马蒂斯 Matisse Reference 胆前级十倍放大器电路分析与仿制

马蒂斯 Matisse Reference 胆前级十倍放大器电路分析与仿制.

亨利·马蒂斯 Henri Matisse(1869年12月31日-1954年11月3日)是法国野兽派画家创始人, 他与毕卡索、马歇尔·杜尚一起为20世纪初造型艺术带来巨大影响。他是野兽派领袖,主张印象主义的理论,促成了20世纪第一次艺术运动。大胆使用平面色彩、不拘的线条的风格。风趣简约的结构令他成名,也使其成为现代艺术中最重要人物之一。

马蒂斯前级真够姜命名 Matisse 以表达其简约结构及狂野的音效,并且再加上 Reference参考一词,若非真有过人之处, 怎敢如此招摇。查 M7, JP200 及 Matisse Reference 这三部前级十倍放大器以 Matisse Reference零件最少, 线路最简单, 的确不容易看出有任何过人之处, 但原厂马蒂斯的确十分靓声,这是氹仔浸蛟龙,那就是说不起眼的小池塘也能把过江猛龙淹死, 如果在下告诉大家这三款放大器中线路分析最复杂的就是 Matisse Reference, 阁下相信吗?

为了使 DIY不那么容易成功,这 Matisse Reference十倍放大器线路包含了三组秘密公式,此君(设计工程师)胆艺了得,真鬼才也.

要彻底分析此机需要颇长的编幅, 有几项基本原理先要弄明白,看官要有耐性一步步来.请看图, 这是原厂 Matisse Reference 线路:

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图中最令资深 DIY行者不认同的就是那粿 12AT7 的栅极 47K 电阻,没理由阻值这么低,它甚至比屏极电阻还要低得多,大家都想换之而后快,最普遍的便是把它换成 470K后感觉舒坦得多,心理上好过,自然觉得声音也变好,但其实是被设计者计算了,真相是这粿 47K 栅极电阻是整体线路设计画龙奌精所在,绝不能换,它同时背负着两组秘密公式。但假若DIY行者能真正了解此 47K电阻的作用, 心中没有了疑团, 焊出来的机器自然会靓声。

为何此机设计者有这么强的信心认为大多数的 DIY仿制者会更换此电阻,并且事实证明的确如此,问题在那里?在下试试解答这问题, 由一个简单的12AX7共阴放大器开始,请看图:

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屏极电压 235V及屏流 1.6mA是如何算出来的? 请看下述:

假设管子完全导通, 流过 100K 及 1K的电流是 B+ 400V 除以 100+1=101K等于 3.96mA, 即大约 4mA, 在屏流(Ip)轴上 4mA奌与屏压(Vp)轴上 400V奌连起来的直线, 称为负载线(Load Line), 下图中的红线便是:

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由于阴极电阻是 1K,当 -Vg等于 -1V时,阴极电流即屏流等于 1mA即 A奌, 也就是-1V的 Vg线在屏流1mA的奌, 当 -Vg等于 -2V时,阴极电流即屏流等于 2mA即 B奌, 当AB奌用直线连起来, 它与负载线的交奌 C就是管子的静态工作奌(operating Point), 图中可以看出实际屏流是 1.6mA屏压 235V, 这便是图解法,好处是不用计数直接由图中读出, 有了图解法设计线路变得容易, 可选取不同静态工作奌。

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多举一个例子, 假使阴极电阻是 2K,当 -Vg等于 -1V时,阴极电流即屏流等于 0.5mA即 D奌, 也就是-1V的 Vg线在屏流0.5mA的奌, 当 -Vg等于 -3V时,阴极电流即屏流等于 1.5mA即 E奌, 当DE奌用直线连起来, 它与负载线的交奌 F就是管子的静态工作奌(operating Point), 图中可以看出实际屏流是 1.18mA屏压 282V. 这图解法简单,直接,易懂又好用,不过好像在 DIY论坛里没多见, 在下把它送给大家分享,希望DIY合用.

它能做什么呢? 它可以设计及 DIY胆前及单端后级,它可以看懂线路图,还可以修理胆机, 只要测量阴极电阻上的电压, 那就是珊负偏压-Vg, 再用欧姆定律便可算出屏流Ip, 测量屏极对地电压减去阴极电阻电压就是实际屏压 Vp, 即三个参数齐备。胆机故障其实来来去去都是那几枚电阻变值, 交连电容漏电, 泸波电容干涸, 胆老化,烧牛等,凭这三个参数容易找出故障,便可把机修好, 假以时日, DIY行者大多都能修机。

此外它还可以校声,稍有DIY 经验的朋友都知道共阴接法里的电阻电容以至B+ 电源数值的变化范围是可以很广,而管子仍可正常工作, 此乃上天恩赐, 大家很快便会发觉输入,输出及滤波电容值少则高频清丽, 值大则低频深厚, 阴极电阻少则屏流大而声音强壮反之则弱,屏极电阻低则屏压高而声音较燥反之则醇, 栅极电阻也是前一级的屏极负荷阻值不可太少, B+够高则动态勇猛而反之则暗, 慢慢很自然地在一定的阻容范围内寻找个人风格声音,渐渐养成微调阻容值即所谓校声的习惯,时间一久,感觉良好。看官,微调电容值”校声”在DIY圈子里早已是公开的秘密,並不神祕,也不必认真.

因为胆栅极阻抗非常高,所以通常栅极电阻都在200K以上, 凭多年经验大多 DIY 行者都不接受 47K如此低的栅极电阻,更有多年校声经验支持于是十居其九都改成 470K 而中伏。

如果在下说:

1. Matisse Reference 用47K 栅极电阻,第一级频应为 153KHz -3db
2.Matisse Reference 用470K栅极电阻,第一级频应降为 51KHz -3db

有人相信吗?

线路这么简单, 有示波器及讯号产生器的朋友照焊一个出来量度绝无难度, 可即时证实.

为何Matisse Reference 的 47K低值栅极电阻拖住屏极负荷,其频应反而高过 470K 的频应那么多,这些都无法从线路图中看出,但是等效电路图却能精确地算出高频响应,要详细解析等效电路需要很长的编幅,有机会的话再写专文讨论.

Matisse Reference 47K栅极电阻能促成第一级 12AX7的开环高频响应直达153KHz -3db, 这是其中一条秘密公式. Matisse Reference设计可推石机,故需高频响应特性佳.

那么 47K栅极电阻的另一个作用是什么呢, 那是时间常数问题, 请看图:

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回输补偿时间常数原理:

C1 R1 = C2 (R2+R3) 临界补偿

C1 R1 < C2 (R2+R3) 过补偿

C1 R1 > C2 (R2+R3) 欠补偿

为了简单易明暂不考虑 V1 及V2 的屏极输出内阻, 因为即使计及结果相差不大,不会影响结论. 请看图:

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这个 RC 电路称为高通滤波器, 输入频率低过截止频率 Fc即不能通过, 那截止频率 Fc是由 R乘以 C值所决定, 这个RC 值称为时间常数, RC 数值越大, 截止频率越低.首先假设前向及反馈 RC 电路中的 C 值为无限大, 即截止频率 Fc是 0 (DC) 即直流电压. 因放大器的输出即闭环增益,等于开环增益减去负回输增益的绝对值(请留意负回输增益 db是负数), 看图:

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上图 Close loop gain闭环增益,等于开环增益 Open loop gain 减去负回输 Feedback gain, 输出频率响应平直, 没问题. RC 电路中的 C 值为无限大是假设, 现实世界没有, 祗是方便解析说明.

下面三个实际情况则不同:

C1 R1 = C2 (R2+R3) 临界补偿

C1 R1 < C2 (R2+R3) 过补偿

C1 R1 > C2 (R2+R3) 欠补偿

先看临界补偿, C1 R1 = C2 (R2+R3) 即两个时间常数相同即 Fc 截止频率相同:

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上图并没有问题, 祗要设定 Fc够低便可, 临界补偿声音清丽, 人声特别有感情.(M7使用)

再看过补偿, C1 R1 < C2 (R2+R3) 即负回输 Feedback gain时间常数较大,即负回输 Fc1截止频率较低, 前向 Fc2截止频率较高:

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上图也没有问题, 祗要设定 Fc够低便可, 过补偿频应宽阔,冲击力强劲, 力度似石机而有胆味.(MATISSE REFERENCE 使用)

再看欠补偿, C1 R1 > C2 (R2+R3)即负回输 Feedback gain时间常数较小,即负回输 Fc1截止频率较高, 前向 Fc2截止频率较低:

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这次出了大问题, 因放大器的输出即闭环增益,等于开环增益减去负回输增益, 在 Fc1负回输截止频率负回输增益绝对值变小,而开环增益因未达 Fc2故仍保持不变, 于是闭环增益即输出频率会在 Fc1 与Fc2 之间出现一个大波峰,大家能否仍然坚持认为会靓声?

事实很简单, 原厂 47K就是 C1 R1 < C2 (R2+R3) 过补偿 22ms<66ms, 改成 470K就是 C1 R1 > C2 (R2+R3) 欠补偿 220ms>66ms, 这是 47K的第二条秘密公式, 47K电阻绝不能改.

最后第三条秘密公式, 看图:

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那个并在12AX7阴极电阻上的 10PF是阴极对灯丝潜布电容, 它能短路高频, 即高频负回输增益绝对值变小(即高频段没有了负回输), 于是闭环增益即输出频率会在高频段出现一个波峰,有奌类似时间常数欠补偿,那个 36PF电容并联在 20K电阻能对冲10PF阴极对灯丝及零件潜布电容的影响, 因DIY机器人人不同, 故 10PF系近似值, 36PF也是, 但不会差太远,试听证明,没有这36PF电容高频会较为刺耳,看原厂线路版留有位置焊接此电容,但位置却空着,在下很怀疑那粿 20K电阻是特制的空心电阻,中间藏着那电容,下图是正确的电路图:

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这图已没有伏, 可安心 DIY.

请留意原厂两级放大共享 B+而不设退交连电容,不是因为节省而是因为音效。

泸波电容 200uF 已足够, 410V B+ supply 要求并不严格,稳压或丌形皆可.

补品校声改善音效,在下推荐.

看官,实话实说,原厂 M7用0.01uF交连,JP200用 1500uF泸波,MATISSE REFERENCE用 47K栅极, 明摆着, 就是挑战 DIY行者的能耐, 有没有真工夫去揭破.

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