仿造Harman-Kardon Citation 12后级（暖身篇）摘自：
www.diyzone.net 作者：Nelson Pass
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Harman-Kardon Citation 12后级仿造（暖身篇）
Nelson Pass（原文出自Audio Amateur）
Audio Amateur杂志曾经刊登一系列的套件改机文章，不过内容多半集中在Dyanaco的产品上。很明显的，与其自己去买一堆机箱、电源供应器、端子、电路板、散热片拉里拉杂的东西，还不如弄个套件来修改便宜！这点不难理解，因为厂商大量进货，有成本优势，可以轻易的以合理的价格供应给消费者，因此在花费上，肯并比只装一部机器、完全自己找零件来得合算。很多在类似DIY杂志频繁发表作品的作者，其实之所以能够经常装机，很多都是因为家中已经累积相当多的库存零件，或者有老机器零件可以拆，因此在成本上，特别划算，装一部机器几乎不用花费什么金钱。
这在篇文章中，我们要做两件读者过去未曾听闻的事情。我们即将针对著名的Harman Kardon Citation 12管机进行修改，很少人会对这部成品机进行改机，此外，我们还将改为MOSFET输出的设计，这跟过去常见的Bipolar晶体电路有很大的差异。本文所描述的改机技巧仅提供给有技术底子的读者来实行，还有，Harman Kardon还特别提醒我一定要跟读者讲，就是经过修改的机器会丧失维修保固的权利，这点可别忽略了。
以Harmon Kardon Citation 12为主角
Citation 12已经推出有10年以上了，他的电路来自RCA的晶体应用手册（RCA数据文件编号#647）这个电路几乎是所有现有半对称设计的典范，1970年代的大功\率后级多半采用这样的电路架构。
在Citation 12的时代，那可是非常优异的扩大机，运用许\多当年非常先进的技术与观念，譬如两个分离的电源供应器、直接交连、与无限流的大功\率输出设计，不过从现在的角度来看，这都不是太特别的东西。不过这些优点，让本机跟竞争对手Dynaco 120比起来，音质有其独到之处。它几乎可以驱动任何难搞的负载，非常稳定可靠。我当年还是个维修技师时，修过不少Dynaco、Phase Linear、McIntosh、Pioneer与Sansui的扩大机，不过就从没看到哪部Citation 12故障品在我的工作台上出现。
我还有一个很特殊的理由支持以Citation 12开刀：这是第一部我自己花钱购买的扩大机。在多年以前，当我还是在ESS Inc（当时只是学生打工，他们的电路不是我设计的）打工的工读生时，那部朋友代装的扩大机故障，让我多日无法聆听音乐，一如所有DIY玩家的直觉反应，我当下就准备了一堆零件，准备把Citation动刀，修改成一部强捍的扩大机，为我继续服务。
首先，我决定把Citation 12接上一个可以调整交流电压的自耦变压器，缓慢的提升电压，将可以保持改机后开机的安全性。我发现，两声道的输出直流相当高，尽管我重复的检查电路，也没看到任何问题，既然没看到什么大问题，那就直接上电接喇叭来听吧！一开机，低音单体好像要迎面冲过来般地往前移动，不过隔了几秒之后，一切又恢复正常，扩大机也如预期的播放音乐。我此时发现Citation 12的第一个瑕疵：开机脉冲，但这个脉冲在人耳可觉察的频率范围以外。
我保留这部扩大机相当长的时间，一直被我视为很优异的设计典范，直到我创立Threshold后，有天一个半导体供货商提供大量的MOSFET给我们试用，这才让我想到可以用这种晶体来改机看看。这些MOSFET的脚位跟Citation 12使用的功\率晶体一致，加上MOSFET可以有效的简化电路，可以让Citation 12的电路架构显得更为简洁优异。
改为功\率MOSFET输出级
在进行电路设计之前，如果能对零件的特性进行深入的了解，将会对于设计的成果有很大的帮助，不过在这里，我不打算讲得太细腻，混淆重点，因此只会把MOSFET的基本特性呈现出来，让读者把他当成一个「黑盒子」来看待。MOSFET是一个结合真空管与传统双极晶体管双方优点的组件，读者可以参考图一，MOSFET的Gate极闸极可以模拟于晶体管的BASE基极或真空管的栅极，源极Source则模拟于晶体管的Collector集极或真空管的屏极，依此类推。
我们可以发现，从Terminal 1到Terminal 3之间的电流量，将与Terminal 1与Terminal 3之间的电压呈现一定的关系，当Terminal 1与Terminal 3或Terminal 2与Terminal 3之间的电压产生波动时，流过Terminal 1与Terminal 3之间的电流也会对应的改变，从图二中，我们可以看出MOSFET、真空管与晶体管之间，在电压、电流改变时所绘制出的曲线。
在图二中，我们可以发现，输出电流除以输入电压的比值，以传统晶体最大，因为这是一个电流控制组件，乘上一个增益值后，就可以造成一个电压变化。如图二所示，功\率MOSFET与真空管就有类似的特性，不过MOSFET的互导值更高，并且可以在跟晶体相同的工作电压下运作。简单的说，功\率MOSFET就像一个真空管，但维持高互导的特性。同时与晶体管的使用电压非常相近。
功\率MOSFET也可以应用互补设计，P信道跟N信道MOSFET就像PNP与NPN晶体那样，可以做镜向对称的电路架构，这一点，就不是真空管所能做到的。
功\率MOSFET的优点在哪里？
我们这本篇文章中使用的功\率MOSFET，是International Recitifier 的IRF130，功\率150瓦、100V、12A的TO-3包装晶体，它使用了IR半导体的HEXFET技术，提供高耐压、高速切换与低饱和损失等特性。撇去偏高的价格不谈，这个晶体在特性上远比传统双极晶体管来得优异，特别适合应用在功\率放大器上。
首先，功\率MOSFET对于驱动电流的需求微乎其微，因此可以省略驱动级晶体的存在。其次，他们也没有二次崩溃效应的问题，因此可以轻易的胜过传统双极晶体，在高电压下运作。因为晶体管具有正温度系数的特性，将使得温度集中在某一区域上，造成这个区域的温度越来越高，工作负担也越来越重，最后造成晶体毁损的问题。
不过，功\率MOSFET恰好相反，呈现负温度系数的特性，因此热能可以均匀的分散，让半导体完整的去承担放大工作，适应较高的电压与功\率。这个特性也可以有效避免一般晶体管扩大机的热跑脱问题，轻易的发挥热补偿作用，维持扩大机的稳定工作。还有，MOSFET在物理特性上，呈现比较快速的反应，因此上升与下降速度都可以在150ns左右，相较之下，一般功\率晶体的速度至少迟缓数倍之多。
功\率MOSFET的缺点呢？
基本上，几乎没有什么缺点。不过，要懂得正确运用MOSFET才能合理的发挥这个组件应有的优势。譬如说，负温度系数的特性并不能保证MOSFET在任何电路设计中安然无恙，如果操作在工作电压偏低的环境下，一如许\多原本设计就很谨慎的低功\率晶体扩大机（包括这里提到的Citation 12），这个优点就很难表现得突出。
在很多扩大机或设计中，功\率MOSFET比功\率晶体表现更优异的线性度，不过有一个例外，就是把MOSFET用在缓冲上，然后以低阻抗的讯源驱动，此时MOSFET失真上的优势不再，晶体此时的失真可以是MOSFET的三分之一。
另一个广为人知的说法，就是在使用功\率MOSFET并联时，是不能不使用源极电阻来控制每个并联晶体的静态电流，唯有如此，才能确保每个并联晶体分担相同的工作负担，而不至于有所偏颇。我们可以发现，除非已经做到彻底的配对，不然，千万不能舍弃这个电阻，这样才能确保扩大机的稳定性。
另一个会造成音质差异的因素，是MOSFET偏高的输入电容，这个电容值约在500PF~1000PF之谱，着实不小。譬如说，如果要做到100V/uS的回转率，那就得在1000PF的输入电容上注入高达1A的电流！因此当我们设计MOSFET的电路时，就必须特别注意，纵使驱动电路可以有效的简化，但一定要提供足够的电流才行。
很庆幸的是，在实际的使用上，我们得处理的电容现象大多集中在闸极-源极之间，这跟闸极与渠极之间的电压摆\动影响有限，在我们计划的这部后级中，扩大机前端电路只要推出0.003A的电流，就可以在输出功\率晶体的输入电容上，创造40V/uS的回转率，此时的输入电容约为100PF。这个电容值大约是MOSFET规格图表上的五分之一，证明绝大多数的电容都存在于闸极跟源极之间。
在此我必须特别提出一个MOSFET在使用上的关键点。跟双极晶体管相比，MOSFET的互导比较低，因此在相同的驱动电压下，MOSFET的输出功\率会不如双极晶体管高，或者说，电压的利用率比较低。为了解决这个问题，我们多半得使用比较高的供应电压，或者说，将输出级与驱动级分开来，让驱动级使用比较高的电压，也可以解决这个电压利用率较低的问题。
精简优异的电路架构
用在本电路上的IRF130 MOSFET，非常适合拿来替换Citation 12的输出晶体，无论是规格或尺寸都非常接近，因此要纳入这个标准的半对称电路中，只需要小小的修改即可，读者可以参考图五跟图六，这是我将Citation 12电路简化之后的架构，可以看得比较清楚。
在图五中，我们可以看到Q1跟Q2是标准的双差动放大，输出电压驱动Q3这个NPN电压放大晶体，而R1与R2则是用来提供这三个晶体所需的偏压。Q3的输出端面对一个靴带式电流源（包含R3、R4与C1），还有一个电压源，提供输出晶体所需的偏压。Q5的角色则是担任电位调整的效果，使得负端的Q7功\率晶体获得相对称的电压浮动。
Q4为电流放大器，驱动正电压端的Q6功\率晶体。图六的电路基本上与图五相同，不过Q6跟Q7已经改为功\率MOSFET，同时Q4也被省略了，因为此时已经不需要多一个电流放大级来驱动Q6。
实际制作的电路架构
图七跟图八是两个后级的实际电路，为了容易判别起见，我们将零件编号适度的修改，以对应刚刚的图五跟图六。在图八中，R11跟C7用来过滤电源供应器上的涟波与瞬时电流，可以有效的稳定偏流、降低噪声与失真。R12跟C2则是一个低通滤波器，避免从输入端窜入的超高频讯号被扩大机给放大了。
R1电阻提供2mA的电流给Q1与Q2平均使用，从Q1流过的1mA电流通过R2，提供大约0.65V的偏压在Q3晶体的基极与射极。这个直流电流加上交流讯号后，进入Q3，同时得面对R3与R4（与C3构成的靴带式增阻电路）创造的高阻抗，因此会在Q3的集极上，创造一个很大的电压增益。经过电压放大后的讯号送到Q6，而负电压端的讯号则是送到Q5、Q7构成的电路，在这个电路中，R5的动作类似于R2，而R9则是用来限制Q5的增益。
R16、R15、R10所构成的网络，则可以抑制本电路增益级与内部电容之间可能产生的振荡，C6与R10并联，可以避免这个电阻不至于通过音频讯号，如此将可能导致过热而烧毁这个电阻。C4则是一个提供阻尼的电容，可以透过提供第二个高频环路的方式来强化电路的稳定性，强迫回授网络忽略输出级在高频端的动作，使得前端电路的频率响应维持在800KHz以上。
图五跟图六里头的偏压网络已经由Q4与R17、R18、C5取代，构成一个稳定的恒压源，电压的多寡可由R17可变电阻来做调整，至于C5，则可以提供这个偏压网络在各种频率下工作的稳定性。D3可以确保整个电路在切割点上呈现正负对称的状态，D1与D2则提供一个电流路径，当后级输出面对强大的抗性负载导致强烈的反电动势时，这两个二极管可以发挥疏导的效果，将电路保护住。R6、R7与C3构成一个负回授网络，提供一个大约0.7Hz的低频截止点。
我想有必要针对R3、R4与C1所构成的靴带式增阻电路作一些动作分析。他的出发点，就是希望用最低廉的代价，为Q3取得一个恒流源负载，这个负载的等效交流阻抗非常、非常的高，可以使得Q3在极高的增益下运作，而此时的直流阻抗为R3+R4的总值，9.4K。这会提供Q3大约3mA的A类直流偏流，对于增益级而言，并没有造成沉重的负载。
因为R3跟R4间的节点会透过C1电容来发挥增阻效应，这个C1电容的另一端，与扩大机的低阻抗输出端相连，使得这个R3与R4的节点会同步的起伏波动。因为输出电压几乎于Q3的集极电压一致，因此横跨在R4上的电压降也几乎不变，使得通过R4的电流稳定不变，这个动作行为，不正就是一个恒流源？从这个角度来看，Q3可以在八奥姆的负载下进行完整的摆\福动作，但此时的偏流变化也不过10%，相较之下，如果没有这个靴带增阻电路，那此时的变化幅度将会高达100%之谱。这个设计技巧，对于提升整个系统的增益与稳定性帮助甚大，不过电路却仍能维持高度的简洁与低廉的成本。
上述提到的增阻效应，可以在宽广的频率范围内动作，从0.14Hz的低频到高频端的300KHz，都可以发挥优异的效果。
动手DIY实做修改
首先，我们要先将电路板拆卸下来，然后拔掉一些连接端子与焊除一些卡在电路板上的零件。拆卸时要格外小心，配合吸锡器或吸锡枪来处理，特别注意别让铜箔剥落。参考图十三，我们会看到有不少零件需要从机箱底座的反面拆下来，包括散热片。以我来说，还顺便用这个机会把输出与输入端子换成比较高级的镀金品，无论是质感或聆听素质，都比原先的好多了。
我也同时把输出端的热保护组件与保险丝也一并拆了，反正是自己用的，我并不需要这些额外的零件来破坏音质。以我个人的角度来看，我也不怎么信赖原先机器上的功\率晶体插座，所以决定直接把零件跟线材焊在TO-3晶体的接脚上，完全拔掉这个功\率晶体插座。另外，也从机座的底面拆掉、移除所有的电容，只留下那几个计算机级的电源滤波电解电容。
图十三显示出主要的交流线路径， 不过你会发现少了热补偿晶体，但在实际的工作上，却丝毫没有差别。接着将TO-3包装的MOSFET功\率晶体装上去，依序摆\上绝缘云母片、螺丝绝缘粒…….等等，注意，在晶体的外壳就是渠极Drain，因此必要的线材应该连到这边。
图十四为输出晶体的连接方式，而外部导线的拉法，则可以参考图十三。在将功\率晶体固定在散热片上之后，最重要的工作，就是要测量晶体的外壳有没有跟散热片短路？这是非常关键的绝缘动作。测量的方式很简单，就是使用一个三用电表，转到奥姆档，一个探棒摆\在晶体的金属外壳，另一个探棒摆\在散热片上，不过，因为散热片表面有阳极处理，因此有必要用探棒稍微刮一下表面，确定探棒与散热片有接触，否则隔着阳极处理漆膜，都只会呈现绝缘状态的。
当我们完成功\率晶体的安装与必要的接线之后，接着就是将摆\着MOSFET的散热片装回去机箱中，并且完成散热片与电路板之间的联机。注意，在图十三中，为了做到最佳的连接与降低端子的连接电阻，有许\多联机已经直接焊在PCB上，完全舍弃了端子的存在。另外，我在电源供应器的滤波电容上，并上了0.47uF/100V的小电容，来改善电解电容在高频的损失角，这个零件并非必须，不至于影响电路的正常工作。我同时也在桥式整流上并联了0.01uF电容，这可以改善二极管的rf放射，当然，这也是作为改善之用，也不会影响电路的正常动作。
从图十一与图十二的电路板正反面图文件中，读者可以比较清晰的看出接法。请特别注意电路板背面的部分地方以18号AWG的铜线短路，其中两条，就是取代原本一个串连在输出端的电感/电阻组件（99%的晶体电路大概都会加上这个东西），这样将可以减少部分的失真。原本的电路板规划，虽然历经多个版本，但是却将回授的位置摆\在离输出端还有一点距离的地方，这一点点的距离，虽然仅是PCB上短短的铜箔，但却会与实际的输出端产生几毫伏的差异，造成奇次谐波的失真问题。
跟一般DIY装机的原则相同，千万要注意每个有极性零件的接脚，不能弄错，另外在焊接时，也要小心的控制时间，避免高热破坏了零件。因为这些修改过程是针对比较有经验的DIY玩家而设计的，因此就不去谈太过细节的装机技巧。尽量让TO-92晶体留下足够长度的接脚，Q5跟Q3则有必要加上小型散热片。
Citation 12 MOSFET版上电测试
当初次开机时，请将调整偏压的可变电阻转到最大值，这会让扩大机在开机时的静态电流处于最低，为了保险起见，可以先用电阻表检查一下可变电阻的状态。因为每个可变电阻的结构不太相同，同样是顺时针转到底，可能呈现零奥姆或最大阻抗的状态。
以下的测试非常重要，必须非常谨慎的进行，先从一个声道开始，然后接着再测试另一个声道。有一个技巧可供参考，未测试的那个声道，可以先将保险丝拿掉，至于测试中的那个声道，则可以使用1A的快燃保险丝，做到妥善的保护。从讯号产生器使用低电压的讯号1V、1KHz注入扩大机的输入端，注意这个讯号产生器的接地跟示波器的接地应该浮接，示波器应该做到大地接地。在没有负载的情况下，量测输出端的波形。
