單端、推挽及差動
通常我們談論擴大機的電路結構,經常是看輸出端及輸入端,特別是輸出端。晶體擴大機輸出結構,目前幾乎都是SEPP-單端推挽,這是全對稱式結構。而真空管後級,則是推挽及單端兩大類。你可能會覺得奇怪,真空管的推挽和單端是兩樣東西,為何電晶體能夠將單端和推挽搞在一起,成為一種電路結構?這就是電晶體和真空管先天性性之不同,電晶體有互補對稱元件,真空管卻沒有。
真空管後級,特別是國產品,能看到的幾乎都是單端single-end的天下。單端的輸出功率低、頻寬窄,但搭配高品質輸出變壓器,細節很豐富。單端的輸出變壓器要有空氣隙,故環形不適用。推挽的功率較高,兩端延伸較佳,但細節稍差。
Push-Pull推挽管機後級的輸出變壓器不需空氣隙,但有人想到:若是推挽管機採用具有空氣隙的輸出變壓器豈不兩全其美?美國似乎也有這種產品上市。單端好,還是推挽好?只要設計得當都有好聲,不良的設計都只會帶來衰聲。國外管機名廠,有的單端及推挽都做,有的只做推挽,甚至連超級管300B都不用,例如Audio Research。
這裡談件事,也算是秘聞:Audio Research雖然以製造真空管機聞名,但是該公司製造的電晶體後級卻更棒。我試聽過它的AB類D-240,確定比Mark Levinson純A類20.5還好聽,售價卻在一半以下。但雜誌社不敢明講,以免得罪卡門音響公司。你知道嗎?十多年前,Audio Research想停止生產真空管機,因為工程部認為半導體的特性比較好。但消費者反對,他們認定Audio Research是管機製造商,怎麼可以向電晶體陣營靠攏?
黃任中先生很有錢,他什麼器材買不起?代理商都把器材往他家裡送,免費讓他試聽。黃先生純以好聽、喜歡聽做考量,根本不在意〝$〞有多少。最後他的後級選中Audio Research的D-400晶體機;我去過他家,問為何不聽真空管機?黃sir說試聽過很多機種,但他不喜歡。
晶體機原本都是單端推挽全對稱式,但後來有人吹縐一池春水,此人即是頂頂大名的尼耳頌‧帕斯-Nelson Pass先生。Pass自組新公司後,推出的前、後級都是單端輸出放大,而且採用全MOS FET,線路結構也很簡單,讓很多管迷暗自歡喜,因為不但是單端,也是simple is the best。
單端頻寬窄,不是隨口說,而是可經由數學公式驗證。至於線路的簡單或複雜,也絕非簡單就是美,或少隻香爐少隻鬼一句話帶過,因絕大多數Hi-End機,其線路設計仍走複雜路子。Pass的高級機種不採單端,又走回差動放大結構就是明證。其實Pass單端MOS後級擴大機在美國上市已超過12年,但初期賣不出去。有位聰明人接手銷售,他專挑管機打,十打九贏,所以很快就聲名大噪。Pass後級與真空管後級相比,自然是贏面居多,但與Brumaster相比,就輸一大截。
輸入結構,晶體機以單差動及雙差動為主流,屬於電壓回授;少部份採用推挽。自從John Curl首次在JC-2前級上採用FET單差動,往後FET單差動或FET雙差動就被大家習用。
Push-Pull Input推挽輸入很少人用,屬於電流回授,頻寬較寬,元件要嚴格挑選配對,否則問題百出。在台灣,只有筆者在用。推挽輸入,並非正確名稱,應該是「非差動式全對稱輸入」。推挽輸入沒有共模失真,但設計困難度較高,故一般人不敢輕易嘗試,筆者慣用全對稱FET推挽輸入。可能是筆者用此名詞已有一段時間,故很多人也跟著用,將「推挽輸入」也掛在嘴上。由於筆者常會公佈線路,故最近似乎有國產廠商推出「FET推挽輸入」前級上市銷售。
一般常用的電晶體是bi-polar雙極電晶體,它有NPN及PNP互補對稱元件,場效應電晶體FET及金屬氧化膜場效應電晶體MOS FET則有N-ch及P-ch互補對稱元件,這是真空管完全不具有的特性。雙差動是全對稱互補放大,單差動就不是。有些設計者只用單差動而不用雙差動,考慮主因是NPN及PNP的特性並非完全相同,Pass的單端擴大機,全採用N-ch的MOS FET,除配對容易外,也顧及P-ch的特性比較差。
精確的挑選配對非常重要,不論電晶體或真空管皆是如此。很多進口機的功率晶體配對非常隨便,誤差甚高。因精確配對很困難,為了降低成本,只好提高誤差率。