仿真数据


通过仿真结果看，经过改进后的前级Cascode放大器THD 达到了0.00022% 1KHz和0.00047% 10KHz水平，满足了改进需要。
<未完待续>

yygyvgvh

赶上直播，向楼主学习了！

blsxmz

很想认真认真的学习透彻，但水平有限，跟不上列车前进的步伐了！！！只有等楼主的板子出来造福大众时才有机会享受大作，期盼楼主出套件造福大家！！！

逸.风

记个号，有空再看，

zhangjian

虎兄十分厉害！也令我万分佩服！
我以前也摩改了，只是换了1000W的牛，还有换过二手4208管子。弄的面目全非，现在想来略有后悔。也不成功。
因自身技术水平太低，近期也无时间弄，很可惜不会像你这样改啊！就是距离太远了！！！

zlxsmile

下面，向大家展示一下这款真正平衡的功放的实际摩机改造全过程。

首先，先上一个摩改前原机的内部照片。

在原机内部照片上，简要的标识出了一些关键部位元器件位置。

接下来，上一个前级电压放大级的局部放大图，图上已标出改造方案。

实际的改造方案！运用多个子板和元器件替换等手段，对线路进行修改。

试音，较音...

试音、较音完成，装机。

最终完成图片...




随后上试听报告和总结。
<未完待续>

bsmshcn

好文章，学习了。

q1688

厉害,我还是久不久看你那个797帖,但领悟的不多了,水平差啊