Hum 從哪裡來？ 膽機 DIY -- 陳友祥 中無通訊第109期, 110期

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                               本文原刋載於 中無通訊第109期2025年1月號

       膽機有 Hum 交流聲，令人討厭，初哥無從入手，只要明白根源，不難處理。

交流聲的來龍去脈：

       1. 來自感應，2. 來自整流的紋波，用示波器最可靠，接到喇叭輸出端，直接觀察到不同波型 ( 圖一、圖二 )。


圖一： 50 週交流。


圖二： 100 週紋波。

        感應與磁場有關，亦與電場有關，電流流經導線，導線四周產生電場及磁場，磁力線環繞導線軸心，是為電生磁( 圖三 )，電流起伏，磁力線以導線軸心為中心向外擴張或回縮，交流電通過導線，四周產生交變磁場，電流越大則磁場越強，絞合兩條相反電流引線，磁場互相抵消，能減少對外干擾，兩線長度相等，效果最好。


圖三： 電生磁，磁力線環繞導線軸心

      電源牛(電源變壓器)，交變磁場發源地，磁力線受鐵芯吸引，凝聚於鐵芯之中，滿載時鐵芯飽和，磁力線溢出影響周圍，優質電源牛在外層連鐵芯包上銅皮，將漏磁短路，交變磁場令鐵片震動，產生討厭的"唔...唔" 聲音，鐵片若與機殼平行，震動傳至機殼，此情更甚，採用垂直放置，稍作升起 (圖四)，可減噪音，若必須平放，亦可加個絲帽或支柱，避免緊貼機殼 (圖五)，電源牛盡可能遠離前級，電源牛引線通電時有交變磁場，採分組絞合能減少干擾，次級高壓三條線絞合一組，初級、燈絲..兩兩絞合 ( 圖六 )，亦可將電源分離，製成獨立電箱，只是多了插頭，長了引線，各有千秋。


圖四： 電源牛鐵片與底殼垂直，勿緊貼底殼，用防震材料墊高。


圖五： 電源牛若要平放，必須用支柱升起。

       磁力線切割導線，令導線產生電流，是為磁生電，導線接近交變磁場，必然受到感應，導線與干擾線並行，感應最大，呈 90 度感應最少，最少不等於沒有，遠離方為良策，電磁場、電磁波，電與磁密不可分，拿著表棒接近柵極，會導入交流聲，人體成了介質，感應到交流電場傳遞至柵極，手按機殼，人體處於地電位，再拿表棒接近柵極，交流聲少了甚至沒有，人體呈地電位時感應大減，家居牆內滿佈電源線，充斥交流電場，同樣是交流聲來源。


圖六： 將電源牛引線絞合可減少干擾。

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接地線：

       俗稱水線，大廈的電源有接地線，新建築物興建時造地網，問題較少，過去用鍍銅鋼筋打入地下，再接駁上樓，經年累月，接地線易生問題，特別在舊樓，水線與 N 線竟然有電壓，在自家有 HUM，搬到朋友家正常，回家將機殼直接連至水喉管，一天光晒，良好的接地，會令放大器更加寧靜。

直熱式燈絲電子管：

       燈絲使用交流供電，會導入交流聲，事因交流磁場，干擾燈絲發射電子流造成，常於供電燈絲次級線圈增加中心抽頭接地，或利用兩枝等值電阻串聯，代替抽頭接地，令燈絲磁場互相抵消，減少交流聲。電子管內燈絲兩邊未必絕對相等，為了控制得更好，使用電位器代替兩支電阻 ( 圖七 )，進行更精確調整，電位器需要較大功率，曾修過一部 300B，無論如何調整，均無法降低交流聲，檢查後發現，其中一隻 300B 有段燈絲特別紅，嚴重不平衡，此情難以調整。直流供電可避開了交流影響，新問題是，燈絲兩邊有電位差，導致一邊發射較多電子，影響燈絲壽命，影響如何未有數據。


圖七： 300 B 燈絲供電經電位器抽頭接地，抵消交流聲。

旁熱式燈絲電子管：

      陰極套著燈絲，理應不受燈絲影響，陰極電位高過燈絲，仍會感應到交流聲，陰極輸出電路，陰極電壓比較高，解決辦法是提昇燈絲電位，令燈絲電位高於陰極，不同電子管，陰極對燈絲耐壓有別，一般 50 ~ 90V，有廠家甚至給出陰極對燈絲正耐壓及負耐壓。


整流電路：

       交流電通過整流，變成脈動直流，經濾波電路濾除起復，以求獲得純正直流電，只是濾波電容充放電過程，仍然存在紋波，特別是整流輸出第一個迴路，這段線電流起復最大( 圖八 迴路一 )，迴路包括地線，連線逐級向前，正確連線，交流聲可以降至最低，濾波電容端點紋波最小，直流須從電容端點引出。


圖八： 整流輸出第一個迴路，干擾最大。

電子管整流：

        燈絲加熱後，產生負離子，受屏極正壓吸引，直飛屏極，形成單向導通，燈絲發熱需時，高壓上升緩慢，對濾波電容沖激較小。Sylvania  5U4G 整流管規格 ：輸出 225 mA 時直流電壓降 44 V  ( 圖九 1 ) ，300 V 時屏阻 35 Ω，濾波電容建議 40uF  ( 圖九 2 )，增大電容量會否縮減整流管壽命未有數據，過去設計一般參考此數值，當年 40uF 已是相當大容量。


圖九 1： Sylvania 5U4G 規格。


圖九 2： Sylvania 5U4G 規格。

半導體二極管整流：

       半導體 PN 結緊貼，電子移動距離短，電壓降通常 1 V，通電立即工作，放大器還在等待燈絲加熱，未有屏流有如空載，濾波電容端電壓迅間升至高峰，為免超出耐壓，必須加入保護電路以策安全，舊膽機用兩個開關，先開燈絲，待管子熱定再開高壓，DIY 可以加入延時電路，延時開啟高壓，矽整流管存在反向回復問題，原因二極管導通過程，PN 結積存大量載流子，需要時間復原，規格中有反向回復時間 ( reverse recovery time )，( 參看 99 期 "整流愛發燒")，復原時間雖極短，未致影響整流功能，只是這反向脈衝屬多諧波，會對放大器造成干擾，須在二極管兩端並聯電容器加以抑制，現時快速回復整流管 ( Fast Recovery Rectifier ) 十分普遍，可選用  UF4007、UF5408.

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濾波電容器：

       電容屬儲能元件，外部電壓若高於電容端電壓，電容迅即充電，別小看電容充電電流，充電電流以安倍計，電荷儲存於極片之中，電容量越大、工作電壓越高，充電電流亦越大，充電電流限於電源內阻，包括火牛次級線圈直流電阻、整流管內阻、電源牛效率及供電電源...電解電容外殼帶電，外加絕緣套隔離，老式電容沒有絕緣套，通過固定夾具接地，別迷信大水塘，事實上大容量不及一個適量的優質電容，1957 年德律風根 V96a，只用了兩個 16 uF，與扼流圈組成 CLC π 型濾波，能做到聽不到交流聲 ( 參看 103 期 )，這兩個高身油質電容 ( 圖十 )，由著名電力電容廠製造，時至今日仍然狀態良好，濾波電容位於放大器輸出部份，不同構造電容影響音色，又是另一話題，隨著業界改良，新電容標準比前優勝，漏電少，耐高溫，壽命長至十萬小時，誤差從 +80 -20 % 進展到今天通常± 20 %，等效串聯電阻 ESR ( Equivalent Series Resistance )，現時用千分一歐姆 mΩ 做單位，新能源設備需求殷切，高質電容器越來越多，發燒友有更多選擇。


圖十： HYDRA 16uF 油質電容。

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通過串聯穩壓提昇濾波功能：

      有一部唱頭放大器，飽受交流聲困擾，需用兩個9V 電池供電，全原子粒放大，工作電壓 15V，整流輸出只有 17V，選了個低飽和晶體管，串接於電源 ( 圖十一 )，串聯穩壓電路能有效消除交流聲，使用齊納二極管 ( Zener 見圖中 ZD )，更可控制輸出電壓，輸出電壓 Vo = Vz - Vbe，為了獲取最高工作電壓，不用齊納管，2SD400F 耐壓 25V，hFE 250，Vce(set) 0.7V，三端穩壓如 78、79 系列，比這簡單穩壓優勝，三端穩壓的紋波抑制率PSRR (Power Supply Rejection Ratio) 通常都有 50 dB，既提供乾淨直流之餘，又能保持輸出電壓穩定，只是需要最少 3V 電壓差才能穩定工作，還有 Low Drop Out (LDO) Regulators低壓差穩壓器可供選擇，如 MIC29300 只要 0.4V 電壓差，能穩定輸出 3A，可調三端穩壓，LM317、TL783，兩者量產至今已十分穩定，兩者分別：317 用晶體管作輸出，輸入至輸出端最高只能抵受 37V，783 是場效應管輸出，可抵受 125V，由於設計成浮置操作( Floating Operation )，通過參考電壓控制輸出，配合高壓晶體管用於500V，效果相當理想，筆者造了個可變高壓電源供試驗用，下期登出。


圖十一： 晶體管串聯穩壓器。

       317 原理圖 ( 圖十二 )，2 腳輸出，1 腳控制端，R1、R2 於輸出端串聯分壓給控制端，內部基準電壓 1.25V 與 R1 電壓降作比較，完成串聯穩壓功能，輸出電壓由兩電阻比例控制，如 R2 比 R1 大三百倍，輸出電壓是 1.25V 乘以三百倍加一，即 1.25V x 301 = 376.25V，


圖十二： 317 原理圖。

300V 輸出穩壓電路 ( 圖十三 )：

       穩壓線路用作 40mA 供電，317 控制腳 R1 300 Ω，與對地總阻 ( R2 + R3 VR1 ) 72.3K，達成輸出 300V，R2 會發熱需用 2W，R3 VR1 用 1W，高壓管 TR1 接成 6V 穩壓給 317，令其處於低壓工作，BU931T 內附保護二極管及分流電阻，耐壓 400V，電流 10A，耐受功率 125W，結點溫度 125°C，R7 用作分擔 TR1 功率，降低熱量，縮減散熱器體積，40mA 電流時 R7 降壓 40V，保留 10V 給 317 與 TR1 工作，要增大輸出電流，可減少 R7阻值，輸入不足 350V，亦可調整 R7 阻值，317 不需要散熱器，C2 提昇紋波抑制效率, D1 D2 R4 用作保護 317，電壓驟變時，C2 通過 D1 放電，D2 防止反充，使用時注意安全，所有零件均處於正高壓，散熱器有機會帶電，多加小心。


圖十三：300V 穩壓器。

交流聲檢查：

     小心高壓，注意安全，舊機年代久遠，很多時是濾波電容漏電解液、乾涸、發脹，不難看出，順序由後向前用示波器檢測，濾波電容端點紋波電壓，自能發現問題所在，機殼銹蝕導致接地不良，去除氧化層，保證良好接地，若線路許可..拔走前級電子管，先查後級，或用0.1 uF電容，逐級將輸入短路，確認源頭，電容耐壓須高於工作電壓，電子管輸入阻抗高，碰觸柵極易成大訊號輸入，令後級受損，甚至燒毀喇叭，膽機矜貴，保他長命百歲，若必須連線柵極，使用測試勾或鱷魚夾(圖十四)，建議先關機，連好線再開機，交流聲有機會來自電子管，與製造工藝有關。


圖十四：0.1uF 接上測試勾，用作短路輸入端。

       屏蔽，高增益放大器，須要蓋上全部蓋板，上緊螺絲，方能作正常測試，若懷疑有地方受感應，使用加上絕緣的金屬片，連上地線，阻隔有懷疑的輸入部份，聽效果，已知受感應的部分加上遮罩，輸入變壓器有鐵罩，須要良好接地，燈膽可加金屬罩，專用輸入電容器，外層有金屬片，甚至套上銅喉密封，屏蔽線 ( 隔離線 )，外層覆蓋金屬，屏蔽線外皮最好不作訊號連接，只作靜電隔離，採用雙絞線可減少感應 ( 圖十五 )，絞線越緊密，受干擾越少，緊密絞線近焊口端稍為鬆開拉直，方便焊接。


圖十五：雙絞芯屏蔽線。


圖十六：筆者之試驗用高壓可調電源。

要點：
       減少交流聲，首在佈局，電源牛、扼流圈、整流部份遠離前級，引出線分組絞合，電源牛、扼流圈避免緊貼底殼，整流管輸出至第一個濾波電容迴路，包括地線，干擾至大，地線逐級向前，濾波電容端點紋波最少，直流輸出從端點引出，穩壓散熱器做好絕緣，避免觸電。