馬蒂斯 Matisse Reference 胆前級十倍放大器電路分析与彷製

馬蒂斯 Matisse Reference 胆前級十倍放大器電路分析与彷製

亨利·馬蒂斯 Henri Matisse(1869年12月31日-1954年11月3日)是法國野獸派畫家創始人, 他與畢卡索、馬歇爾·杜尚一起為20世紀初造型藝術帶來巨大影響。他是野獸派領袖,主張印象主義的理論,促成了20世紀第一次藝術運動。大膽使用平面色彩、不拘的線條的風格。風趣簡約的結構令他成名,也使其成為現代藝術中最重要人物之一。

馬蒂斯前級真夠姜命名 Matisse 以表達其簡約結構及狂野的音效,並且再加上 Reference參考一詞,若非真有過人之處, 怎敢如此招搖。查 M7, JP200 及 Matisse Reference 這三部前級十倍放大器以 Matisse Reference零件最少, 線路最簡單, 的確不容易看出有任何過人之處, 但原廠馬蒂斯的確十分靚聲,這是氹仔浸蛟龍,那就是說不起眼的小池塘也能把過江猛龍淹死, 如果在下告訴大家這三款放大器中線路分析最複雜的就是 Matisse Reference, 閣下相信嗎?

為了使 DIY不那麼容易成功,這 Matisse Reference十倍放大器線路包含了三組祕密公式,此君(設計工程師)膽藝了得,真鬼才也.

要徹底分析此機需要頗長的編幅, 有幾項基本原理先要弄明白,看官要有耐性一步步來.請看圖, 這是原廠 Matisse Reference 線路:

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圖中最令資深 DIY行者不認同的就是那粿 12AT7 的柵極 47K 電阻,沒理由阻值這麽低,它甚至比屏極電阻還要低得多,大家都想換之而後快,最普遍的便是把它換成 470K後感覺舒坦得多,心理上好過,自然覺得聲音也變好,但其實是被設計者計算了,真相是這粿 47K 柵極電阻是整體線路設計畫龍奌精所在,絕不能換,它同時背負著兩組秘密公式.但假若DIY行者能真正了解此 47K電阻的作用, 心中沒有了疑團, 焊出來的機器自然會靚聲。

為何此機設計者有這麽強的信心認為大多數的 DIY彷制者會更換此電阻,並且事實証明的確如此,問題在那裡?在下試試解答這問題, 由一個簡單的12AX7共陰放大器開始,請看圖:

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屏極電壓 235V及屏流 1.6mA是如何算出來的? 請看下述:
假設管子完全導通, 流過 100K 及 1K的電流是 B+ 400V 除以 100+1=101K等於 3.96mA, 即大約 4mA, 在屏流(Ip)軸上 4mA奌與屏壓(Vp)軸上 400V奌連起來的直線, 稱為負載線(Load Line), 下圖中的紅線便是:

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由於陰極電阻是 1K,當 -Vg等於 -1V時,陰極電流即屏流等於 1mA即 A奌, 也就是-1V的 Vg線在屏流1mA的奌, 當 -Vg等於 -2V時,陰極電流即屏流等於 2mA即 B奌, 當AB奌用直線連起來, 它與負載線的交奌 C就是管子的靜態工作奌(operating Point), 圖中可以看出實際屏流是 1.6mA屏壓 235V, 這便是圖解法,好處是不用計數直接由圖中讀出, 有了圖解法設計線路變得容易, 可選取不同靜態工作奌。

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多舉一個例子, 假使陰極電阻是 2K,當 -Vg等於 -1V時,陰極電流即屏流等於 0.5mA即 D奌, 也就是-1V的 Vg線在屏流0.5mA的奌, 當 -Vg等於 -3V時,陰極電流即屏流等於 1.5mA即 E奌, 當DE奌用直線連起來, 它與負載線的交奌 F就是管子的靜態工作奌(operating Point), 圖中可以看出實際屏流是 1.18mA屏壓 282V. 這圖解法簡單,直接,易懂又好用,不過好像在 DIY論壇裡沒多見, 在下把它送給大家分享,希望DIY合用.

它能做甚麼呢? 它可以設計及 DIY膽前及單端后級,它可以看懂線路圖,還可以修理膽機, 衹要測量陰極電阻上的電壓, 那就是珊負偏壓-Vg, 再用歐姆定律便可算出屏流Ip, 測量屏極對地電壓減去陰極電阻電壓就是實際屏壓 Vp, 即三個參數齊備。膽機故障其實來來去去都是那幾枚電阻變值, 交連電容漏電, 瀘波電容乾涸, 膽老化,燒牛等,憑這三個參數容易找出故障,便可把機修好, 假以時日, DIY行者大多都能修機。

此外它還可以校聲,稍有DIY 經驗的朋友都知道共陰接法裡的電阻電容以至B+ 電源數值的變化範圍是可以很廣,而管子仍可正常工作, 此乃上天恩賜, 大家很快便會發覺輸入,輸出及濾波電容值少則高頻清麗, 值大則低頻深厚, 陰極電阻少則屏流大而聲音強壯反之則弱,屏極電阻低則屏壓高而聲音較燥反之則醇, 柵極電阻也是前一級的屏極負荷阻值不可太少, B+夠高則動態勇猛而反之則暗, 慢慢很自然地在一定的阻容範圍內尋找個人風格聲音,漸漸養成微調阻容值即所謂校聲的習慣,時間一久,感覺良好。看官,微調電容值”校聲”在DIY圈子裏早已是公開的祕密,並不神祕,也不必認真.

因為膽柵極阻抗非常高,所以通常柵極電阻都在200K以上, 憑多年經驗大多 DIY 行者都不接受 47K如此低的柵極電阻,更有多年校聲經驗支持於是十居其九都改成 470K 而中伏。

如果在下說:

1. Matisse Reference 用47K 柵極電阻,第一級頻應為 153KHz -3db
2.Matisse Reference 用470K柵極電阻,第一級頻應降為 51KHz -3db
有人相信嗎?

線路這麼簡單, 有示波器及訊號產生器的朋友照焊一個出來量度絕無難度, 可即時証實.

為何Matisse Reference 的 47K低值柵極電阻拖住屏極負荷,其頻應反而高過 470K 的頻應那麼多,這些都無法從線路圖中看出,但是等效電路圖卻能精確地算出高頻響應,要詳細解析等效電路需要很長的編幅,有機會的話再寫專文討論.

Matisse Reference 47K柵極電阻能促成第一級 12AX7的開環高頻響應直達153KHz -3db, 這是其中一條祕密公式. Matisse Reference設計可推石機,故需高頻響應特性佳.

那麼 47K柵極電阻的另一個作用是什麼呢, 那是時間常數問題, 請看圖:

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回輸補償時間常數原理:

C1 R1 = C2 (R2+R3) 臨界補償

C1 R1 < C2 (R2+R3) 過補償

C1 R1 > C2 (R2+R3) 欠補償

為了簡單易明暫不考慮 V1 及V2 的屏極輸出內阻, 因為即使計及結果相差不大,不會影響結論. 請看圖:

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這個 RC 電路稱為高通濾波器, 輸入頻率低過截止頻率 Fc即不能通過, 那截止頻率 Fc是由 R乘以 C值所決定, 這個RC 值稱為時間常數, RC 數值越大, 截止頻率越低.

首先假設前向及反饋 RC 電路中的 C 值為無限大, 即截止頻率 Fc是 0 (DC) 即直流電壓. 因放大器的輸出即閉環增益,等於開環增益減去負回輸增益的絕對值(請留意負回輸增益 db是負數), 看圖:

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上圖 Close loop gain閉環增益,等於開環增益 Open loop gain 減去負回輸 Feedback gain, 輸出頻率響應平直, 沒問題. RC 電路中的 C 值為無限大是假設, 現實世界沒有, 祗是方便解析說明.

下面三個實際情況則不同:
C1 R1 = C2 (R2+R3) 臨界補償

C1 R1 < C2 (R2+R3) 過補償

C1 R1 > C2 (R2+R3) 欠補償

先看臨界補償, C1 R1 = C2 (R2+R3) 即兩個時間常數相同即 Fc 截止頻率相同:

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上圖並沒有問題, 祗要設定 Fc夠低便可, 臨界補償聲音清麗, 人聲特別有感情.(M7使用)

再看過補償, C1 R1 < C2 (R2+R3) 即負回輸 Feedback gain時間常數較大,即負回輸 Fc1截止頻率較低, 前向 Fc2截止頻率較高:

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上圖也沒有問題, 祗要設定 Fc夠低便可, 過補償頻應寬闊,衝擊力強勁, 力度似石機而有膽味.(MATISSE REFERENCE 使用)

再看欠補償, C1 R1 > C2 (R2+R3)即負回輸 Feedback gain時間常數較小,即負回輸 Fc1截止頻率較高, 前向 Fc2截止頻率較低:

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這次出了大問題, 因放大器的輸出即閉環增益,等於開環增益減去負回輸增益, 在 Fc1負回輸截止頻率負回輸增益絶對值變小,而開環增益因未達 Fc2故仍保持不變, 於是閉環增益即輸出頻率會在 Fc1 與Fc2 之間出現一個大波峰,大家能否仍然堅持認為會靚聲?

事實很簡單, 原廠 47K就是 C1 R1 < C2 (R2+R3) 過補償 22ms<66ms, 改成 470K就是 C1 R1 > C2 (R2+R3) 欠補償 220ms>66ms, 這是 47K的第二條祕密公式, 47K電阻絕不能改.

最後第三條祕密公式, 看圖:

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那個並在12AX7陰極電阻上的 10PF是陰極對燈絲潛布電容, 它能短路高頻, 即高頻負回輸增益絶對值變小(即高頻段沒有了負回輸), 於是閉環增益即輸出頻率會在高頻段出現一個波峰, 有奌類似時間常數欠補償,那個 36PF電容並聯在 20K電阻能對沖10PF陰極對燈絲及零件潛布電容的影響, 因DIY機器人人不同, 故 10PF係近似值, 36PF也是, 但不會差太遠,試聽証明,沒有這36PF電容高頻會較為刺耳,看原廠線路版留有位置焊接此電容,但位置卻空著,在下很懷疑那粿 20K電阻是特製的空心電阻,中間藏著那電容,下圖是正確的電路圖:

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這圖已沒有伏, 可安心 DIY.

請留意原廠兩級放大共享 B+而不設退交連電容,不是因為節省而是因為音效。

瀘波電容 200uF 已足夠, 410V B+ supply 要求並不嚴格,稳壓或丌形皆可.

補品校聲改善音效,在下推薦。

看官,實話實說,原廠 M7用0.01uF交連,JP200用 1500uF瀘波,MATISSE REFERENCE用 47K柵極, 擺明玩野, 就是挑戰 DIY行者的能耐, 有沒有真工夫去揭破.

Thank you for visiting.

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