马蒂斯 Matisse Reference 胆前级十倍放大器电路分析

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, 除此之外, 线路设计者还使用了捉心理一招, 使仿制成功者万中无一, 此君(设计工程师)除了胆艺了得,心理战也了得,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及一项心理战术的三大任务。

先解析心理战, 不外两种情况:

1. 设计者评估百分之九十的仿制者会把 47K换成 470K, 立即中招(音效不佳)

2. 余下百分之十的仿制者会保留 47K,但却往往抱着姑且一试的怀疑态度, 要知道 DIY AMP 是会有灵性, 焊机者的负面怀疑情绪会留在机内,影响音效。在下曾经体会这一奌并留下深刻印象, 就是同一套音响系统邀请不同朋友试听有不同效果, 音效因人而异, 真是神奇。

Google search 的确证实了百分之九十的仿制者会把 47K换成 470K.由上述两奌便可看出仿制成功者万中无一, 在下所言非虚也。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.

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。

还有什么问题是上述经验未能解答的吗? 这里在下要借助 DIY 论坛的一件无头公案, 话说名厂 JADIS 有一欸胆推挽后级用十只KT88即正负半波各五只KT88并联, 奇葩是用一枝屏阻极高的12AX7屏极出直推五只KT88栅极并联, 天啊, 还有高音吗? 当然有, 但大家都不服气,一起批评 JADIS 设计不当, 但有机主却证实靓声, 争持不下, 不了了之. 这件无头公案与 Matisse Reference的栅极 47K电阻 case 极为相似, 假若解决了 JADIS 的问题,也就能解决 47K 问题。

言归正传, 请看 JADIS功放推动级线路图(正半波一边):

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查特性表 KT88栅极对阴极潜布电容 16PF, 即使 JADIS厂将接线尽量做短而不惜牺牲了一部分零件排列美覌感, 每只KT88栅极推动电路潜布电容仍有 24PF之多(估算值), 即合共 40PF(每管). 电路简化后五只 .22uF并联变 1.2uF, 五只 1.5M并联变 300K,五组 40PF潜布电容并联变 200PF, 请看简化线路图:

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以上图解法可以看出管子的静态工作奌(operating Point) 是Vp 250V, Ip 2.1 mA, 不失真输出电压摆幅达 140Vpp, 其中红线是 47K的静态负载线, 蓝线是 47K并联 300K动态负载线.此机原凶就是 200PF潜布电容量.

Matisse Reference第一级 12AX7, 看图:

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先不管负回输,除了阴极电阻没有傍路电容外, Matisse Reference第一级与JADIS很相似, 那只 30PF电容是 12AT7栅极电路潜布电容.

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以上图解法可以看出管子的静态工作奌(operating Point) 是Vp 200V, Ip 0.85 mA.其中红线是 249K静态负载线, 蓝线是 47K并联 249K动态负载线. 不失真输出电压摆幅达 40Vpp足够推动 12AT7, 30PF潜布电容会影响高频.

如果在下说:

1. JADIS 推动级频应高达 29.5KHz -3db

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

3.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.

在下照焊的一个JADIS 推动级频应高达 30.5KHz -3db, 看图:

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为何高屏阻12AX7被 200PF电容傍路仍有如此不错的高频响应,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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