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电流设定与工作类别

2011年11月10日 08:24  来源:中国数字视听网  字体【   

请务必建立负载load的观念。不考虑线材,前级的负载是后级,后级的负载是喇叭。前级驱动后级,后级驱动喇叭,都要送出足够的电压。前级要提供多少电压才足以驱动后级?大约2V就可让后级满功率输出,很少会超过3V,夸张一点,就说4V好了。后级是高阻抗输入,有多高?一般都设定在47K左右,再与前级输出阻抗并联,也有23.5K(电阻并联阻值降低,串联则阻值增加)。OK,我们可以想象,将4V电压接到一只23.5KΩ(奥姆)电阻上,那流过此电阻的电流就是4V/23.5K=0.17mA(I,电流,A,安培)。依照A类的条件,必需是峰值电流的一半,故0.17mA×1.414÷2=0.12mA;写成纯中文就是:零点一二毫安。

1A=1000mA,所以0.12mA的电流太低了,甚至1mA都还不到,因此胡乱设计,前级也都是A类的。Pass的后,其输入阻抗只有10K,与前级输出阻抗47K并联,也有8.2K,依奥姆定律计算,4V/8.2K=0.49mA,所以纯A类的条件也不超过是0.49mA×1.414÷2=0.346mA。

但实际设计时,不到1mA的电流是不行的,因为晶体管可能会因电流太低无法导通,晶体不导通就不能正常工作,有时还会引发杂音;故前级放大器可以说都是超-超A类。

你一定注意到前级放大器从未标示输出功率,因为无此必要,但却会注明最大输出电压。前级的输出是电压,这与后级大不相同,后级的输出是瓦--W(V×A)。于是当后级接上喇叭,问题就多了,因为不单是阻抗,还受效率高低的影响。现在暂且抛开效率因素,我们只谈阻抗。为方便说明,以单声道机种为例。若是200W输出,就表示接上8Ω喇叭时,放大器最高会送出40V不切割电压,40V/8Ω=5A,故5A×40V=200W;倒过来算,也可以知道200W的输出电流是5A。

假设喇叭阻抗由8Ω降至4Ω,40V/4Ω=10A,而10A×40V=400W!你看,虽然放大器还是同一台,但负载阻抗降低一半时,它的输出功率却提升一倍。但我们要关切的数字不是输出功率而是电流,由5A至10A,看似简单,却非每台后级皆能如此。再假设喇叭是2Ω,那输出电流会高至20A,若后级放大器的电流驱动能力不足,就无法避免电压切割的产生。所以大电流放大器就成为目前Hi-End机主流,甚至有些巨无霸进口机,8Ω负载300W,而接上1Ω负载,输出功率就有能力提升至2400W!

喇叭阻抗降低有两种情形,一是换用阻抗不同的喇叭,一是同一只喇叭,在动作时随着频率改变阻抗,某些喇叭更是明显。请特别注意:放大器的输出电流和放大器的消耗电流是两回事,不可混为一谈。以前述放大器为例,接4Ω喇叭输出电流是10A,但这台放大器的消耗电流还不到2A。消耗电流是看AC电源这端,喇叭是后级放大器的负载,后级则是电源插座的负载,消耗功率除上110V才是消耗电流。

输出电流大、消耗电流也大,百分之百不是真空管机,而是少数需要几个人才能抬的晶体管机。输出电流高,宜接用粗壮喇叭线以降低阻抗;消耗电流高,也不宜选用太细的电源线。同一台后级,在欧洲地区使用可以用较细的电源线,但卖到日本就应配粗电源线,因日本的交流市电是100V。或许你又说:真空管灯丝要吃很高的电流,所以很耗电。一支6922的灯丝电流要330mA,三支就接近1A,故管机变压器,灯丝电压要用粗线,屏极电压用细线即可。正因灯丝消耗电流高,所以电路板上灯丝电压铜箔要宽,否则有可能会引发哼声。

但真空管输出电流极低,还不是普通的低,常以mA做计算。而晶体管,只要是功率放大用,随便都有7A。由于喇叭是低阻抗负载,以电子学的立场言,真空管并不适合做后级。有人用250W管机推Dynaudio喇叭,但发现推不好,换成150W晶体后级就一切搞定,原因就是管机后级没有输出电流这种规格,它是电压控制组件。当然,管机后级有输出变压器,它可以将高电压、低电流转换成低电压、高电流,但以电流负载传输,还是以半导体组件直接。

再谈纯A类放大器的电流设定,其条件也与「负载线」有关,比较通俗而实际的说法是:输出峰值电流的二分之一。比较学术性的说法是:在无讯号或讯号周期,集极360°均有电流。听起来似乎很简单,做起来却非易事,你得先解决散热的问题。

有两个疑点可探讨,一是有没有纯A类线路?二是纯A类能否将失真彻底消除?以技术者自居,笔者常会说放大线路没有A类或AB类之分,当静态电流设定在峰值电流一半时就是A类,反之就不是A类。再以上述200W后级为例,8Ω负载输出电压是40V,输出峰值电压就是40V×1.414=56V,故输出峰值电流是56V/8Ω=7A,故A类之电流设定是3.5A。

不过是3.5A,看起来也没什么。但A类200W要施加约±75V的工作电压,3.5A×75V×2=525W!200W输出,却超过500W的消耗。

因电流大、热度高,所以A类后级一般都在50W输出左右,以免弄成庞然大物。AB类的电流设定就小得多,几乎都不到1A,热度方面也温和许多。但AB类偏流低,那也是指静态偏流或无讯号偏流,它是最低设定点,在工作时,其偏流也会随着输入讯号的增高及低频出现而上升;但是当无讯号输入时,偏流又会回到设定值。

晶体管后级输出,目前几乎都是互补推挽输出结构。若推挽输出功率晶体不施加任何偏流─0 bias,其输出端会产生交越失真,以示波器观察,输出波形的上半波与下半波不能完美结合,会错开接不上。A类固然可消除交越失真,但设计妥当的AB类也绝对有此功能。而且放大器的失真成分不只交越失真一种,因此千万不要将A类捧为万灵丹。

现在的消费者愈来愈聪明,已经会问输出电流是多少?这很难准确的回答,有些进口机在说明书上印的数字是海阔天空。输出电流可经由实测知道,绝对不是将功率晶体的集极电流当成输出电流,这是欺骗。例如英国Audiolab 8000A综合放大器,宣称输出电流17A,它是将2SA1494/C3858功率晶体的最大Ic当做输出电流,这是误导消费者,最多只能宣称10A。

若不是大电流放大器,接低阻抗喇叭会烧吗?可能性很低,在测试时,接低阻抗纯电阻可能会烧,但接喇叭却不太会,因喇叭是抗性负载。

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