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六年磨一剑——金嗓子A-60简介

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发表于 2006-4-6 11:52:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
六年磨一剑——金嗓子A-60简介

《视听前线》(2006/01) 文/陆全根

      有三十多年历史的日本音响名厂金嗓子公司设计生产的放大器在发烧界素负盛名。金嗓子放大器有单声道、双声道以及6声道的;有合并式、分体式的;有纯A类、AB类以及A/AB类的;有用双极型晶体管以及MOSFET作输出级的。输出功率低的一个声道仅20W(8Ω),也有1Ω负载上输出功率高达4、5kW以上的。虽然金嗓子放大器款式各异,但电路技术相互渗透发挥淋漓尽致,以致款款音色珠玑,令发烧友无不为之折服。
      本文对金嗓子放大器A系列(纯A类系列)及其最上位机A-60作一简介。

简史
      金嗓子生产放大器的历史可以追溯到1973年。当年推出机型是P-300,这是一台AB类扩大机,音质之好名噪音响界。它所采用的纯互补差动推挽输出结构成为后来输出级的基本形式。在P-300的基础上,陆续引进了镜流源电路、共射共基自举电路、MOS场效应管推动级等电路,出现了P-300X、P300L、P300V等后续型号,直至去年推出P系列最高级机P-3000。
      金嗓子生产纯A类功放的历史则始于1979年。当时推出的P-260、P-400十分流行,因为这两款功放实际上并非“纯”A类放大,而是用转换开关切换工作状态的AB/A类放大器。真正的“纯”A类工作放大器是1987年推出的P102,这是一台输出级采用“桥式”接法组成的A类放大器,输出功率为50W×2。
      不过上述纯A类放大器尚不足以成系列。到了1991年,金嗓子正式以A系列推出了纯A类放大器A-100(100W/8Ω,单声道)。1993年推出以A-100为基础的立体声A类放大器A-50(50W/8Ω×2)。经过6年后推出了改进型号A-50V。又经6年磨练,于去年推出了目前最新的纯A类放大器A-60。
      金嗓子的纯A类放大器并不全部归入A系列,在其它系列中也有。例如E系列中的E-530便是一款输出功率30W(8Ω)×2的纯A类合并式放大器。金嗓子纯A类放大器迄今共计有10种,属于A系列的还有较早的A-20(20W/8Ω×2)及去年底推出的A-30(30W/8Ω×2)。
      作为A系列放大器与其它系列以及AB类放大器最明显的一个不同点是,它的输出级(有时连同驱动级)采用MOSFET(金属氧化物场效应管,简称MOS管)。目前,A-60是A系列中各种性能裕量最大,附加功能最全的最高机型。

A类与MOS管
      应该说,很少看到有其它音响厂商像金嗓子那样推出款式如此之多的A类放大器。众所周知,A类放大器效率低成本高,音质虽好,但功率做不大,一般难以满足Hi-Fi系统对其功率的需求。那么,金嗓子为什么数十年如一日热衷于推出并不断改进其A类放大器呢?我们说,每一个成功的厂商都有自己的设计理念和追求目标,正因为这样才形成了与众不同的品牌特色。      金嗓子之所以执着地不断推出A类功放,看来主要是因为它把A类功放看作为Hi-Fi放大的理想方式,因而也是家庭实现Hi-End放大的最佳选择。这一点从金嗓子把A系列中双声道功放的额定功率设定在最适合家庭放音使用的20W-60W(8Ω)范围内便可看出来,而其它系列中AB类功放最低额定功率都在100W以上。
      在前面我们曾提到过,金嗓子A系列与其它系列的主要区别在于输出级均采用MOS管。也许一些发烧友会认为,由于MOS管控制特性与电子管类似而音质比用双极型晶体管来得好。当然,笼统地这么说也可以说得过去。不过再想一想,既然MOS管音质好,那么金嗓子为什么不在其它系列中也使用MOS管呢?这其中除了两种器件的价格因素之外,还有没有其它考虑呢?
      大家知道,功率放大器有单端输出和推挽输出之分。单端输出在电子管放大器中更为常见,用一只电子管实现功率放大。单端输出需要采用A类工作状态,一般说它的音质较好,但它的输出功率低,静态电流很大,管子消耗的功率大部分转化为热量而消耗掉,理论效率仅为25%,实际效率还要低一些。推挽输出可以有多种工作状态,在Hi-Fi放大器中主要用A类和AB类工作状态。其中AB类推挽输出功率可比单端输出大1倍以上,静态电流也小得多,效率可达70%左右。不过它的主要缺点是在较低输出功率时失真较大,会明显影响Hi-Fi放音质量。这是因为在音乐欣赏中,大多数时间是处在较低输出功率下聆听的,而此时往往也是人们注意力最为集中的时间, 能够听出很小的失真。
      A类推挽的失真当然要比AB类推挽失真要低。但是由于MOS管和晶体管两种器件的固有特性不同,A类推挽采用MOS管在低功率输出时能够取得更好的音质。据说,金嗓子认为放大器工作原理的出发点不是推挽输出而是单端输出,采用MOS管的A类推挽输出是接近单端输出理想的功放形式。这大概就是金嗓子对A类放大锲而不舍的基本原因。

A-60
      图1是A-60功率放大部分的简图,其技术主要特色尽在其中。为便于叙述,把整个电路划分成输入级、中间级和输出级三部分(它的方框图参见图3)。
      输出级采用10对大功率互补MOS管并联作低阻抗输出,并且也由MOS管加以驱动。输入级采用金嗓子自己研发的所谓MCS电路构成低噪声输入级。由于A-60采用不同于传统电压负反馈的电流负反馈,因此要在输入级与输出级之间插入一个电流/电压(I/V)变换级,从而把电流信号转换和放大为电压信号去推动输出级。
      从A-60的技术指标看起来并不特别起眼,但它所采用的电路技术颇为独到,对音质有举足轻重的影响。下面就上述三级电路中的主要技术特点加以简要说明。

1、并联A类输出
       上面只是着重说明了MOS管在低功率输出时失真小的优点,其实它还有其它一些优点。例如,MOS管高频特性好,输入阻抗又高,特别适合于作宽频带功放的驱动级。由于A-60采用下述电流负反馈,具有很宽的频带,故在A-60中用2只MOS管级联起来组成了一个宽频带驱动级(Q19-Q22)。此外,MOS管具有负温度特性,因而用在大电流输出级中温度稳定性就相当好。当然,MOS管作为大电流输出级也有其不足之处,其中之一就是它的内阻比较高。对此,A-60采用10对MOS管作并联输出,这就大大降低了它的输出阻抗,减小了扬声器反电动势带来的调制失真。不过,这样做是否值得呢?各人可能会有不同的回答,甚至是截然相反的回答。不过我们还应看到多管并联的其它好处。
      我们注意到A-60的额定功率仅60W(8Ω)。但它所使用的10对MOS管每只最大耗散功率为130W。也就是说,每对MOS管最大只承担6W输出功率,这里又有一个是否值得这样做的问题。不过,这样做带来的好处是,可以使每只MOS管工作在线性十分优良的小功率区,无须施加大量负反馈也能获得较低的放音失真。
      还有,A-60在额定8Ω阻抗上的最大输出功率为60W。一般而言并不富裕。一个最直接的解决办法是提高额定输出功率,但这将使A类功放成本急剧上升。如果分析一下实际使用需求就会发现,对音质影响比较大的,往往不是在额定阻抗下额定功率大小的问题,而是在比额定阻抗小得多的阻抗(例如4Ω,甚至2Ω-1Ω)上,功放能否提供足够大的输出功率问题。采用多管并联输出,能够在不提高额定功率的前提下,大大提高低阻抗下的输出功率,而使音质获得明显改善。多管并联也适用于AB类放大器,但显然对A类放大器来说其意义和效果也许更显著些。
      实际上,高频半导体器件早就采用并联运用技术来降低内阻、噪声和提高工作线性,加大和分散芯中的散热面积,提高工作的温度稳定性。金嗓子的并联输出不只是把众多输出管简单直接并联起来,其中还辅之以在长期实践中积累起来的有关对输出管的均流和温控的技术和经验,不仅改善了低电流工作时失真和信噪比,大大提高了小音量时透明感,而且在强大的电源供应下,提高了低阻抗时的输出功率和抗削波能力。在左右声道同时驱动的条件下,额定功率为60W/8Ω×2的A-60,在4Ω时可输出120W×2,2Ω时可输出240W×2,1Ω时可输出480W×2。对于连续的脉冲性的音乐信号,A-60在不同负载下的削波功率实测值分别可达到如下数值:110W/8Ω,343W/2Ω和513W/1Ω,功率十分充沛。

2、MCS
      对于Hi-Fi欣赏来说,发烧友总是希望听到记录在唱片上的所有信息。这对中、高电平的信息往往不成什么问题,但对微弱的低电平信号则不然。这些微弱信号或多或少地会被放大电路的噪声和听音环境噪声所淹没。现在的信号源质量越来越好,实际动态范围可达到120dB以上,以致微弱的信号十分丰富。拥有一间寂静的听音室的发烧友也正在多起来,因此降低放大器的噪声有了很大的现实意义。
      A-60十分注意降低噪声。它设有平衡(±)输入端,各有相应的输入级。由于输入级噪声是决定整机噪声水平的关键,因此A-60的每个输入级均用三个放大单元并联运用。根据电路理论可知,每两个单元(或器件)并联运用,有效输出信号加倍,而它们所产生的噪声的幅度和相位则是随机的,相互抵消的结果噪声电平不是加倍而是与一个单元的噪声电平持平。因而两个单元并联运用,理论上信噪比可提高3dB。类似地,四个单元并联运用,信噪比提高6dB,A-60采用三单元并联,约可提高信噪比4.5dB,这是一个不小的提高量。
      由图2可以看出,同相(+)输入端与反相(-)输入端所使用的放大单元是不同的。后者采用了三个运放并联,前者采用4只低噪声晶体管(Q1-4,Q5-8,Q9-12)组成两级互补差动交叉反馈射随器,因此它没有电压放大作用,但有电流放大作用。而且它有高低阻抗两个输入端:高阻抗输入端接受输入信号,低阻抗输入端接受下节将要说明的电流负反馈。这个电路噪声低、失真小,而且频响宽。它是金嗓子为实施电流负反馈而研制的特色电路——多重电流相加电路MCS。

3、电流负反馈
      放大器大多采用电压负反馈,即把输出电压的一部分反馈到输入端与输入信号电压作反相比较。电压负反馈的频响特性如图3,反馈量越大,增益越低而频带越宽。为了获得宽的频带,就需要施加较深的电压负反馈。而宽频带深度电压负反馈的设计难点较多,稳定性不易做好,容易影响音质,一般是动态特性不佳。
      A-60采用电流负反馈,框图如图3。电流负反馈,顾名思义是把输出电流的一部分反馈到输入端与输入信号电流作反相比较。为了实施电流负反馈,需要把输出级的输出电压先转换为电流,再加到MCS电路的低阻抗输入端与输入信号电流进行反相比较,比较后产生的也是电流信号,因此还需要把它恢复成电压信号才能达到驱动输出级的目的。
      由此可见,电流反馈多了一个“电压   电流”变换的中间过程,似乎使电路变得更复杂,它会带来什么好处呢?
      图2就是两种反馈方式频响曲线的对比。十分明显,与电压反馈相比,电流反馈的反馈量只影响增益的大小而不影响频响。它的频响主要取决于各级电路本身,即使电流反馈量很小甚至为零,频响也可以做得很宽,一般很容易达到数百kHz以上。相反,如果采用电压反馈要达到同样频宽,由图2可知,首先要设计一个增益足够高的放大器,然后再施加足够深的负反馈才可能达到目的。然而要使一个深度负反馈的电压放大器在很宽的频带内稳定工作,相位补偿设计难度很大。
      根据电流反馈放大器不论反馈量大小频响基本如一不变的特点可以知道,其反馈回路相移很小,几乎可以不必进行相位补偿,这就使它的动态特性比电压反馈优良得多,反映在声音质量上音色通透自然。至于“电压   电流”变换过程完全可以融入相关电流放大电路,基本上不会增加电路的复杂程度。
      当然,电流反馈也有不及电压反馈之处。比方说,它的输出中点电位不甚稳定,故在A-60中加入了DC伺服电路。其实,我们看到许多高级电压反馈功放电路也都使用DC伺服电路,因此这也算不上什么缺点。还有,在电流反馈功放中,并不需要用加深反馈量来取得宽的频响,因此电流反馈量一般总是比电压反馈功放的电压反馈量小,故它的失真相对而言大一些。因而需要依赖器件和电路的一致性或对称性来降低失真,换言之,对器件及其组配要求比较严格。最后也要说明一下,两种反馈方式各有所长,究竟哪一种好,不能一概而论。最终要看能否把各自的电路特色充分发挥出来,达到取长补短、相得益彰的目的。
其它
      在A-60强劲的低阻抗驱动能力背后必然有着一个强大的电源支持。它的电源变压器容量高达1KVA,绕线粗电阻小,结构紧凑效率高,抗震、散热和抗漏磁设计考虑周密。
      作为A系列最高机种,各种接口齐全,插接切换方便,接触可靠。A-60还可利用平衡端子的方便,不添加额外电路,仅靠开关即可“桥接”成更大输出功率的单声道功放。此时在8/4/2Ω负载下一步对连续音乐信号可输出240/480/960W。
      最后,还值得提一下A-60的双路数字式功率表。使用模拟指针式功率表是金嗓子功放的传统,它们以dB刻度来表示输出功率的相对值。A-50、A-50V和A-60都采用A/O变换器和DSP处理器对负载上的电压和电流进行实时检测与运算,最后直接用数字显示负载上的瞬时功率“瓦”数。A-60的显示精度比其前身更高,可达到0.001W。功率显示范围分三档:一般音量聆听时用100W档(0.01-999.99W),小音量聆听时可用10W档(0.001-99.999W);而低阻抗驱动时,A-60输出可达数百瓦,此时可先用1000W档(最低可显示0.1W)。由于数字显示式功率表不太直观,输出功率还可用25点条形图加以显示(有保持功能)。
手执一把大关刀!
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