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深度剖析天进BewitchNo.2A3胆机
时间:2006/11/21 12:45:55  来源:郑国川  点击:26480

  天进BewitchNo.2A3胆机,参照国外2A3名机电路,精心设计。结合数字音源低失真、宽频响、大动态的特点,将胆机指标提升到二十一世纪的水平。其电路设计超凡脱俗,既尊重胆机历史,又不拘尼于历史常规。吸取名机电路精华,又溶入现代电子技术和电子工艺材料,提高了胆机性能指标。综合No.2A3的电路设计,结构工艺有以下特殊之处:
  1.从头至尾全部低µ三极管。
  2.2A3工作择优选用A类推挽。
  3.前级电路吸取名机“威廉逊”之精华。
  4.迎合本世纪初“NO.NFB”之世界潮流,合理选择负反馈系数β。
  5.新型高导磁材料,新工艺使电感耦合爆发新生命。
  6.超宽频的输出变压器。
  7.印刷电路装配工艺,使分布参数的寄生耦和减到最低。
  8.严格的调试工艺,完善的测试手段。
   本机超宽频频响、超低失真、强劲的低音振憾力,直逼DC功放,而特有的胆味使声音甜美,圆潤有是石机无法比拟的。堪称“二十一世纪的威廉逊”。
  一、超低失真的设计取向
   双三极管6SN7自从1945年被英国名机威廉逊放大器应用以后,开始被音响生产设计者所青睐,其后麦景图,仙童等名胆机几乎都有其踪迹。6SN7的特点是低µ,低内阻,大动态,在所有三极管中驱动输出是线性、幅度最优秀的,此特点可以从其特性曲线中直观发现,历来A类,AB1类输出50W以下的胆机无一例外的选用6SN7作电压驱动级。威廉逊放大器中用6SN7担任直耦前级放大,P-K分割倒相,倒相驱动放大等所有前级电压放大任务,其低失真、宽频响得到世界音响界的首肯。天进BewitchNo.2A3胆。采用了类同的电路,但针对本机2A3输出级的特点,作了适当改进使之输出驱动电压更高,前级失真可接近于零。
   2A3的特点是众所周知,其固有低内阻,宽频响特性远非威廉逊放大器中接成三极接法的KT66所能比拟,美中不足也只是输出功率略低于威廉逊的20W而已。
   No.2A3放大器采用A类推挽,当屏极电压为300V,采用固定栅负压-62V时两推挽管屏流总共静态值为80mA,负载阻抗3.5KΩ(屏一屏)输出有效功率15W。此工作状态是RCA公司推荐的典型工作状态,也是应用最为广泛的,效率较高且失真最低的运用方式。在无任何负反馈条件15W输出的非线性失真仅为2.5%,是其它输出管难以达到的指标。RCA推荐的另一种典型应用状态为2A3 A类单端输出级,在同样B+电压栅负压-45V时输出功率3.5W,显然2A3 A类推挽输出远超出单端A类的几倍,究其原因是A类推挽时将2A3工作点由-45V下移为-62V,相应的提高了驱动电压幅度,当然使效率大幅提高。此种运用方式颇类似于多级管输出级的AB1类,但RCA在其发表资料中声称此状态非AB1,而是A类。因为-62V的工作点并未越出2A3线性区的中部,相反是单端运用时2A3屏极功耗限制了其线性区的发挥。
   A类推挽的优势是不容置疑的,首先它消除了输出变压内的恒定磁通,提高初级一定匝数的电感量,此点是胆机 低频响应特性的关健。天进No.2A3输出变压器初级电量可达到30亨利以上,容许初级对称直流电流可达200mA,此为该机频响下潜到20Hz以下的有力保证。A类推挽使绝大部分偶次谐波失真被输出变压器所抵削,使总失真率仅为2.5%。至于说偶次谐波失真是胆机有特殊胆味的根源,此说法欠妥。胆机之柔和,动听并非偶次谐波所致,而在于其软过载特性,当信号过载时石机的波形是削顶成为棱角分明的平顶,而胆机过载形成输出波形成缓变的圆顶形,使人感觉不到刺耳的尖噪声。此种缓变波形的频谱分析认为与偶次谐波所致波形等效,因此说胆味是偶次谐波的功劳实在是颠倒了因果关系。
   推挽电路特别是A类推挽,使三极管屏极电源纹波在输出变压器中得到充分抑制,即使全波整流后只用电容滤波也不会有明显噪声。本机采用π式电感电容滤波使交流噪声压至无可觉查的程度。
   电感耦合式驱动级是本机设计上大胆的创新。2×6SN7的前级电路性能无可挑剔,线性,频响均为一流,所以成为威廉逊,麦景图等名机首选电路。上述名机大多采用多级管输出级其驱动电压要求最高不过2×40VP-P,而本机的2A3是有名的食客,需要2×60VP-P以上的驱动信号,此输出电压是任何小功率电压放大器的禁压,如果再采用RC耦合就更难以实现。威廉逊放大器为了输出2×38V的驱动电压,6SN7是超限使用,屏极电路供电电后为450V,当开机瞬间阴极无电子发射,此电压无电流。450V电压直接加在6SN7屏一阴极间,强电场冲击损坏阴极,破坏电子管的真空度,威廉逊此举纯属是无奈之法。试想达到38V尚且如此,60V又如何达到呢?事实上此点正是2A3、300B的应用瓶颈,一台2A3、300B功放机成败之类关键是如何解决此60VP-P以上的驱动电压,根据日本《无线与实验》杂志近年电路介绍驱动2A3、300B不外乎有以下两法:一是音频输入变压器驱动,二是用功率管驱动。音频变压器有其特殊优势,首先变压器初级可得到极大的交流负载阻抗,提高放大管增益,与此同时却有极小的直流电阻,使放大电子管有效屏极电压接近电源电压,从而使输出信号幅度大为提高。其次是变压器的初次级变压比可以使放大管的等效放大系数µ提高N倍(N=变压器变比)。为了得到高增益和平坦的频响变压器必须有足够大的初级电感以使低频增益提高,而且还应尽量减小绕组间分布电容以确保高频响应的延伸,欲使耦合变压器本身频响达到10HZ~50KHZ±2dB都是十分困难的事。日本产中档输入变压器其初级电感为20H(有25mA直流磁化电流)其变比为1:0.8+0.8典型频响为25Hz-50KHz±2dB,其重量达0.79kg可见其体积不小和绕组之复杂程度。变压器耦合低频,高频频响还受初次级间漏感的影响,为减少漏感,分布电容必须采用分段,分层夹心绕法,以致工艺相当复杂。
   采用功率管作电压驱动级也并不理想,即使是输出1W的小功率管,在高负载阻抗时可以输出大于60V的驱动电压,其非线性失真已超2A3输出级的失真度,适用意义不大。天进BewitchNo.2A3采用 扼流圈形成的电感耦合方式,既有较高的负载阻抗,又有极低的直流电阻,使6SN7的动态范围得到充分的发挥,当6SN7屏一阴极有效电压280V时最大输出信号可达140VP-P,同时该级对称放大增益可达2×14倍,前级倒相器只要有2×7 VP-P的输出电压既可使驱动信号电压达到2×100 VP-P以上,轻松解决了2A3推挽输出级的驱动。

   扼流圈组成电感耦合有变压器偶合的所有优点,但却有无变压器初次级漏感导致的频响不均和高音失真的弊端。在日本的胆机电路中十分流行。
   扼流圈耦合的高输出电压特性,高电压增益特性还减轻了前级的负担,2A3  A类推挽固定栅 负压为-62V(屏压300V时)根据胆机A类放大的定义驱动信号电压最高峰值不允许超过62VP-P,V4 6SN7的增益为14倍,所以V4输入信号只需4.43VP-P,倒相器V3b的增益为0.85倍,所以V3b输入信号应为5.2VP-P,前级放大部分本身电流负反馈系数不足1%,可以忽略,当无环路反馈时本级增益约为8倍,则求出开环输入灵敏度为5.2v/8=650mv,调整环路负反馈为近似6dB达到本机额定输入电压。可见V4、V3两只6SN7其输入电压均小于5V,其中V3b倒相器输入管为5.2VPP,但p-k倒相器具有50%本级负反馈系数不存在产生失真的问题。
   根据6SN7的特性当输信号低于7VP-P对应输入信号为0.5VP-P时非线性失真可以忽略。使该放大器产生非线性失真的机率只在后两级,2A3输出15W非线性失真最大为2.5%,驱动级输出最高电压的一刻非线性失真也不会大于1%,因此稍加少量负反馈即可达到HI-FI低失真指标。本机实测满功率15w输出时非线性失真不超过1%,当输出7.5w时非线性失真降低为0.3%。
   二、超宽频响的决策
   胆机频响的扩宽不如OCL、OTL石机电路那么容易,在DC石机功放频响已达0Hz-100KHz±1dB的时代,面对宽频响数字音源大多数胆机停留在二十世纪中期的频响宽度,以致使部分发烧友认为:欲听大编制古典音乐非石机莫属,只有欣赏人声、弦乐才选胆机。基于此,胆机这种古老的产品如何在保持应有的特点,与时具进让胆机焕发新的生命力,是当前胆机从业者的首要任务。天进BewitchNo.2A3在扩宽频响方面下猛料取得重大突破:
   1、关键部件——输出变压器,扼流圈
   输出变压器历来是胆机频响的瓶颈,否则放大系统频响再宽也被此瓶颈卡住。要提高输出变压器的高端频响,低端频响宽度有完全矛盾的现象,延伸低端频率下潜要求初级电流量越大越好,当铁心质量已定时增大电流量意味着匝数成平方倍的增多,而匝数增多必然使匝间,绕组间分布电容增大,使高端频响下跌。电感耦合的扼流圈也有相同的矛盾。为此经常采用的是分段分层绕组布局,降低分布电容和漏感,同时使初级绕组两部分有良好的对称性,本机中扼流圈的初级电感达到100H以上,以中心抽头为准成对称绕法。输出变压器则分层,分段以兼顾高低端频响。
   在电路上也充分考虑使扼流圈,输出变压器有平坦的频率特性;
   只有上述传统方法还不足以改善整机频响,在电路结构上采用印刷板前级布线,有效降低交插耦合,以至多达四级的放大器无一高频校正电容,而确保无高频自激产生,实现高音无意外衰减,输出变压器初级也无高频旁路,加上扼流圈,输出变压器的精密绕制工艺使本机高端频响提升为82KHZ-1dB,无疑已达到DC放大器的指标。由此可知本机原件布局,布线以及重要部的屏蔽是经过周密设计的,放大器的低频相移极小,高音频交插耦合也极小,是本机宽频响,高稳定度的保证。
   扼流圈电感耦合极易出现频响曲线的严重不平衡,其中原因有三:其一是扼流圈的电感性使其阻抗随频率升高而增大,结果在1-3KHz的中音范围产生曲线的上凸,严重的不平衡度超过±5dB。二是随频率上升分布电容容抗降低,导致高音衰减,三是电感和本身以及电路布线,元器件分布电容在某一频率范围内产生谐振峰,对频响曲线的平直形成极大的影响,上述三点对本机来说,6SN7、2A3低内阻特性使之有极大的缓解,例如100H的扼流圈对电容的影响。2A3内阻只有800Ω对输出变压器频响改善也相对有利。
另外根据2A3特性,固定栅负压应用时,栅极电阻应以50K为限,否则易损坏2A3。此两只电阻等效并联于耦合电感两部分绕组之间,对扼流圈阻抗随频率的变化率也降低,频率特性越于平坦。
   2、三点转折频率的参差布局
   V3的直接耦合具有直流传输特性,除此而外决定本极频响的只有以下三个时间常数电路:首先是V4、V3的RC偶合电路,其转折频率f1由C8、R24(C9,R23)决定其低端转折频率f1约为3.4Hz。其次是C11、R27(C12、R26)其转折频率为f2约为7.23Hz,输出变压器初级电感30H,2A3内阻800Ω,负载阻抗3.5KΩ时,计算转折频率约为4.27Hz为f3。上述三个低频转折频率呈参差分布,使总频响曲线下降斜率小于6dB/OCT,共-1dB的频率为10Hz左右,既有足够的低频延伸,又有极为稳定的相位特性,足以保证放大器的稳定性和宽频响。为了保证三个转折频率的准确性,电路中所有耦合电容器采用名牌音响专用电(法国苏伦),其不仅有极低的损耗tanδ,也有极低的电感和ESR,一般称发烧电容的典型特性是低tanδ和ESR,此特性对放大器频响和音质都至关重要。
   三、交流噪声几不可闻
  天进BewitchNo.2A3有近90dB的信噪比,多年来胆机交流声是难以斩尽杀绝的,胆机无讯号时交流声素以耳朵到扬声器1英尺内无交流声感觉为高档机。普通机则以一米以听不到交流声为标准。我以一款效率为90dB的音箱耳朵贴进喇叭交流噪声几不可闻(而且本机还用的交流点灯)。完全达到了高保真所要求的信噪比指标。
    四、客观测试和主观听音的美的结合
   客观测评指标虽然不能完全表现音响效果,但首先应肯定的是:客观测试极差的音响决不可能有良好的主观听音评价,而测试结果指标高的音响主观听音评价绝不会很差。
   用BewitchNo.2A3搭配了三款音箱—B&W Signature 805,JBL 4312A和spendor2/3(音源为micromega CD132),这三款音箱各有不同的灵敏度和声音特点,但BewitchNo.2A3匹配它们都显出两个特征,其一是声音幼细而柔顺且透明度极高,高耸入云的弦乐拉到最高音域处,丝毫不刺耳娇艳的令人难以自持,播放女声更是呵气如阑、芬芳遍室,尽显2A3直热式三极管的优点和魅力;其二在搭配B&W Signature 805和spendor2/3这两对比较难推音箱时,其力水也源源不绝,播放大动态的交响乐时,气定神闲、层次分明,的确令人叹为观止!
   本人从事胆机研究半个多世纪,国内外名机可以说也阅机无数。客观的讲BewitchNo.2A3是一部从设计到校音都相当成功的电子管放大器,值得胆机发烧友关注。
                      —摘录2006年《电子报》40、41期

作者简介:
中国胆机界当之无愧的泰斗级人物,从事电子管放大器研究和生产60余年,自1958年以,在国内外多家杂志和报纸发表文章上百篇,著有《世界电子管手册》,《电子管功放设计和装调技术》,《常用电子管应用手册》等书籍。

 

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