前置放大器电路设计的发展史

〔日〕是枝重治著 韩昌升 译 袁橹林 校

    前置放大器是随着密纹唱片的出现而发展起来的。对于我国来说,密纹唱片在相当长的一段时期内尚不会为CD唱片所取代,还必然有一段进一步普及的过程。因此必须从高保真要求出发,重视前置放大器的设计。本文从一个业余研究家的角度夹叙夹议地对前置放大器的电路设计史做了综述,可供专业人员及业余爱好者一读。 
* * * * 
  作为音响组合系统中一个组成部分的前置放大器又称控制放大器,可以说它的历史是始自密纹唱片的诞生。在密纹唱片出现以前,固然也存在专业用的控制放大器,但只不过是以开关盒为中心的前置放大器而已,并不符合今天我们所理解的前置放大器概念。密纹唱片的出现,从根本上改变了以往的放大器形态,拾音头输出电压很小和需要均衡电路这两点,曾构成了十分突出的两大难题。而且可以说,前置放大器的历史也就是一部追求改善信噪比和均衡电路特性的历史。 
不过。在出现了CD唱机的今天,控制放大器在形态上将逐渐变得和以前有所不同。值此转折之际,不妨回顾一下这三十年来控制放大器是怎样发展变化的,这该是一件很有意义的事。 

单声道时代的均衡电路 
(四种有代表性的均衡电路,尚缺乏魅力) 
在密纹唱片出现伊始的几年里,各唱片公司分别采用的是自己确定的均衡特性,属于混乱时期。在唱片刻纹时衰减低频、提升高频是早在粗纹唱片时代就已经广泛运用了的一项措施,但密纹唱片的补偿量大得与此不能比拟,而且在放唱时要求放唱均衡特性必须十分精确。看一下密纹唱片早期时的控制放大器就可以知道设计者的主要精力都花在如何适应多种均衡特性上面了,不免使人产生强烈的今昔对比之感。 
单声道时代是许多优异的音响器材辈出的时期。以扬声器为例,像英国Vitavox公司的CW-191 Tannoy Products Autograph等等,都是在今天仍可作为一级品使用的。但遗憾的是,当时的控制放大器却没有一个在今天也能用的。不过,这是由于进入了立体声时代之后人们对控制放大器的功能要求有了改变之故,如果只从电路上看,则还是有许多很值提参考的事例的。 
拿均衡电路的基本设计来说,就是在这个时期里确立的,而且关于均衡电路采用阻容型还是采用负反馈型哪种为好的争论也早在这个时期就开始了。当时的拾音头输出电压固然比起粗纹唱片时代来是大大降低了,但还在10~30mV上下,和现在相比仍高出近20dB。因此,单声道时期的控制放大器的均衡电路增益不过是10~20 dB而已。下面举出当时具有代表性的四种均衡电路为例,但应指出的是,如果对它们完全照搬的话,在今天怕是不实用的。 
1是单级RC型,图2是两级的RC型,图3是单级负反馈型,图4是两级负反馈型。抛开图1电路不谈,图2~4的电路在今天仍在以它们的改进电路形式被采用着。像Counterpoint公司的有定论的SA-5等的均衡电路,可以说基本上就和图2相同。如果对图3电路稍加改动并换用超高性能的通信用电子管,也完全有可能达到目前超高档机的水平。图4电路只要改变一下元件值就可以直接采用。至于图1电路则是今天无法再用的。这四种电路就是均衡电路的基本形式,即使是现代的半导体直耦前置放大器,也必属于其中的某一种。下面就让我们来看一看这些电路的优缺点。 
1
 单级RC型均衡放大器 
首先看图1所示单级RC型电路。这种方式如果想在今天也能成立的话,必须满足以下两个条件: 
1 放大部分的增益应在60 dB以上; 
2 放大部分的最大输出电压对于10 kΩ负载而言应在100V以上。 
目前的拾音头以及其升压装置都是以均衡部分的增益在30dB以上为前提来设计的。RC网络的损耗有二十几分贝,即使单纯地做加法也需要放大部分的增益在60dB左右。 
均衡部分的最大容许输入应达100mVrms,因而最大输出电压就必须能够作到0.1V×60dB也就是100V才可以。更何况它还是以阻抗很低的RC网络作为负载的,极不好办。因此,这个电路在今天是无法实用的。即使是在拾音头输出电压较高、对均衡曲线的精确重建并不要求的三十年前,它是否可供实用也是令人怀疑的。 
2
 滚降/转折分割式RC型均衡放大器 
2所示电路却是大有希望的,是从单声道的当时到立体声早期广泛采用过的电路。与图1相比,每级放大电路的增益取为40dB以内就可以了,而最大输出电压也只要有十几伏即可,因而是易于设计的。 
问题是次级放大器的噪声电平。由于它设在RC网络之后,因而残留噪声中的高频分量就直接与之有关,并且RC网络的阻抗还要很低,否则这一点也会在噪声方面造成问题。但降低RC网络的阻抗时,又要考虑前级放大器的推动能力。所以,这个电路虽然可以比较容易给出中等程度的性能,却难于高性能化。 
在试制这一电路时,首先会因其信噪比不佳而致力于降低次级放大器的噪声。当这一点大致取得了成功之后,以要因真率不能令人满意而需对前级放大器下工夫了。前面讲过,以这一电路而取得成功的例子是Counterpoint公司的SA-5 
作为这种电路的变型电路,还有前后两级都采用负反馈放大器的一种作法。不过这时特别是次级放大器是不能采用板极-栅极反馈的。作为采用负反馈放大器来构成这种电路的一例,可举出埃洛依卡公司的Phoenix-70型前置放大器,这是由上杉佳郎氏设计的(见后)。可以认为如果用晶体管来构成这种电路的话,将能给出极为优异的特性。 
3
 单级放大、板-栅反馈型 
3的电路是十分吸引人的,是英国电子管前置放大器最爱采用的,其中就包括有名的Quad牌的一些前置放大器。该图给出的是Leak公司的电路,由于用的是三极管而实用性不会很大,但如果采用放大倍数超过 50dB的高增益五极管——6B-R23、并以金属箔电阻作为输入电阻的话,笔者认为是可以得到比较理想的均衡电路的。 
Quad
的电路还是满不错的,但在理论上尚存在疑点,作为个人意见,我并不欣赏。图5所示是麦克普劳德氏设计的电路,也是一种采用五极管的很令人感兴趣的例子。 
4
 两级放大、负反馈型 
4的电路是十分典型的,过去出售的前置放大器有很大一部分采用的就是这种电路,而且即使在现在,也可直接供诸实用。对负反馈型均衡电路来说(包括图3电路在内),高频时β回路的阻抗将大幅度下降,因而频率越高就越容易使次级电子管过载,造成最大输出的降低和失真的增大。因此,如果想以这种电路取得成功,就不要使用一般的双三级管,而以在初级采用高增益五极管、次级采用板极内阻小、能给出大电流的三极管为好。具体讲来,可在初级用6267等管,次级用6DJ8等管。此外,采用SRPP方式也是很有意思的。 
从两级负反馈型派生出来的还有采取三级阴极阴极反馈的Marantz,这将在后面谈.作为两级负反馈型的变型电路可有McIntosh C-22 所采用的两级负反馈+缓冲放大器型。由于β回路是在缓冲器的前面,乍看起来可能以为并无意义,但其主要目的可能是在于稳定地加以正反馈。不论如何,这是一种作法极为特殊的电路,我们将在后面谈Marantz型电路时一并对之加以详述。 
还有一种派生电路是RC反馈型均衡放大器。这也是在单声道时代就被实际采用了的,但商品机中采用的却不多。从信噪比上看这种电路最为不利,然而却能给出极佳的音质,是笔者十分喜爱的一种电路。和通常的两级负反馈型不同。其β回路的阻抗对于高频也不下降,即使使用12AX7这类的电子管也能给出相当良好的特性。 

下了工夫的音调控制电路 
(最为合理的Baxandall型) 
单声道时期的均衡电路主要重视的是均衡特性曲切换功能,从实质上看可以说缺乏应有的魅力。与此相比,当时的音调控制电路则即使以现在的眼光来看也是极为充实的。不知道读者是否曾经把立体声机的一个声道关掉而以完全是单声道状态聆听过?声音的扩展感和丰满感固然会理所当然地削弱了,与此同时还应该会感到带宽也急剧变窄了。即使是今天,要想用单声道机给出音质良好的声音也是一件十分困难的事,当时就更难了。为了弥补拾音器和扬声器的缺点,当时曾广乏地利用音调控制电路来加以补偿。对于今天来说,音调控制电路已没有多大的必要性了,基至可以看到有相当一些前置放大器是不设音调控制电路的。 
1
 最为优异的Baxandall 型电路 
早在单声道时期就已经发表了Baxandall型音调控制电路,这是在今天也被认为是最优异的一种音调控制电路。图6是其全电路图。V2 是增益为1的板-栅反馈型放大器,V1是起缓冲器作用的阴极跟随器。不用说,由于板-栅反馈型放大器的输入阻抗很低,因而是必须耦合以输出阻抗低的电路才可以。在这个电路中V 1的增益为1,因而完全不能指望音调控制电路能够给出增益。 
厂家在后来生产的前置-功率放大器中,有许多是采用了图7所示电路。其中的V1是在无反馈条件下工作的,因而失真大,音调控制特性也不够好。只是它可以给出相当的增益,因而作为筒易型电路是适合的。不过,它已经不能说是Baxandall型了。 
这里应该注意的是,Baxandall型的电路虽说是负反馈型音调控制电路,却并不是由β回路来完成所有的音调控制功能。它是把与V1之间的耦合部的频率特性加以变化,并和负反馈给出的变化一道,来进行低频与高频的提升或衰减的。也可以在V 2的输出侧进行低频特性的控制,图8为其具代表性的例子。这时负载阻抗必须取得相当高才可以。 
还必须提到的是在单声道时代用得最多的所谓AE型电路。这种电路见图9,是把它插在两个放大电路之间来用的。应该注意的是,它前面的放大器不应为负反馈放大器,原则上应该是以输出阻抗低的无反馈放大器来推动它。由这一电路发展而来的有百濑了介氏设计的图10所示电路。如果采用这个电路,则用负反馈放大器来推动也是可以的。RC型音调控制电路的变化性很听话,如果和适当的放大电路结合起来,是现代也可以适用的电路。 
2
 两级负反馈型音调控制电路 
现来谈一下使两级负反馈型放大器具有音调控制功能的电路。图111951年《AE》杂志所发表的电路。此电路对低频只能加以提升。Quad用的是对此加以改进的电路。Quad的作法是不管是高频还是低频,它们的提升都是通过β回路的变化来给出。衰减特性则是通过改变耦合电路参数来给出。因而可说是提升时为负反馈型,而衰减时为RC型。这个电路的缺点是无论如何输出阻抗总是会很高。所以尽管它是个两级负反馈电路,也还是少不了缓冲电路。 
12是百濑了介氏设计的电路,作法是使两级负反馈型电路的β回路只进行低音提升而在输出侧设控制高音的RC网络。这可能也是一种易于实现的很好的电路,但缺点仍在于输出阻抗高。两级负反馈型音调控制电路的增益很高,而且输入电阻也高,这些都十分理想,但要想做到既能提升又能衰减的话,就无论如何也会带来输出阻抗变高这个缺点。这和平直特性的两级负反馈放大器的情况是有所不同的。 
以上讲的是,音调控制电路基本上可有以单级板-栅反馈型、AE型为代表的RC型以及两级负反馈型。并且谈到,即使是负反馈型,如果仔细看一下它的工作情况的话,也是结合使用着RC型的。与均衡电路相比,音调控制电路的工作情况较为复杂。 
不过。与均衡电路之为必不可少的基本电路这一点不同,音调控制电路事实上始终不过是一种附属性电路而已。要想把音调控制电路搞到和均衡电路同等的严密程度并且真正具有实用性的话,电路将十分庞大,而且会要求像多频补偿器那样的控制能力。实际上,在单声道时代对此就已经很明确了。显然,要想做到这一点,是必然要超出家庭用这个范围的。理想虽高,却摆脱不了无法加以实现的无力感,正是这一点阻碍了音调控制电路的进步。 
3
 形成对比的两个前置放大器 
这里作为当时采取巨舰大炮主义的控制放大器的代表,在图13中给出了百濑了介氏设计的前置放大器的全电路图。实在是只能说蔚为壮观而没有别的话好讲。厂家的产品且不去管,从一个业余研究家竟能搞到这种程度,也可以想象出当时的状况,令人极感兴趣。不过,我以为还是不要把它立体声化为好。 
作为和百濑前置放大器正相反的代表,举英国Quad型控制放大器为例是比较恰当的。这两种放大器都具有均衡特性切换、音调控制功能和各种滤波器,在实用上并无差异。它们都没有许多的按钮开关,巧妙地运用着一些很复习的RC电路,所完全不同的是设计思想。可以说它们都是单声道放大器时代的代表。 

超级明星Marantz7的出现 
(秀冠群芳的电路设计) 
1
 成熟性惊人的Marantz 7 
在五十年代后半期,立体声唱片进入了实用阶段。需要适应立体声时代的首先就是前置放大器。 
在五十年代末推出的前置放大器Marantz 7实在是成熟性达到惊人程度的机种。即使现在看来也完全无懈可击而极具魅力。在外观设计方面也至为先进,在1985年的今天仍可看到它对外观设计的影响,像在最近发表的Lux公司的前置放大器,就是一个很好的例子。Marantz 7在当时的前置放大器中,是一颗秀冠群芳的超级明星。 
Marantz 7
的特色在于它的三级阴-阴反馈型均衡放大器。这种均衡电路在很大的程度上改善了两级板-阴反馈型的缺点,奠定了现代型电子管均衡电路的基础。图14给出了两级反馈型均衡电路,图15是三级反馈型均衡电路。两级反馈型的缺点是频率越高,后面那个管子的负载就变得越重,造成高频失真恶化和最大输出下降,——这是前面谈到了的。看一下均衡电路中的RIAA网络就可以知道,具有RIAA特性的β回路在高频时阻抗是会显著变小的。 
以图14的电路来说,β回路对于10kHz的阻抗大致是23 kΩ ,对于12AX7将成为一个很重的负载。于是就想出加设阴极跟随电路来从这里引出负反馈、以便尽量减轻管子的负担办法,这就是图15所示的 Marantz型阴-阴反馈均衡电路。随 
但是,这样做也有问题。这就是加上了一级阴极跟随器之后,如果不进行补偿的话,就会在负反馈加得很深的高频上自激。因而在必要从后面那个管子的板极对前面那个管子的阴极施加局部的高频负反馈,预先把高频的环路增益给降下来,然后再加上选择性反馈。这个 22pF电容对于 10kHz的阻值约为 720 kΩ,因而作为12 A X 7的负载是不能加以忽略的。此外,它还会降低开环增益,所以负反载量也就减小了,失真率并不能取得像预想的那种程度的改善。 
由于这种结果,和做得较好的两极板-阴反馈型均衡电路相比,它对于10kHz的最大输出电压也不过增大4dB左右而已,失真率的改善也是这个程度。可是,从听感上却感到它的性能是极为优异的。为什么会如此还搞不清楚,我想这很可能是由于它在动态性上远远优于两极反馈型电路的缘故。 
2
 对于β回路阻抗的重视 
有一段时期,曾经把Marantz 7的三极阴-阴反馈型和后面要讲的McImtosh C -22的两极板-阴反馈型均衡电路+阴极跟随电路相比较,出于前述理由而认为前者在动态特性上较差。这固然也有道理,但从推动β回路的能力来考虑,是并不应该这样讲的。 
Marantz 7
β回路是由阴极跟随器的输出来推动的。和输出阻抗十分低的阴极跟随器成并联的β回路会工作得极为稳定。而且Marantz 7还把β回路本身的阻抗也设计得很低。笔者认为,Marantz 7β回路的阻抗设计得很低这一点,正是它的最大优点。其后由日本厂家所设计的准Marantz型均衡电路之所以全都失败了,我认为毛病就出在没有把β回路加以低阻化。 
3
 独特的McImtosh C –22 
Marantz 7大致在同一时期推出的McImtosh C –22型前置放大器则是别具一格的。其均衡电路见图16,乍看起来和Marantz型很想像,然而却并不是三级反馈型,而是两级板-阴反馈型均衡器再加上一个缓冲器。这种电路形式始自单声道时代,但C-22还加有少量正反馈,可说是正负反馈兼用型。整个看来。C-22是一种在很大程度上保留了单声道时代影响的放大器,但音色很美,是我所喜欢的。 
令人遗憾的是,我国(指日本,——译者)一直到六十年代后半期以前,并没有拿出值得一提的产品。这里举的三个日本机器都是在六十年代后半期出现的。这就是可说是模仿MarantzLux PL-45Sansui CA-303,以及与濑川冬树氏的电路一脉相承的Mactone XC-30 
PL-45
CA-303可以说是前述Marantz 7型均衡电路的不良翻版,属于认为只要在第三级加上个阴极跟随器就万事足矣的设计。PL-45的音调控制电路则是Baxandall型的变型,相当合理,CA-303是包括音调控制在内的整个电路都是Marantz 7的很强影响。 
Mactone XC-30
的音调控制电路很有特色,采用了三级阴-阴反馈型电路,估计是采用了濑川冬树氏的设计。低频只能提升。缺点是高频的调节范围窄,在失真率上也会有点儿问题,但这是一个饶有兴趣的电路。不过,如果不是三级阴-阴反馈电路的话,恐怕是不成立的。请参考看图17 
4
 改进两级负反馈型的方法 
前面讲过,负反馈型均衡电路的β回路应该尽可能用阻抗低的电路来推动。此外从最大输出电压以及失真率的角度来讲,两级负反馈放大电路中的后一级也是非常重要的。从六十年代后半期起,业余爱好者试制了不少对两级负反馈型均衡电路中的后一级加以强化的均衡放大器。其中的上杉佳郎氏可以说是一个代表性存在。上杉氏曾经给次级用过三极输出管,或者是采用SRPP电路,看来是多方做了实验。 
这样设计出来的均衡电路,其优点是可以获得很高的容许输入。当把均衡电路的增益取得较低时,1 kHz的容许输入可以很容易地做到1 Vrms左右。直到高频为止的容许输入当然也可比起其他电路来要更高一些,并且还会伴之以低失真特性。这对业余爱好者来说,是一种既容易实现又容易获得高性能的方法。 
像前面的图14所示给次级采用6R-A8等输出管的方法,也是一种可行的方法。此外,当然也可以考虑采用具有很强的带动低阻负载能力的并联调整推挽(shunt regulated push-pull)电路亦即SRPP电路。例见图18,图示电路是使次级工作在SRPP状态。即使是采用了SRPP方式,也是基本上不需要进行相位补偿的。 
这种SRPP方式是许多人都尝试过的,下一节所要介绍的和田氏前置放大器就是一个很好的例子,并且即使是在现代,像Precision Fidelity C-4等也是很巧妙地采用了这种SRPP电路的。这时,如果如图19所示给初级采用五极管并在次级采用板极内阻很胝的双三极管的话,就会得到十分优异的特性。 
焕发异彩的业余作品 
其后不久,进入晶体管时代,Marantz 7McItosh C-22分别在1967年和1970年左右停止了生产。但是在这以后,高性能电子管式前置放大器仍由业余爱好者和某些较小的厂家继续研制着。像和田茂、中村文则、辰口肇等业余研究家所分别研制的前置放大器,都是别具一格的。 
1
 和田氏的SRPP型前置放大器 
20所示为和田茂氏的SRPP型前置放大器。虽说采取是SRPP方式,却和图18有所不同,或者可以称之为SRPP阴极跟随器,有趣的是,这个电路可以说和文氏电桥型失真仪的放大级完全一样。图21给出了武末数马氏设计的失真仪的滤波部分的放大电路,而这个电路基本上是可以原封不动的用在均衡电路的。不必多说,失真仪的滤波部分当然是要求极为陡峭的滤波性以及低失真、低噪声的。这些要求也正是对均衡电路也直接适用的要求。 
从本质上讲,和田茂氏的电路属于Marantz型的变型。但是作为六十年代后半期设计的放大器来说,是在十分先进的设计思想主异下制作的。这是指: 
1 废除了音调控制电路以及其他一切滤波器; 
2 输入输出端子不采用针型插孔而全部用的是金属插座; 
3 不再采用母线一点接地而改用就近接地方式; 
4 除信号外,不让一切交流分量流入底板; 
5 在信噪比方面注意残留噪声; 
6 精确地设定均衡曲线。 
以上各点全都是现代最尖端的电子管式放大器所正在实行的。此外,β回路的阻抗也取得充分低。和田氏的前置放大器在当时似乎并未引起多大的注意,但从以上所讲的看来,我认为实在是一个极了不起的设计。 
2
 SRPP电路的优点 
和田氏前置放大器在电路上的特点是它把Marantz 7型的第三极阴极跟随器换成了SRPP。从输出阻抗来看,阴极跟随器已经可以充分满足要求了,却为什么还要采用SRPP呢?理由来自于阴极跟随器的输出阻抗是和作为它负载的阻抗无关。这一点常会受到误解。 
从图22所示阴极跟随电路来看,把R K2改为板极电阻而给出的通常的板极放大器增益是被全都变成了环路增益的,当电子管采用了12AX7,反馈量大约为33dB。因此,输出阻抗会降至1kΩ左右。可是,如果让这个电路带动1kΩ的负载,情况会如何呢? 
12AX7来说,其直流负载电阻约为100Ω,交流负载电阻约为1kΩ的负载。给12AX7的板极性曲线画一条1kΩ的负载线就可以看出,在这一状态下对交流而言几乎是呈短路状态。因此,从理想情况讲,即使是阴极跟随电路,其负载电阻也是最好在R K1的两倍以上。 
我们重新来看一看Marantz 7。如前所述,Marantz公司在第三级采用了阴极跟随电路的理由并不是由于β回路的高频阻抗低而采取的应付交流负载电阻低的措施。当然这也可能是一部分理由,但其第一目的却始终在于想用更低的阻抗来推动人低阻抗β回路。 
那么,要是再进一步,用一种对重负载的带动能力强、输出阻抗更低的电路来取代这个阴极跟随电路的话,情况会如何呢?很明显,只有如此,那个因β回路阻抗很低而带来的高频最大输出电压下降问题才算得到了解决。 
和田氏前置放大器是由于用600Ω衰减器作为音量调整器南昌采用了可带动600Ω负载的SRPP电路的,但这样做的结果,同时也就解决了负反馈型均衡电路所长期存在的这个老大难问题。 
3
 采用P型衰减器的中村氏前置放大器 
如前所述,在六十年代生产的日本制前置放大器绝大多数都没有什么魅力,但其中值得一提的是上杉佳郎氏设计的埃洛依卡公司Phoenix-70,电路见图23。放大级的数目很多,音质方面不无问题,却很奇怪地具有高级感而令人喜欢。 
从高级感来讲,业余研究家中村文则氏制作的前置放大器是相当突出的。外观可以说完全连Marantz 7McIntosh C-22也瞠乎其后。如图24所示,第一级用的是超小型抗震管6N-H10,加有板-栅反馈,作为电唱放大器(head amplifier)而位于两级负反馈型均衡电路的前面。其音调控制电路为正统的Baxandall电路。 
这个前置放大器除用有超小型抗震管外,其最大的特点是在那个时候就用标准的P型衰减器取代了音量电位器,表头也用的是YEW公司按BTS标准设计的产品,从包括外观在内的整体上看,它当居六十年代日本前置放大器的首位。如果只从电路上讲,则首位应归于前述和田茂氏的前置放大器。 
4
 辰口氏前置放大器的设计思想 
然而如果从设计思想来看,首位又应该给哪一个呢?我认为应属于辰口肇氏的针对包络失真采取了措施的前置放大器。这是一个革命性的前置放大器,是本着放大器不过是电源的调制器这一想法出发设计的先驱。本机的特点是全部废除了去耦电路和采用了稳压电源。 
25是一般的电源部分,含有波纹电流的刚刚经过整流的直流电流是通过几级RC滤波网络之后再流入初级,用以对处理低电平信号的初级供给经过充分滤波的直流电流。 
但是,这种滤波电路除了滤除叠加在直流电压上的纹波之外,,还起不让各放大级通过电源而彼此耦合的作用。并且,这种滤波电路的内部阻抗还具有随着频率之降低而增大的性质。 
请看图26。今设V2的板极电流在1秒中变动了1mA,则对于1Hz内阻为1kΩ的电流说,将在a点产生1V的过渡电压。这个过渡电压当然会通过V1板极电阻进入V2 的栅极而使V2的板极电流进一步变动。对于两级放大电路来说,这一变动会采取负反馈形式而不会酿成太大的问题,但当放大级的级数在三级以上时,就有可能自激。这种自激当然是发生在电容器阻抗变大的低频段上。 
这种现象在很早以前就是知道的,为此曾分别给各级电源插入了π型滤波器。出于上述理由而将这种滤波电路称为去耦电路。其时间常数当然是由RC之积决定,如果忽视直流电阻值,则RC不管怎样搭配,都能给出去耦能力。10kΩ电阻与10μF电容搭配在交流上是等效于将1kΩ电阻和100μF电容搭配在一起的。因此,一般出于成本与占用空间方面的考虑,多加在R值而减小C值。 
实际上,这个决定去耦电路时间常数的搭配是必须根据放大级的增益、电子管的内阻以及耦合时间常数等条件来唯一地选取的。由于即使不这样做,表面上也不大能看出问题,所以在取搭配时都比较随便。正是辰口綮氏对这种作法敲起了警钟。 
辰口氏的意见是,去耦电路的能力随着频率的下降而下降,当接近直流时更是如此,会产生不可忽视的包络变动。因此,他给交流放大器用上了到那时为止主要是用于直流放大器的稳压电源,并在设计交流放大器式前置放大器时,特别注意了耦合时间常数的选取。辰口氏前置放大器是和前述和田氏放大器同样都提出了重要的设计思想,而且是提出了更为重要的设计思想的。辰口氏前置放大器可以说是奠定了今天具在代表性的电子管式前置放大器美国Audio Research公司SP-10基础。 
不过,一般所用的去耦电路是前面图25所示的串联型,而图27所示的并联型,其坏影响较小,还是比较好的。这时图中以粗线所示部分必须充分地除掉纹波。如果可能的话,这个粗线部分最好就是稳压电源的输出。 
用来和各放大级相接的电源母线(即粗线部分)的供电质量很好时,并联型比起串联型来,坏影响较小而在听感上得到良好结果,但如这条母线的残留纹波较多,残留有超低频市电的电压变动分量或电源阻抗较高时,恐怕就有问题了。 

半异体时代的开始 
(只靠电路技术是做不出来的一些有名的前置放大器) 
1
.有名的JBL SG-520的诞生 
从六十年代后半期起,开始出现了不少采用半导体的前置放大器。图28所示是当是具有代代表性的两级反馈型半异体均衡电路。这可以说是把电子管式均衡电路中电子管直接代以半异体。将此改进为直耦式的是图29所示两级直耦型。该电路还加有直流反馈,这和排除了耦合电容这一点一起,使各方面的性能都有了改善。 
在六十年代初期,使用的主要是锗管。到了中期,开始能够买到低噪声的硅管,使电路设计有了长足的进步。锗管时代的最杰出的制品该算是美国Acoustic公司属于专做高档产品的厂家,但其后的情况不明。 
1964
年末,出现了在前置放大器的历史永葆一席之地的名机――JBL公司的SG-520。外观十分优美而具有超近代感,甚至使人以为晶体管前置放大器在六十年代就已经成熟了。我是在几年前才偶然得到了摆玩的机会的,委实给人以很深的印象。图31是其电路图的一部分,这种方框图式的走线图也表现出了JBL公司的风格。从今天看来,电路本身已经过是时,没有什么特别好讲的,但整个设计是极为新颖的。面板上没有旋钮,只由直滑电位器和按钮构成,而且把通常不用的调整部分隐藏在绞接式遮板内。恐怕这是最早采用绞接式遮板的前置放大器。 
此放大器的色调十分优美,在音质上也具有奇怪的魅力。它的这种不多见的音质也许是由于混合使用锗管和硅管的缘故。业余爱好者要想制作出这样的前置放大器是困难的。 
稍后于此,在1965年出现了Marantz 7 T型晶体管式前置放大器。与JBL SG-520不同,可以说完全没有脱离电子管式的窠臼,外观也酷似Marantz 7。有意思的是,连晶体管也用的是插座而不是焊接在基板上。音质是不错的,但缺乏JBL SG-520所具有的那种天才的闪光。 
从电路上看具有超出当时水平的成分,比JBL SG-520可以说先走了几步(图32)。不过,前置放大器具是只靠电路设计就能搞好的,必须牢树立控制放大器应该就是这个样子这种设计思想,并从各方面加以实践体现方可。从这一点讲,Marantz 7 T可以说完全没有摆脱五十年代后半期的Marantz 7的旧框框。 
2
 崭新的具有多频补偿器的Victor PST-1000 
以上讲的是都是美国厂家的产品,到1965年为止,日本厂家生产的前置放大器不管是电子管式还是晶体管式,都还不值得一提。只是到了1967年,才推出了一种从崭新的设计思想出发,具有创造性的前置放大器。这就是日本胜利公司的PST-1000 
前面讲过,音调控制电路在单声道时代就不再前进了。这是由于音调控制电路不同于均衡电路,它必须使低频与高频分别都要给出提升特性和衰减特性。这就和整个频带上要求的只是衰减特性的均衡电路具有本质上的差异,除难于提高其性能外,而且可调范围也极其有限,充其量不过是高频段与低频段中的几个点而已。因此,不论厂家还是业余爱好者,都放弃了进一步加以改进的打算。 
前置放大器是可以大致分为重视均衡特性型和重视音调控制功能型两类的。单声道时代的前置放大器恐怕应该算是后者,虽然没有可供切换的一些均衡特性,但本质上还是音调控制电路的一种变型,重视的是变化功能。至于采取电唱均衡第一主义这各现代型前置放大器首要条件的则是从Marantz 7以后才开始的。 
Victor PST-1000则是采用了最为理想的多频补偿器作为音调控制电路,并设有电唱用的均衡电路。其多频补偿器与目前的不同,用的是LC网络。此外,该机已经全部使用的是硅管。请参看图33 
3
 洋溢着精密感受的索尼TA-1120 
本机推出的时间大致与PST-1000相同而为前置-功率放大器,并在不到一年的时间里又发展成为TA-1120A,特性是相当良好的。前面在谈PST-1000时没有提到的是,PST-1000TA-1120A都是三级直耦型电路,不过后者的次级是射极跟随器而前者是第三级为射极跟随器。TA-1120A在第三级用的是小型功率管,以求万无一失地推动β回路(图34,图35)。 
从今天看来,可能是采取上述两种电路的哪一种都可以,但我本人则认为索尼的电路比较合理。当时的索尼只生产前置-功率放大器,在构成多路放大系统时,是从前置放大器部分接出信号,经频段分割器再接功放的。在索尼公司的整个历史中,这个时期出的机器最具有高级感。从现在看来,TA-1120也是制作精心、外观良好、极具精密感的。 
4
 优异的Quad 2233 
在六十年代后半期,美国生产的前置放大器并没有可值得一提的,这可能和当时深陷在越南战争的泥潭中有关,至于英国产品,在整个六十年代中,就属Quad了。像Quad 22型控制单元就是设计得十分好的一种前置放大器。它基本上与Quad 2相同,但是同样大小的机壳内成功地容纳了两个声道的电路。说它是控制单元是因为它不具有电源电路,而是由设在功率放大器中电源电路供电。 
1968年左右,作为Quad 22的后续机种推出了晶体管化的Quad 33。这是一种好得出乎料的前置放大器。电路构成虽然比较陈旧,音质却十分良好。听起来频带很窄,声场感出比较贫乏,但在所给出的带宽内再现性极好,充满了力感和亮度,非常悦耳。Quad 33在毫不修改和情况下,一直生产了十年左右。 
一般来说,英国机器的体形较小,不标榜电路的新奇性,也不追求豪华的外观,但用起来很是顺手,能给出令人喜欢伯独特气氛。这一点对于现代的英国机器也是成立的,使人感到英国仍然具有大国风度。 
5
 设计前置放大器的必要条件 
在前置放大器设计家中,是不乏性格独特的人物的。笔者以为,只有对于事物很执著、具有躁郁气质的人,才能制作也良好的作品来,如前所述,前置放大器这种东西只靠在电路下工夫是并不能做得好的。它要求设计者必须是受得入迷的音乐爱好者,同时又是能对事物进行系统性分析,从人-机之间的有机结合的角度来对待机器的人。笔者基至认为考虑前置放大器的电路和考虑前置放大器整体在本质上是互不相关的两码事,并且还要断然地讲这一点是最重要的! 
有趣的是,在有名的前置放大器设计家中,很不秀专门搞电路的人。像最著名的S.B. Marantz就是如此。他曾是一名美工设计师。从本质上讲,美工设计师从事的可以说是如何把机器和人结合起来的工作,也就是说是一种软件专家。日本的前置放大器中之所以很少有好产品这一点,可以说和日本的前置放大器都是以电路工作者为主导来设计的有关。电路工作者也许可以设计也好的功率放大器,但却不能设计出好的控制放大器。 
一般来说,有关杂志较少登载关于前置放大器的实际制作文章,这除了它的制作是较为复杂的理由外,我认为还反映了日本人以及日本社会所普遍具有的那种轻视软件部门倾向,而不只是日本的电子计算机行业对软件不够重视。电路是那样拙劣的Quad 33,作为前置放大器却极为优异的理由正在于此。已故优秀的前置放大器设计家濑山冬树氏,其本职工作也是美工设计。他在杂志《 才技术》上发表的论前置放大器和文章,从六十年代中期当时看是十分优秀的。 

直流放大器化、超级并联调节电源以及无反馈型 
1
.运算放大器的登场 
1970年以后,值得大书特书的该算是前置放大器等的直流放大器化了。直流放大器早在四十年代就有了,是随军用和工业用的伺服电路一起发展起来的。为什么在七十年代开始用于电声方面是和运算放大器的出现有关。 
对于现代电子设备的模拟电路来说不可缺少的集成运算放大器是出现于六十年代后半期,当初主要作为军用。它的输入阻抗极高而输出阻抗很低,又能给出很大的增益,这些特点使它被应用到形形色色的电路中去。可以说没有哪一种模拟电路是不能应用运算放大器的。 
前置放大器的均衡电路和音调控制电路既为模拟电路,当然也都可以采用运算放大器。在把身为直流放大器的运算放大器作为反馈放大器来考虑时,是没有必要担心低频的参差比的。 
不过在1970年前后还没有生产出低噪声贩集成运算放大器。因而据我所知,至少就厂家生产的机器而言,不管是日本还是其他国家,还都没有只用运算放大器来构成均衡电路的。 
事实上,当时的厂家还根本没有把直流放大器用于前置放大器的想法。这从索尼于1970年末推出的最新前置放大器TA-2000 F上也可看出来(图36)。该机的各级之间全部采用了直接耦合方式,却不是直流放大器。它的那种在末级加有高达150V的电压并在输入级采用了场效应管的电路构成,现在看来甚至可以认为是从电子管式电路出发想出来的。总的来讲,从六十年代后半期到七十年代前半期,可以说是放大器的荒芜期,除少数优秀的业余作品外,以厂家的产品而言,本质上并没有什么真正杰出的机种。 
2
 新颖而独具特色的玛克 · 雷文森LNP-2 
在这一时期中,于1973年出现了一颗耀眼的新星——玛克 · 雷文森LNP-2。这是一种从纯粹主义出发设计的极有特色的前置放大器,是为前置放大器树立了一种方向的值得纪念的作品。它的放大单元充填以树脂,电路图产未发表,估计其内容恐怕是和分立半导体器件一起组成的运算放大器。LNP-2是很早就采用了直流放大器的,从这一点讲,它也是一个不可忽视的存在。 
此外,LNP-2也是对所用元器件和外观进行了彻底追求的最早的厂家产品。从外观上看,它和前述中村文则氏自制的放大器很相近。当业余爱好者对控制放大器极力加以追求时,除电路又当别论外,往往是由于无意识地在向专业用放大器看齐的缘故。 
并不是电路设计专门人员的玛克 · 雷文森氏,给LNP-2的电位器、开关、表头乃至连接器等一切部件都采用了专业机器中所用的最高档品。恐怕雷文森氏只是在这样做了之后,才对自己设计的这种放大器有了自信的。笔者如此讲并不想非难他,而是同样怀有切肤之痛,但应该说这是不足取的。 
3
 由业余研究家发展起来的直流放大型前置放大器 
几乎和玛克 · 雷文森氏推出LNP-2的同时,日本也由业余研究家设计与制造了极为简洁、实用而稳定的直流放大型前置放大器。这就是金田明彦氏的直流放大型前置放大器。电路是初级采用场效应管的两级差分放大器再加上一级射极跟随器,可以说简洁到了无以复加的地步(图37)。 
金田明彦氏的电路设计对厂家以及其他业余爱好者给与了不可估量的影响。笔者本人也曾完全按照金田氏的电路做过几次。由于所用元件的数目很少,所以电路的热稳定性完全取决于所用元件的温度系数。在其他方面也表现为和元器件的质量有很大关系。这也可以说是电路纯度极高的一种表现。金田明彦氏所设计的放大器后来变得多少要复杂一些了,但基本信条没有变。 
直流放大器型前置放大器完全是由业余爱好者的手发展起来的。和它以前的全级直耦型电路例如前述索尼TA-2000 F相比,它的音质要好得多得多,两者的差异可以说是维数之差。 
道理何在呢?是由于反馈可一直加到直流的结果么?我认为这固然有关系,却不仅是这些。更为主要的因素是,由于采取直流放大器的形式就必须力求提高各元件的加速度,这就带来了音质的改善。 
以金田氏设计的电路而言,初级的场效应管的温度特性就很重要,所用电阻的温度系数也很重要。采用一般的场效应管时,会因温漂而造成问题,这就需要采用特殊的孪生型场效应管。这就是说特性不好的元器件根本不能用,还不用说音质好坏,首先从这种电路本身的要求来说就不能用。不可否认,这样做的结果和音质的改善是有关联的。 
此外,和交流放大器相比,直流放大器基本上不需要耦合电容。由于还残留有漂移,因而在实际中在均衡电路与平直放大器之间还是要插入一个耦合电容的,但在此处可以使用特性较好的薄膜电容或云母电容,这就比必须采用电解电容的交流放大器了电源的重要性,这也是一个不算不重要的副产物。 
在金田氏直流放大型前置放大器以及玛克 · 雷文森LNP-2之后,直流放大化成了控制放大器的标准形式。 
4
 直流伺服电路、超级并联调节电源和无反馈电路 
在日本,从1970年前后开始的电声产品畅销之势,到1975年时变得更加旺盛了,连那些昨天还在生产电风扇的厂家,也开始做起音频放大器来。十台放大器就有十种设计思想和十种电路。一年里要推出好几十种新产品,而分别采用的又都是十分庞大的。 
在音频放大器的质量和数量都异常地发展了的同时,也相对地缩小了各具体放大器的存在。在七十年代中期那些当时很著名而有定论的机器中,现在有哪一个还享有令名呢?除玛克 · 雷文森等有限几种放大器外,差不多都被人忘却了。像当时很有名的Yamaha C-1C-2Accuphase C-220TrioL-07C等,都是如此。这决不是由于它们在电路上比玛克 · 雷文森的差。 
到底原因何在呢?恐怕还是由于采取了硬件第一主义、电路设计主导主义所致。如果再深入挖掘下去,还会追究到日本的产业结构本身。一台也好,一定要比别的厂家销得多些。为此就要采用新电路,以广招徕。于是新电路纷纷上马,而各放大器的具体存在却与之成反比地被冲淡了。 
不过,其中确实有几项重大的发展,其一是采用了伺服电路来抑制直流放大器的直流漂移。如前所述,在早期的直流放大型前置放大器中,为了隔离均衡电路所产生的直流漂移,需要在和平直放大器耦合时插入耦电容。要想去掉这个耦合电容,就需要给均衡电路加上直流伺服来降低直流增益。 
即使假定存在有完全不具有直流漂移的电路,让音频放大器重放出直流信号也是有百害而无一利的。只要用的是在低频具有共振点的通常的拾音器,那么就绝对有必要把10Hz以下的频率分量切除掉。为此,有多种多样的采用集成运算放大器的控制电路做到了实用化。在日本最早实现了这一点的是Onkyo公司的一系列称为超级伺服方式的放大器(图38)。 
其二是超级并联调节稳压电源的采用。并联调节稳压电源早在电子管时代就有了,而对之加以显著改善并用在前置放大器上的则是Stax公司.它与串联调节型不同,难于控制大电流,但作为前置放大器用的电源却是一种极为优异的方式
采用了这种电源的Stax SA-X型前放大器,把电源和放大器本身分装在两个机箱之内,除电源电路十分优异外,前置放大器本身也是精心设计的佳品。其电路方框图和电源电路见图39,在七十年代的日本制前置放大器中当居首位,甚至在全世界也可能是头一名。 
它那发暗而有些单薄的音色是笔者所不中意的,但从客观讲却不能不承认它的音质还是很好的。遗憾的是,这种型号在几年前已经停止生产了,可能是由于成本提高而不划算的关系。它在鱼龙混杂的日本制前置放大器中,可以说是一个高出其他一头的存在。 
要说音色发暗而单薄,这并不只限于SA-X才如此,而是以玛克 · 雷文森为起点的许多现代型前置放大器的通病。不管是电子管式还是晶体管式,一般来说只要反馈加得深,就会表现出这一倾向。不论在负反馈回路或其他方面想什么办法,这种倾向也是绝对不会被改变的。 
笔者一直感到奇怪而不能理解的是,世上的前置放大器设计者在听到这种声音时难道就心安理得么?最令人败兴的是,就连最近设计出来的无反馈型均衡放大器,所给出的也还是这种冷音色!不知道是否是由于扬声器的原因还是由于唱片本身的原因。也许这种冷音色正是现代的特点? 
在这种潮流中Pioneer公司在1979年末推出的CZ-1具有与众不同的实际意义。首先是它的外观就特别。其次是它是不具有整体反馈环路的所谓无反馈放大型,但从特性上看,失真是相当小的。而更为重要的是声音十分生动,极富魅力。笔者认为这是一种至今仍很吸引人的前置放大器。 
然而,在这个CZ-1推出五年之后的今天,尽管它仍在出售,也被人忘却了。原因何在呢?以1980年而言,包括进口的在内,日本市场上正在服现役的前置放大器超过一百种型号。如果把没有进口的算进去,则世界上约有一百几十种型号。在数量如此之多的群体中,声音略好一些、外观好一些,又有什么意义呢?笔者在前面写道:前置放大器不是只靠电路设计就能搞好的。很显然,在多达一百几十种型号之中,只靠电路技术是不能突出自己的。笔者以为电路技术主导型的新品开发方针恐怕是走到了尽头了。 

处于转变期的前置放大器 
(有可能两级分化) 
1
.重视电源的新一代电子管式前置放大器 
在这种形势下,电子管式前置放大器也一步步地改善了性能。从最近十年所发表的电路看来。可以注意到原来常用的12AX7系列电子管已不大用了。这是因为为了满足现代的严竣要求,原来的12AX712AU7一类的电子管已经相形见拙了。最近主要是改用6DJ8。特别是美国制前置放大器绝大多数采用的都是6DJ8。其具有代表性的例子是Counterpiont公司SA-5Audio Audio公司的SP-10 
Audio Audio
公司的SP-10从一切方面说都属于电子管式负反馈型均衡电路的最成熟的产品。可以说它把Marantz型电路发展到了登峰造极的地步。其均衡电路的初级与次级都采用了6DJ8两管并联。 
它最值得注意的地方是电源,十分讲究。它为均衡电路中两管并联的6DJ8分别设置了独立的稳压电路,仅均衡电路就总共用了6个稳压电源。稳压电路由半导体构成,可以说相当于并联去耦电路中的去耦电阻,而作为它们后盾的则是以6L6GC为调整管的稳压电源(图40)。这就完全消除了各级通过电源而产生的耦合。 
做得最彻底的是灯丝电源,也是由各自独立的稳压电路对左右声道各放大级供电的。SP-10的设计思想表现出一种极为酷似业余爱好者的追求欲,操作和外观上虽然尚可改进,但十分具有魅力,是笔者极为喜爱的一种前置放大器。笔者认为它不失为最后装点重视均衡型控制放大器的极为成功之作。 
Counterpiont
公司的SA-5却基本上和单声道时代的RC型均衡放大器完全相同,除工作在固定偏压外,简直没有什么改变。丝毫没有反映出三十年来的进步迹象这一点,实在令人奇怪。而这却是美国的最新型电子管式前置放大器(图41)。 
2
 前置放大器将向两极分化 
但是,这种重视均衡电路型的前置放大器也许会在不久之后就退出舞台了。这是因为出现了CD唱片的缘故。本文一开头就谈到,前置放大器是随着密纹唱片的出现而出现、并随着密纹唱片的发展而发展的。虽然模拟的密纹唱片未必很快就被CD所完全取代,但这种重视均衡电路型的前置放大器确已开始失去存在的理由了。 
当五十年代中期磁带录音座开始成为家用音响设备的一个组成部分时,当时的前置放大器都要设磁头输入端子,像Marantz 7McIntosh C-22等就都是如此.其后,磁带录音座输出在其内部经过均衡处埋过的信号这一点逐渐成为常规作法,因而从六十年代后半期起,所设计的前置放大器就不再设置这个磁头输入端子了。 
这种情况也适用于现在的CD唱机。CD唱机的输出已不再需要通过RIAA均衡器。可而当将来主要使用的是CD唱机时,笔者认为对于前置放大器来说,RIAA特性的均衡恐怕就不再需要了。前置放大器不设电唱输入端子之日,恐怕很快就不可避免地到来了。到了那个时候,前置放大器究竟会变成什么样子呢?笔者认为将有两个方向。 
第一个方向是专搞选择功能和音量调节功能而成为所谓选择箱(select box式的存在。就笔者所知,有些人一直是不用前置放大器的。他们毫无例外用的都是内部设有均衡电路的联邦德国EMT公司的唱机。如果将来把均衡电路都设在模拟唱机的内部,则前置放大器只要具有选择开关就可以了。 
第二个方向是设置十分讲究的音质调整电路,借以维持前置放大器的存在。 
走上述两种途径的产品已经有了,前者的代表是联邦德国产的H&S,后者的代表是玛克 · 雷文森公司的CelloH&S把前置放大器分成均衡器和选择器两个分立的部分,对于那些只使用CD唱机的人来说,只买选择器部分即可。从这个意义上看,英国Meridian公司的产品也是极具特色的。它是把放大器的各部分做成一个一个单元,然后合起来使用。 
后者也是有前途的。它可以把迄今只不过地配角的音质调整电路重视起来,可能的话甚至可以加上像dbx公司20/20多频补偿器那样的功能。 
这样考虑下来,可以认为将来的前置放大器也许会化身为多种形式。对于想模拟唱片的人,可为他准备原来的电唱均衡放大器;对于希望进行音质调整乃至声场补偿的人来说,则可提供具有这种功能的东西;而对于只使用CD唱机和磁带录音座的人来说,它只是具有音量调节功能的选择箱也就够了。甚至可以设想让这些功能都由计算机来控制,只要对它讲一句把声音加大些把声像定位往右挪一挪,一切就会自动执行!恐怕这并不是异想天开,而是这种时代一定会到来(对原文有些删改)。
[
注:本文转摘自《北无通讯》1987年第2]


®我爱电子管™ | 版权所有 | 若非注明 | 均为原创™
㊣ 转载请附上文章链接并注明: 我爱电子管 » 前置放大器电路设计的发展史
㊣ 本文永久链接: http://www.52tube.com/dzzs/yinxiangjishu/2017-09-18/960.html
下一篇: 返回列表