前置放大器电路设计的发展史

前置放大器电路设计的发展史2007-03-09 19:18:34 来源：〔日〕是枝重治著韩昌升译袁橹林校关键字：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和Tannoy Products 的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。

图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~图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型均衡放大器图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-栅反馈型图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——如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、负反馈型图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型,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11是1951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。

图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。