M.K.K.3

小金剛三代100W後級

 

梁中鍔

2004-07-20

二代小金剛後級的供應已完全停止,PC板也不再製作第三批。最主要的原因是機箱賣完了,而二代小金剛後級的機箱 製作並不理想,有瑕疵。提起它的散熱片就令人光火,工廠送交時竟然沒有倒圓角,一不小心就會刮傷手掌;最早那幾台套件,我還用銼刀磨圓角!將散熱片退回工廠重弄,但陽極處理卻被破壞,看起來頗令人難過。

另一個問題是系統接地哼聲有待去除:輸入端空載,單獨將小金剛後級接上喇叭,完全沒有哼聲。接上前級任一條訊號線,也不會有哼聲;但前級兩條訊號線都接上,哼聲就跑出來了。這種情況,非但是自己裝,進口原廠機(例如Meridian)也常如此。與電源變壓器有關嗎?很難確定,但最主要原因還是後級的內部排列結構。

將電路板+散熱片分置兩旁當成側板,再將變壓器及濾波電容擺置中間位置──這種標準立體聲後級最容易引起哼聲。若將散熱片並排放在後面靠背板處,變壓器置於前面靠近面板處,中間放濾波電容;此時接上前級兩條訊號線也不會有哼聲。我試過,還有兩個改善方法:一是將變壓器移至另一只機箱,一是將變壓器轉90度,讓變壓器與電路板平行。

為何說是系統接地哼聲?因為單接後級沒有哼聲,而且以示波器觀察,發現這種哼聲和「正統」哼聲波形不同。我們常說的hum─哼聲,那是很接近120Hz的正弦波,在示波器上會呈現比較「寬」的正弦波;當然波形並不好看。系統接地哼聲的波形比較不像正弦波,但具有不對稱突刺!若用耳朵聽,後者哼聲的頻率略高,可能貼近高效率中音單體都聽得到。

IA-250全推挽綜合擴大機完全沒有哼聲,其安靜的程度,絕對是世間少有。主要的原因就是前級、前級穩壓、後級,它們的地線在PC板上完全相通,而且沒有形成回路;因此只要濾波電容中點一點下地(機箱底板),就一切搞定。但分離式機種若有哼聲,主要原因還是後級造成。為了降低所謂系統接地哼聲,又不能真的將變壓器轉90度(除非有鐵架固定,上蓋也不鎖),我嘗試許多方法,包括由輸入端接地、兩點接地、多點接地,最後才找到「只接一條電源地線」的接地方法。也就是濾波電容中間的地線,先拉到右(或左)聲道PCB上的GND,再拉回到左(或右)聲道PCB上的GND;而不是由濾波電容中間的地分別拉兩條線至兩聲道。關於這種接地方式,名揚電業的紀寬先生也曾提供意見,在此申謝。

三代APS-250後級機箱,比二代機箱大得多,面板上不再印Skywalker,改成Turandot。因為考慮將變壓器轉90度,所以採用兩只面對面固定,要先將變壓器鎖在鐵架上,然後才鎖在機箱底板上。為了顧及網友迷惑,再次說明如下:小金剛是單聲道60W放大器,不論是三代、五代、八代,都是指電路板及電路。APS-250則是指機箱,Turandot與Skywalker算是品牌;一只APS-250機箱可以裝兩片小金剛。當然多數人都以「小金剛」為完整後級之稱呼,我以前也做過小金剛機箱,面板上還有小金剛三個中文字;但也早已售罄。

依然新瓶裝舊酒

輸入端仍採用FET全對稱差動架構,供電是±40V左右,變壓器次級電壓為30V。FET選用LS844(N通道)及2N5465(P通道)。LS844為dual複合型FET,外形為IC包裝(有兩隻接腳沒作用),不但耐壓60V,還具有低漂移、低噪音之特性。由於接腳完全相同,故LS844可直接代換NPD5566(耐壓25V),但要做150W大功率輸出,還是要加上串疊。想知道LS844的規格特性,可由本站「好站連結」連上生產廠商的網址。

完全對應LS844的P通道FET,目前世上還沒有!最接近的肯定只有2N5465這一顆可用,也是60V耐壓,但它是TO-92包裝,不是dual複合型。當初進口LS844時,Idss要求在9mA左右,美國廠商也同意先挑選,並保證在8∼10mA之間。P通道不知有沒有問題?最早是透過Monarchy購買1500只,但Idss大多在5mA以下!沒辦法,只得兩只併接以增高Idss,故一組2N5465差動,在PC板上實際是每聲道裝四只,真的很傷本。

Mini King Kong.3最精彩的仍是全對稱FET輸入級的恆流源,這是大師Mr.John Curl的設計,但只適用於FET差動,一般bi-polar晶體差動輸入級不適用。R23負責提供輸入差動級恆流,接在四只FET的S腳,以V之變化取得固定電流。所以選用不同FET做差動輸入,R23這只恆流源電阻的阻值也會不同,試用後才會知道。依我個人的看法,John Curl的設計本領要比Nelson Pass高明多了。Pass也經常搞噱頭,例如串疊、例如單端,但一段時間後又偷偷的推翻自己的設計;不像Curl具有放諸四海皆準的本事。就FET雙差動輸入級的甯y源設計,Curl的design最管用、最簡單,也最便宜。

根據實作經驗,若使用日系2SK389及2SJ109,恆流電阻約是470R,改用2SK170/J74時,恆流電阻要降至390R左右;但換成LS844/2N5465這對時,恆流電阻卻要提高至1K2以上。在小金剛電路,R23為1K5~1K82左右,其端電壓大約3.3V左右,故差動級每邊各吃1mA電流。

當我們設定差動級每邊各吃1mA電流時,量測R9/R10/R13/R14這四只源極電阻之端電壓。它們的電壓應接近相同,也就是1mAxR;若電壓過高,可略微增加R23之阻值。源極電阻之端電壓高,對電路並不會造成傷害。但電壓偏低時,可能會造成Q11調幅不大,或許VR2調到底,只有30mV;對電路並也不會造成傷害。

電壓放大級仍採用ZTX653/ZTX753,此英國製造晶體雖然很迷你,但耐壓100V,Ic為2A,Pc為2000mW。二代線路,電壓放大級為單晶體,三代改成兩只,與麥格農相同。驅動級也增加一級,主推動級與功率晶體直接鎖在散熱片上,預推動級則是插焊在PCB上。功率晶體由兩對130W/15A的Sanken改成三對150W/15A的Toshiba 2SC5200/A1943,當然都經過挑選配對

OK,小金剛一直是60W輸出,那麼在8Ω負載時,它的實際不切割輸出電壓是:60Wx8Ω開根號。不得不這樣寫,因為這個根號很讓人傷腦筋,在word底下原本就不易搞定,一旦存成web畫面,就變成亂碼。所以60Wx8Ω開根號即表示:480開根號,答案是21.908V,大約22V。這是輸出電壓VL,計算輸出電流IL=22V/8Ω=2.75A。

如果你的變壓器很大,功率無限大,那它的次級電壓只要22V,就保證得到60W輸出。可是以Nelson Pass早期A-40後級放大器為例,Pass先生建議變壓器次級電壓就是22V,可是輸出目標卻是40W而非60W。若變壓器電流量不足,空載時雖有22V,但接上電路板組裝完成後,可能還不到20V。另一方面還要考慮電壓利用率的問題,因電路上有某些元件會「吃」掉一些電壓,例如R29/R30,這樣也會降低供電電壓值。

多年前,音響diy迷曾注意到某些情況:變壓器標示30V,但空載時卻有34V!這就是廠商考慮到壓降,乾脆將電壓提高一些,就算有壓降,亦可降至標示值。這種做法並不正確,標示值應該就是空載值,壓降要低,不應超過2%。

第二個原因是輸入110V電壓會不同,例如我order變壓器,初級電壓都是115V。此時你家堶Y是110V,量取次級電壓當然就會略低一些;此外電路上的電晶體及電阻也會「吃」掉一些電壓。故60W後級採單一電源(輸入級沒有施加穩壓)時,變壓器次級電壓至少要有27V 才能得到60Wrms的輸出功率。若功率晶體只有一對,此時27Vx1.4x2.75A=104W,就是每只功率晶體的消耗。

未施加任何穩壓,8Ω負載時100W實際輸出後級,供電至少要±50V,我認為要±54V,現就以±50V計算。(8Ωx100W開根號)=28.28V,這是輸出電壓;28.28V/8Ω=3.53A,這是輸出電流。若功率晶體只有一對,此時50Vx3.53A=176.5W,就是每只功率晶體的消耗。當然,實際加在功率晶體上的電壓並非50V,要扣除飽合電壓,但150W的功率晶體消耗是跑不掉。若負載阻抗降至4Ω,連續最大輸出時,單邊功率晶體消耗就是300W!此時不採多對併接就很不安全。

Do you know?將後級擴大機接上假負載(不是示波器),讓它輸出至滿功率,這是很危險的事!時間稍長,很多國產機、日製機都可能掛掉;故美國FCC只要求「1/3輸出功率」連續輸出「3小時」就可以。

當輸入級與電壓放大級施加穩壓,功率級的供電就可以比較低。以100W為例,前端穩壓±52V,輸出級±45V就OK。因前面是負責電壓增益,後面是負責電流增益。

全機組裝有先後次序

組裝三代小金剛並不困難,線路圖及電路板都無錯誤,但要有耐性。完整Mini King Kong後級有三片電路板,先各別裝好。全機組裝則是依下列先後次序:底板、變壓器、電源板、2片主電路板、面板、上蓋。事實上本機電源板有兩款,高級板的橋式整流為IR,濾波電容為西門子頂級Sikorel系列6,800μF;此高級板與普通板差價為2,000元。

接一條電源地線降低哼聲

小金剛電源板上的GND負端只有靠近左聲道放大電路板才有,故先引線至左聲道PC板的GND點,再從左聲道PC板的GND點拉線到右聲道PC板上的GND點。這條地線要避開變壓器,也要用細線,不要用粗線!

另外,很多人注意到小金剛後級兩只環形變壓器會有振動聲,這不是工廠製作不良,漏掉「真空含浸」動作。而是因鎖在鐵架上引起的,若直接將變壓器平躺,以傳統方式固定在機箱底板上,振動聲就會大幅降低。還有,變壓器固定時,所有接線請靠中間、並靠近機箱底板。

##測試調整前請務必購妥兩只指針式電表,DCV檔位最低是0.1V,不要買0.25V的。其次是原廠附的測試棒不好用,一定要自己做兩組測棒,採用勾勾。有人打電話來:我兩隻手握測試棒量限流電阻,哪來第三隻手調VR?哇塞,嚇死我了!這樣子調整不燒機還真是老天幫忙。

主動式偏壓網路

接上前級、接上喇叭,送入訊號,以電表量測偏流。你會發現,音量愈大,電表指針愈向右擺動。低頻愈多時,指針也愈向右擺動。這就是Mark Levinson所講的Active Bias主動式偏壓。我們bias設定,只是設定膝點(knee), 也就是最低點,實際動作時,偏流會隨著音樂訊號變動。

本人良心的建議是:播放DG版Levine指揮的《行星組曲》第一樂章MARS,聲音儘可能開大,連續播放四次,讓整台機器熱乎乎的,然後再重調偏流與中點,之後這台小金剛只要操作正常,保證好多年不關電都沒事!──在最後階段再將bias電壓穩穩的調至12mV。以方波接示波器觀察,當偏流接近45mA時就不會出現交越失真,故我自己是調在10mV,算起來每聲道125mA偏流。

但DG版Levine指揮的《行星組曲》CD唱片在國內很不容易買到,我這張是在巴黎買的。退而求其次,EAGLES老鷹合唱團「Hell Freezes Over」專輯中Learn To Be也很適合用來run in後級擴大機

既然有主動式偏壓,有沒有被動式偏壓?沒有。但相對於後級的主動式偏壓,就是前級的固定式偏壓,一般都用1N4148做鉗位,由於前級的負載是高阻抗,電流變動低,故不必主動式偏壓。本刊以前銷售的Chanson香頌前級,就是採用主動式偏壓,極有可能是世界首創

所以,當後級長時間連續使用,你會感覺到溫度的變化。當停止訊號輸入,偏流又會回到設定值。若是在冬天,後級即使不關機,散熱片也不會有明顯的溫度;在夏天,因室內溫度高,機箱面板都會是溫的。

全機組裝調整完成,不要立刻評斷它的音質優劣,因為所有的零件都是新的,至少給它一段時間run in。三代小金剛雖非絕對的大電流設計,1Ω負載雖力有未逮,但仍優於所有國產製品及多數進口機,其輸出功率,8Ω時60W,4Ω時120W,2Ω時240W。但說實話,2Ω負載能否能夠長時間輸出,我沒把握。

本機射極電阻為日製無感0.12Ω,當同樣的電流送往負載時,此電阻之阻值愈低,壓降也就愈低,電壓利用率就愈高,驅動力也就愈強。射極電阻低,阻尼係數就相對提高,控制力就愈強。但許多後級寧用0.47Ω,因線路若不穩定,低射極電阻可能會引發振盪。

R4/R16/C7構成負回授及直流回授網路,C7為無極性300μF低漏電流,當R16選用1K2時,低頻-3dB就已經落在1Hz以下。計算式為:1/(2πRC),意即2πRC的倒數。此直流回授電容應該是無極性,而且容量不宜太大;容量愈大,理論上低頻截止點愈低,但也會愈混濁。

Q11偏壓晶體併C11電解電容是增加工作穩定度,二代機上是用Sanyo的OS有機半導體電容。但OS電容價格暴漲,漲幅將近40%!而C11最主要的特性是低漏電流及低內阻與Irac無關,Rybycon的TWL系列電容,漏電流比OS電容還低。透過代理商馨昌公司卻進不到貨,將0.4μA規格開給國內廠商做,100超低漏電流SLL,黑底金字。

主濾波電容UCC 81DA系列18,000μF/63V特性甚佳,低頻時電流有17.05A已有多位讀者反應,但run-in時間較長,剛開始聽會有拖泥帶水之感,低音又有點放不開,經足夠run-in後,就會豁然開朗。

調整偏流的半固電阻svr,其旋轉方向是左旋最低還是右旋最低,因廠牌會有不同。若無把握,串上限流電阻前,將svr轉至中間位置,這樣試調一下就會知道。

在三代小金剛上首次使用公母焊片,公片焊在PC板上,母片付黃色塑膠套。不必憂心它的電流量夠不夠,35A橋式整流器也是用這種焊片。母片使用方法:拆下黃色套,讓線材穿過(不宜太細),線頭伸入圓管內,用夾具夾緊,再將黃色套給套回去,完全不吃錫。根據設計,母pin上的黃色套管是不拆下來的,線頭伸入後,連同套管夾死;不過拆掉不用較好施工。

根據以往經驗,很多讀者以為King Kong的中文是金「鋼」。請大家別弄錯,此「剛」非彼鋼,真正的King Kong是不帶鋼盔的。

改成 dual-mono 100W輸出

小金剛三代在今年(2004)初有了變動,一是更改、加大機箱,一是更換、加大電源變壓器,讓本機在8Ω負載時輸出 100W,4Ω負載時輸出200W。這台機器採用獨立兩聲道裝機,只共用機箱及AC輸入部份,連橋式整流都採用四只。dual-mono裝機有個特點要注意,千萬不能接地!濾波電容中點不接、輸入端也不接。你的想法可能是完全不接地一定有哼聲,錯了,接了才有哼聲。

散熱片就是側板,但整體尺寸加大,側板也要加長。我採切現有散熱片方式,250mm對切,扣除損耗修邊為123mm,故總長是373mm。別以為我喜歡用湊的,整片的當然好,但台灣沒有373mm這麼大尺寸的散熱片,這是權宜之計。放大電路PCB與散熱片緊密結合,仍是最佳選擇,組裝、測試、維修都方便。國外有400mm長散熱片,但台灣不容易買得到。

電源變壓器2只,每只600VA,次級電壓37V,雙橋式整流。同樣的東西,從外觀上分不出來,但電路設計完全不同。小金剛是差動輸入,我另外也做了推挽輸入的BPP-100,沒有套件,只有成品。如果你想問:100W夠嗎?就數字言,100當然小於200,但100W已足夠推動Dynaudio的Myrage大型喇叭。