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EP-1真空管前級作者原文

管理者 (貓貓站長)
2021/07/28 14:53 #1

站長代PO，本文作者：風清揚 <=(此乃筆名，不是華山劍宗那位...轉貼請註明出處，謝謝~^^)

EP-1 真空管前級作者原文 (文/風清揚)

來談一下擴大機最令我恐懼的部分：訊號源選擇器(前級)。

仔細觀察Hilton 的擴大機產品，幾乎都是帶音量控制的綜合式擴大機，但是卻沒有設置輸入訊號源選擇器，而只有一組的訊號輸入端子！

為什麼不是多幾組訊號源可以做選擇呢？

這牽涉到綜合擴大機設計的理念：人們不懂為什麼我設計的綜合擴大機只有一組訊號源的輸入？因為擴大機如果只有一組訊號輸入，那就可以做到最精簡的走線，最短的距離，最少的干擾，最好的聲音表現。人耳對聲音是那麼的敏感，訊號源又在最前端，任何的＂雜訊＂(這裡指的是一切不應該存在的音染)都會被放大幾十倍！
因此Hiton大部分的綜合擴大機都是根據這樣理想而設計的！在DIYer能夠負擔的最低成本之下，做到最好的聲音。

再者，Source selector 這個部分真的很難搞，如果要做得好成本非常高，容秉：
一般的輸入訊號選擇功能都是透過一個波段開關來做選擇，假設你有四組訊號要選擇，那麼從輸入端到波段開關之間就有八條線要走，在加上輸出的兩條線，所以一共是10條隔離的訊號線要走。
這10條線郤是罪惡的根源！

您可以花天價去買個超級波段開關+單晶銅鍍銀鐵氟龍訊号線，而且是雙芯隔離當成單聲道用，把其中的一芯拿來單端接地⋯然而這一切的花費並不一定表示您可以得到最好的聲音，因為訊號線是複雜的容抗+感抗+阻抗的複合體⋯⋯而要音源通過的頻率從低於1Hz~到高於100kHz，相差10萬倍，因此在不同的頻率下形成不同的失真及衰減，搞亂了原本的音樂本質！

您可知道所謂的隔離線並不能夠完完全全地隔離掉隔壁聲道的音樂，線拉得越長彼此干擾的機會求越大，再好的隔離線都一樣，只是程度的差別而已！

更重要的事情是，當有一天您發現更貴的訊號線(例如：5N純銀鐵氟龍灌油超低溫處理線⋯)，您會開始懷疑之前的那一把前級的線不夠好聲！心裏疙瘩作響！

而且，為了符合人體工學方便操作，波段開關通常至於前方的面板，但是輸入訊號源卻在後方的背板，因此訊號線就必須拉得長長的從後方的背板拉到前方的面板！訊號線越長當然訊號受到的衰減及失真就會越大，而且串音機會也會增加！⋯

那怎麼辦？

很簡單啊：設計可採用繼電器控制的輸入訊號選擇開關！
這麼做的好處是：
1，省去非常昂貴的波段開關
2，省去那令人頭痛的一整把訊號線
3，只要好好規劃，訊號的路徑可以做到最短，失真及衰減都能夠降到最低

OK，但是如果我們的前級只是這樣，那也未免太簡單了⋯

我在研究一些著名的管機時，發現許多機器都會在輸入端加入一級的真空管緩衝級！
加上這個真空管緩衝期的好處是：可以隔絕掉前面不同訊號源阻抗不一致的影響，而得到一個輸出阻抗相對一致的緩衝前級，另外就是這個真空管的緩衝級也可以為整台機器多增加一些管味！

因此我們的輸入訊號選擇器也加了真空管緩衝級⋯如果您的後面的綜合擴大機是晶體擴大機(如E2)，那麼這一個緩衝級可以為您增加一些溫暖的，甜甜的質感，如果你後面切的擴大機是真空管的綜合擴大機，那麼你應該不會在乎這個緩衝级再給您多一點點管味！而事實上這也是很多名牌廠的管機也都是這麼做的！

這個真空管buffer，我採用了ECC802(或是12AU7，EEC82)，聲音好，輸出阻抗低，也有很多廠牌可以替換來體驗不同的調音音色！

除此之外，還需要什麼功能呢？
⋯
人一一一因爲懶惰，所以才會有夢想，才會發明那麼多方便的設備！所以人因為懶惰而偉大！！

這台前級，我設計了一個＂訊號啟動＂的特殊功能，可以偵測訊號源的音樂信號而自動將後面的綜合擴大機開啟(送電)！而當音樂結束後20分鐘左右便會自動關掉(斷電)後面的擴大機！這個想法很簡單，但是做起來卻是有一點麻煩，容我敍述：

1，首先必須設計一個偵測線路能夠確實的偵測音樂訊號而啟動繼電器，並且不會受到雜訊的干擾而誤動作！而且這個偵測電路不能夠造成訊號源的負擔引起額外的失真！
這個部分採用OP設計成的加法器+濾波器+訊號放大器+峯值檢波電路來完成。

2，當音樂連訊訊號強度足夠時(大約是10mV 持續0.2秒)，積分器累積了足夠的電壓送到後面的比較器，比較器得以確實的驅動控制電源用的Relay(這是一個16A的大電流Relay，對於大部分的綜合擴大機都不是問題)而不會造成模擬兩可的bouncing 現象！為了這個動作確實，我用了兩級的比較器。

3，這個訊號，也同時啟動了緩衝級真空管的燈絲電壓以及屏極的高壓電源，這是必須的，總不能讓本機的真空管一直處於上電工作的狀態！因此，本前級是需要暖機的。

4，當音樂訊號消失以後，積分器的電容開始放電，大約20分鐘左右將會到達比較器的臨界點，因此比較器的輸出反轉，斷電。一切歸於平靜！
其實這些功能用一顆M C U也可以做到，線路簡單而且更便宜時間也精確，但是M C U會帶來額外的雜音及高頻干擾，這是我不願意見到的，所以最後還是採用全部類比式做法！這是我對好聲音的堅持，能用類比處理，就不要數位！

5，為了能夠達到當訊號沒有的時候，，電容器的存電能夠維持超過20分鐘，因此這個電解電容器就必須是一個低漏電的特殊電容器，其漏電＜0.002CV，否則當一首歌播完你還沒來得及選到下一首歌時⋯就斷電了！
為了這個特殊的功能，長期的測試來確定線路的穩定性也是必須的，實不相瞞這個前級的測試版已經在我家中測試很長一段時間，確保動作的穩定性。

本機的實現需要三片PCB：靠著二條10pin 的molex端子兩兩互相連接：
第一片，是背板，有著4組RCA輸入，加上4個高品質的relay，經relay選擇好的訊號會直接送入旁邊的真空管緩衝級，然後再送到輸岀的RCA端子，這些功能全部在背板PCB上以最短路徑完成！
Relay 是挑選銀合金接點的密封型高品質訊號型的製品，擁有極低的接觸阻抗及長時間不氧化的優點(銀就算是氧化了還是很好的導體)

第二片，是電源供應器及訊號偵測啓動的主PCB，所以的電源及訊號控制電路都在此！

第三片，是正面板的PCB，只有波段選擇開關及LED指示燈，指示現在是選到第幾組源號源。

另外，主PCB上有一個開關，這是一個取消訊號啓動功能的開關，可以直接關閉這個功能。如此一來，背板的主電源開關開啓時，也會同時送電到AC輸出座。

至於聲音如何呢？由於儘量走最短路徑，音源選擇+真空管緩衝在背板上就全部搞定！而且採用高品質2-oz厚銅的PCB，高品質的鍍金RCA座及零件⋯如WIMA電容⋯所以整體而言，音色的渲染度是很低的，我試著接上真空管的綜合擴大機，幾乎感覺不到音色有差異，而試著接上晶體機(E2)，則似乎人聲又更溫潤了一些，但基本上還是維持E2原本的聲底特質，低頻的Q度及高頻的清澈乾淨非常的好。12AU7緩衝級(cathode follower)的頻寛非常的寬，從低於1Hz～一直到看不到盡頭！輸入信號可以達到20Vrms也不會切割失真，有著極佳的動態範圍。

希望您會喜歡這樣的＂音源選擇器＂，音訊啓動的功能也希望您會喜歡，在大部分的時間裡，我都切在WIFI音源(外接的WIFI接收器)，所以當想聽音樂時，只要手機或是電腦的iTune往WIFI一送，就自動開機，音樂就來，不聽了也不用跑去關擴大機，20分鐘後就自動關機了，非常方便，我發現尤其是老婆超愛這個功能，不知為什麼，女人對開/關擴大機一直有心理障礙，但是現在只要動動手指，就能從家裡的＂高級音響＂放出音樂了⋯傑克，這太神奇了！

組裝：

其實線路不複雜，組裝也不難，只是有一些順序要特別留意。

1，先裝波段開關，如圖，請一定特別非常要注意這個波段開關安裝時凸出點的位置，如照片所示、，不要裝錯了。
這個波段開關是2～12段通用型，有附一個特製的卡鎖片，依實際需要的段數，將卡鎖片放下去即可，由於我們是4段的輸入選擇，因此把它放在4號的洞洞裏！如圖

然後再放入齒狀滑絲，再鎖上螺母即可(注意不要鎖過緊！稍微用力鎖住即可)
接下來是裝LED的部分，先將4枚LED插好，記住長腳是＂＋＂極，也就是二極體符號的屁股的位置，短腳是＂－＂極，也就是二極體符號箭頭的地方。

二極插好後先別焊，把整片PCB合上面板的位置，鎖好固定後，伸縮調整LED的長度，LED必須剛好伸入孔洞，但是不能突出前方，一個好方法是在前方貼一片透明的膠帶，把LED伸入孔洞碰到膠帶，這樣LED就不會突出，也會被膠帶粘住而稍微固定有利於焊接。

把LED焊好後剪腳，撕去膠帶，再焊上10pin的connector，正面的PCB即組裝完成了！
每個LED旁都設有並聯電阻，那是用來調整LED亮度用的，依個人喜歡，從不裝～330歐姆皆可，電阻愈小，LED會愈暗。正面PCB的組裝就這樣，簡單吧！

2，組裝背板RCA端子PCB，由於零件取得的問題，這片PCB上的Relay是採用DIP及SMD雙重Layout的方式，如果您拿到的是DIP的Relay，那麼記得要先焊上Relay再裝RCA端子，而如果是拿到SMD type的Relay則比較沒有順序上的限制。
裝RCA端子時先把所有RCA端子插在PCB上，不要焊，把PCB合上背板，確認每個RCA端子的角度都沒有歪斜，每個RCA端子都在每個孔的中央，沒有碰到旁邊的機箱的金屬部分。
接下來才是把端子焊在PCB上，這個步驟是確保以後RCA端子不會歪歪斜斜的。
RCA端子裝正以後，就可以焊上其他的零件，包括真空管座及電阻電容等。
全部焊好後就可以插上真空管然後鎖上背板了，此背板PCB並沒有螺絲固定孔，是完全靠這10個RCA端子鎖在背板上的。

3，主控制板的組裝：
這個部分其實沒有什麼特別需要注意的，記得從低矮的零件開始裝，注意零件的極性即可。
可以參考照片，核對一下每個IC的方向(注意兩個8pin的IC方向不一様)，電解電容器的極性及二極體的方向。千萬不要裝錯，一些對焊鐡比較不耐久焊的半導體，不要插到底焊接，盡量留一些高度。
我們採用了進口密封式的環型變壓器，求其穩定及低磁漏的特點，這是個115V/230V共用的變壓器，所以有兩組115V的繞組，我把其中一組115V拿來整流後當成真空管的屏極高壓(150V)，而兩組12V則分別給真空管的燈絲及主控線路。

全部焊好後鎖在機箱的底板上就完成了！記得在其中一個螺絲上鎖上一個水滴型的接地片。

4，連線的部分：

主控制板的電源要從背板的三合一電源插座引線過來，另外是受控制的電源插座(在背板)也需要接線到主控制板上，線不多，小心焊，尤其是三合一的插座非常不耐熱，不能讓烙鐵加熱太久(經驗中大約是三秒鐘！)三片PCB之間以二條10Pin的排線相連，另外記得要焊上地線。

5，最後就是上電了：
在三合一的保險絲座內放入10A的保險絲(慢熔型)，通常可以應付500W以下的擴大機，如果您是高功率的晶體機或是管機，可以換成15A的保險絲。
另外主控制PCB上也有個1A的保險絲記得要裝上，確認主PCB上的SW6是在＂上＂的位置(就是輸出會受控的狀態)，如果您不想要這個功能，就把這個開關撥在下的位置！
一切都裝好後就可以上電了，插上電源(AC in)，打開三合一插座上的電源開關，應該可以聽到
PCB上二個繼電器的喀嗒聲，這分別是提供真空管的高低電壓電源及電源輸出座AC OUT的大電流Relay的聲音！同時，PCB上的LED也會被點亮，正面板上相對應輸入的LED也會被點亮！如果沒有訊號輸入，大約10～20分鐘後就會關掉後面的擴大機，試著轉動VR可以調整時間的長短。

一如往常的，會在文章中公佈線路圖，這是主要電源控制的部分和訊號啓動的核心部分，提供您參考。
拷貝者請記得註明出處了！