原创 关于音响中的功率放大器知识汇总1

关于音响中的功率放大器知识汇总

一台扩大机的音质优劣表现，受到许多因素的影响，有时是预热不够，有时是搭配错误，甚至是因不同空间环境造成。若单纯就器材而言，电路设计、组件选用、机箱材质…等，也会造成各厂牌扩大机有不同的表现。

机器愈重愈好声？

君子不重则不威，虽然此重非彼重，但用在音响上似乎有些道理。有人购买器材前会先捻捻份量，Kg数低的就不考虑。如何让机器重？机箱和变压器是两大要件。Hi-End机常用铝质机箱，一是阳极处理(高污染)比较漂亮，二是不导磁；或是面板用铝材，其它部份用铁材。真要比重量，一定的体积，铁比铝重得多，而且铁箱的处理（通常是烤漆，少部份是镀铬），较不污染，费用比铝箱便宜。但就是因为有「不导磁」这个特点，铝质机箱还是到处可见。

前级扩大机比较轻，因为没有大散热片，而且电源变压器功率容量也不大，所以很少有超重量前级扩大机。后级扩大机就不同，因输出功率高，所以电源变压器大，再加上滤波电容及两侧宽宽厚厚的散热片，就真的很雄壮威武了。

输出功率相同，但品牌不同的两台后级重量必然不等。有些设计师很注重电源变压器的功率容量，常安排在输出功率的六倍以上。例如100W输出的单声道后级，欧美机器至少会采用600W，甚至800W大火牛。日制扩大机就绝对不会如此费工增本，同样的机器，最多只用400W变压器。一来一往差了200~400W，重量当然不同。

滤波电容也是要素之一，大体积电容俗称大水塘，其份量自然比小水塘足。纯A类后级更是免不了巨型散热片，再加上大变压器、大水塘，自然就是威武真君子。千万不要忽略小功率真空管机，单端输出立体声300B虽然只有7W×2，但它多出两只输出奥斗，若再算上choke及铁箱，几乎一定比60W×2晶体机还重。

铜箱也不导磁，遮蔽特性也优于铝箱，重量更是让人尊敬三分。但铜板的不氧化处理很困难，若是电镀，就会失去铜的特性。故你看日制高级机，铜板或镀铜板常隐藏在机箱内部，绝对不能电镀，甚至涂上防焊油墨都不可以，一定要维持铜的「真面目」。笔者制作的机箱，都是全铝式，没有铁板。

被动式前级既无大火牛也无大水塘，故份量最轻，有时旋转波段开关，机箱还会跟着晃动。增重之法，是加上铜板或铅块。别怀疑，确实有人这么做。机器重，有时一个人抬不动，楼上楼下若无电梯，还可顺便锻练身子骨。它的声音好不好是其次，但摆在家里很让人放心，不会有小偷得走它。

环形、R-core及EI变压器

若说扩大机是整组音响系统的心脏，那电源变压器绝对是扩大机的心脏。早期的变压器都是EI式，后来逐渐有R-core、Cut-core双C式，现在则是环形torodial变压器的天下。有人误以为台湾不会制造Cut-core变压器，其实十五年前国内就曾生产并外销过，笔者也采用过。只是工厂后来全力生产环形变压器，故知道的人并不多，特别是资历较浅的音响迷或制造商。由于Cut-core变压器制造厂商纷纷转向生产环形变压器，因此订制Cut-core变压器的数量要很大。这是因为卷制铁蕊的厂商愈来愈少，据说北部地区只有一家。

EI变压器有空气隙air gap，易造成高磁阻，使密集磁束容易外泄，R-core铁心就能消除空气隙。环形更理想，不仅损耗低、效率高，体型也比较小，故Hi-End机差不多都采用环形变压器。你可以不喜欢环形，但必得承认它是目前晶体机的主流。不过环形也非零缺点，它的「抗磁饱和力」较低，故容易引发高频干扰；若从另一个角度说，环形变压器对交流市纯净度要求较高。因此许多环形变压器都外加隔离金属罩，或是将它独立装箱避免干扰。

在香港，曾有人做过这种实验，故意将环形变压器的金属外罩拿掉，发现扩大机的音质有明显改变，拿掉前声音比较平淡，拿掉后声音比较鲜活；实验机种是美国Mark Levinson No.23后级。

变压器在工作时会振动、会发热，若异常发热就非好现象。但要先确定热源何在，以免冤枉好人，例如有时是因机箱传热所致。环形变压器的振动相当出名，甚至十数万元的进口机，如Audio Research、Aragon，一公尺外都能听到变压器振动哼声。消费者的态度是：振动声理应没有，即便无法消除，此振动声绝不可被放大电路捡拾，再经由喇叭散发出来。

输出变压器和电源变压器不同，电源变压器没有阻抗的要求，输出变压器却有。真空管输出变压器，特别是单端输出，几乎都采用EI形，因EI有空气隙。所以管机的世界，仍以EI变压器为主流。

前述环形变压器对AC电源的纯净度要求较高，要如何量测府上AC电是否干净？三用电表是量电压，完全无意义。至少要用示波器观察AC电压60Hz的正弦波波形有无失真？相信我，在729大停电过后，应该都会有不小的失真。

电流设定与工作类别

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，绝少会超过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）。我们可以想象，将4V电压接到一只23.5KΩ（欧姆）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的后级最近颇受好评，但它的输入阻抗只有10K，与前级输出阻抗47K并联，也有8.2K，依欧姆定律计算，4V/8.2K=0.49mA，所以纯A类的条件也不超过0.35mA。

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根本无法导通，晶体不导通就不能正常工作，故前级扩大机可以说都是超-超A类。

你一定注意到前级扩大机从未标示输出功率，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。现在暂且拋开效率因素，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，扩大机最高会送出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！你看虽然扩大机还是同一台，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，若后级扩大机的电流驱动能力不足，就无法避免电压切割的产生。所以大电流扩大机就成为目前Hi-End机主流，甚至有些巨无霸进口机，8Ω负载300W，而低至1Ω负载，就有能力升至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：扩大机的输出电流和扩大机的消耗电流是两回事，不可混为一谈。以前述扩大机为例，接4Ω喇叭输出电流是10A，但这台扩大机的消耗电流还不到2A。消耗电流是看AC电源这端，喇叭是后级扩大机的负载，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，灯丝电压是粗线，屏极电压是细线。正因灯丝电流高，所以管机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。

再谈纯A类扩大机的电流设定，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，屏流或集流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，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，当无讯号输入时，偏流又会回到设定值。

A类可消除交越失真，设计妥当的AB类也有此功能。但扩大机的失真成分不只交越失真一种，因此A类也不是万灵丹。