电源供应器 : 给消费者的论述
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文/Nelson Pass 翻译: 张小官
前言 : 电与水
大部份的人对电子电路系统的认识并不多，但对于日常生活中每天都接触到的水就觉得亲切多了；在这里将藉由水的循环、流动来比拟令人却步的电流现象。我们将导线比拟为水管、水压好比是电压、水流是电流、湖泊、水塘这些储水的地方当是电容器、二极管是单向阀门、真空管及晶体管则为水龙头开关。
整个扩大机的电力系统可以看成是水流。水借着太阳的能量来完成循环，地面上的水经过太阳照射后蒸发成为天上的云，云又凝聚成水滴降落回到大地，经由河川、渠道汇集在湖泊或是人造的水库，再经管路取水使用。当雨水下得多时，汇流到水库的水使得水位升高，水压也随着升高，到了夏天用水量大，从水库中取用的水比补充注入的水还要多，水位就渐渐的降低，水压也下降，一直要到雨季来，进水量加大，水位才会再上升，这样的情形就一年一年不停的重复、循环。对于扩大机来说，家中的插座、扩大机的电源线及变压器就好象是水库上游的河川源源不绝的提供水一样，不断的提供电的来源，电容就像水库，电压也不断因为电流的输入、输出而变动。以每1/120秒的周期充电(译者注:家中从电力公司送来的60 Hz交流电，经过全波整流后成为120 Hz的直流电)。
同水库的水压下降一样，下游对电容器也不断的取电，使电容器的电压下降，得要等到1/120秒之后另一波”洪电”(大水称洪水，一大堆电来我们就姑且称为洪电吧!)来时电压才又提升上来。然而我们要的是电源供应器能够供给扩大机平稳的电压，显然前头所述变动的电压并不是我们所乐见的。面对这问题通常是使用大型的电容器以储存更多的电荷，才能满足所需，同时也要用更大的变压器，来供应更大得电流给电容器。
既然我们在这里并不是要设计扩大机，而是要讨论电源供应器，我们就对一般我们所见到的电源做法来探究，讨论一些音响厂常见的设计方法。无论如何，我们的目的就是要造就一部电压稳定、没有噪声的电源供应器，而不论得花费多少资源在这上面。
又大又重的扩大机是好的，怎么说呢？大的变压器和粗的导线可以减少负荷，大得电容器可以增加储存电荷的能力，但无止尽的大会不会带来反面的效果？过犹不及呢？当然啦！如果是必v1W的前级，你给它2000W的电源和给它1000W的电源事实上是没有多大的差别，不过这个说法却没能阻挡发烧友追求更大、更重电源供应器的脚步，大水牛跟大水塘依旧处处可见。
变压器
在各式各样的变压器中，环型变压器应该可以说是其中的上品，从必v跟大小、重量上来看，环型变压器是最有效率的，相同必v的变压器，环型的体积最小，也最轻，再者低噪声、无漏磁也是它的优点。
就典型AB类来说，一部每声道连续输出200W的扩大机，需要有700W的电源供应器(变压器的必v一般标示为VA，为输出电压、电流乘积)，再往上由看，变压器的要求将近是2000W，要是不到2000W的变压器，可能就没办法做到200W的连续输出必v，但有些AB类扩大机并不是设计工作是连续输出，那就另当别论了。
如果是纯A类的话，额定每声道200W的扩大机无论何时都得要有1000W的电源供应，变压器就要有3000W才够，少了就不行。照现在所见的环型变压器每一磅大概可以母?0W的必v，所以一个足够供应3000W必v的变压器大概是100磅重，甚至更多。我们从这儿就可以以重量和必v的比例看扩大机，假使一部每声道200W的纯A类立体扩大机，你就可以试试重量至少要有100磅。综合来说重量跟必v的比值大约是1:2每一磅相当是有两瓦的必v，借着这个比例来测测扩大机，如果重量少了，可能他只是近乎纯A类而已。
低噪声同样也是变压器所追求的重点之一，有时变压器会用铁质金属盒装起来，用以减少漏磁，这样的做法经常可见，但也不一定每一部都得如此。这主意是不错，也有一定的效果，不过却得提防一点，过去曾有人，至少有过一家公司将小小一颗的变压器装在大大的铁盒中，鱼目混珠，蒙蔽消费者。
电容
由于大电容量的需求，电源供应器中的滤波电容清一色的都使用电解电容，在扩大机中所见的电容经常可见标示的规格有 μF(micro Faraday)、电压、电流，一般在电源供应器所见得大电容(俗称大水塘)大概是25000μF，或是标记为0.025 F，Faraday是一个相当大的电容单位，有多大呢? 依照定义呢，一安培电流由电容器流出一秒钟后，电容器中的电压才下降一伏特这样的电容器叫一法拉(Faraday)。以200W，A类的扩大机来说，8安培电流连续输出的话，则电容器上的涟波(ripple)大约为0.06伏特。
就一般扩大机的总电容量可以到100,000 μF的话，以刚刚的例子，这时的涟波为0.6伏特，这样算相当不错了，大约是所供应电压的1 %。 要是耗电较小的扩大机当然对电容器的要求就没那么大，相反的要是耗电量更大，则电容器也要相对的大一点。
然而，电容器就无限制的越大越好吗? 当然钱是个考虑的因素，另一方面，越大的电容也面临另一个问题；几乎电容量大的电解电容都会伴随有些微的电感量，这是因为电解电容本身是卷成螺旋状包装在筒中所造成，为解决这些伴随的电感效应，使用具有低电感特性的薄膜电容并联在电解电容上是个好方法，这样可以减少高频阻抗让电流在高频时更容易流过电容，达成滤波的效果。
从经验的累积也渐渐培养出一些洞察力来，通常电解电容在10KHz以上的频率，阻抗会随之上升(译者注 : 理想电容器的阻抗值应该随频率上升而下降) ，阻抗将近为1欧姆，并联上一颗小的薄膜电容之后，阻抗大约可以降到0.1欧姆左右。从扩大机来看，这样高的频率对扩大机的放大频带来说是不是真有影响呢?也不是很绝对的，通常声音在5KHz之后每升高八度音就以12dB的速度衰减，而且平常听的音乐速度也没那么快，顶多不过1V / μs (以回转率的形式表示)，100KHz的频率我们并用不到。
因此电源供应器在高频上的问题并不是针对声音放大而来，反而是对扩大机的稳定性影响较大，尤其是越复杂的线路而言，稳定性所受的影响更深。有趣的是，有些扩大机在设计的时候便以电源供应器的阻抗为条件，将扩大机设计在稳定的范围中，假如此时再并联薄膜电容在电解电容上，原有的条件改变了，就不能再保证整台扩大机的稳定性了。大致说来，在滤波电容上并联薄膜电容仍不失为一个好方法。
电感
就在我们努力的解决电解电容上的电感量之时，另一方面我们也经常在电源供应器上使用绕成线圈的电感来改善电源品质，利用电容和电感在交流电源上形成LC滤波电路可以大大降低高频上的噪声，使接入电源供应器的电源更干净。其次可以使用大型的电感串联在变压器一次侧线圈(primaries)及二次侧(secondaries)上，以增长电容在每一个周期的充电时间，减少噪声及涟波，稳定电压。当然 ! 最常见的还是在两个并联的电容间串联一个电感，形成π型滤波器，以改善电源。
对于电感的使用可以说是相当常见，且效果也非常显著，只不过从成本上的观点看来，的确是贵了一点，因此在电源供应器上能够舍得花大钱用电感的扩大机，便也成了品质的保证。
线材
钗h发烧友对于线材的使用可以说是到了疯狂的地步，有时还可以说上点道理，可是常常对于发烧线材到底有什么不凡之处却也说不出个所以然来。我个人则是比叫偏好用粗一点的导线，而且尽量用得短，减短路径(译者注 : 在钗h灵敏度高的组件，就经常因为导线用的太长，或是焊点没整理好，造成震荡的情形)。 导线的材料则是以质软的金属，像是纯铜或是纯银之类，最好还把每一个接点焊得紧紧、牢牢的。
整流
没错! 整流在电源供应器中占着很重要的地位，它将交流电转换成扩大机所要的直流电。不过纵使钗h人对于快速恢复型的整流器相当推部A但我仍然不太喜欢用这型的整流器。快速恢复同时也意味着在极短的时间中会排斥高电压及大电流，在传统60Hz的交流电中我们也鲜少见到它的踪迹，一般都是切换式( switching ) 电源供应器因为在高频才会使用，在线性电源供应器中仍然偏好用传统的”慢速”二极管，并且在每一个二极管上并联一个小电容，可以大大改善噪声的问题。
(译者注 : 一般所用的整流器为桥式整流器，是由四颗整流二极管所组成，可以做全波整流，在二极管上并联上小电容可以消除二极管在开路、短路切换之间所造成的脉波噪声，也提供高频噪声一条接地的回路)。
稳压
主动线性电压调整是稳定电源的一个好方法，但不幸的是它通常都没有被好好的使用，以致于在以往钗h使用主动稳压的扩大机被评为动态不佳等缺点，也让主动稳压的技术被看不起，没有获得应有的声誉。 较好得做法是线性稳压器也要提供够多的电流供扩大机需求，至少要有扩大机连续输出的十倍以上。而且稳压器的位置也要对，要置于滤波电容之前，并且直接就接到滤波电容去，滤波电容的电容量也不可以少，不能因为有了稳压就减少了电容，变压器也是一样不能偷工减料。总而言之，电容、变压器得用上如同没有使用稳压之前得大小，才会得到稳压的效果。
照这样的做法，主动线性稳压可以表现得非常好，但却也要花上不少银两，因此有比较经济的做法是将扩大机前半段(电压放大级等耗电少的部份)与必v放大的部份分开来供电，仅对前半段进行稳压，必v放大的部份则不做主动稳压。通常是使用两组电源；也有更省钱的方法是使用一组电源，但利用电阻将两边的电源分开，各用各的电源。
除了稳定电压之外，相对的也可以做恒流电源的设计，喂给放大线路固定的电流，则可以达到稳定，无波动的电压，若在线路的前半段再配合上主动稳压电路的话，更是可以得到意想不到效果。对于必v放大级则可以用定电流源来构成单端A类的线路。
其实切换式电源供应器的优点也不少，它质量轻、体积小、材料省、伴随的花费也少，不过潜在的缺点是噪声的问题，但以现在的技术只要用上滤波器，做好隔离，解决噪声并不是多大的难题，但问题是这样一来又要花费不少钱，又回到跟线性稳压一样的问题。
在这里我也要对切换式稳压题出跟线性稳压一样的忠告，电流要远大于扩大机的需求才可以，最好是稳压之前来一颗大滤波电容，后头再来一颗，但这并非我们所要讨论的重点。切换式电源供应器的动机就是要体积小、重量轻又省钱，若像所说的那样就失去原有的立意了。
Mono
我想Mono的意思大家都很清楚就是把两个声道分离，当然它们就有独立的电源，不必两个声道抢着一组电源，也有足够的空间可以用上更大的变压器跟更大得电容器。两声道彼此的关系也只有在交流电源的插座而已，这可以说是将两声道间的影响减到了最低。
在Hi-End里，常可见到Mono的设计，当然啦!价钱也随着贵了不少，有些折衷的做法是将两个声道还是放在同一个机箱中，但彼此有各自的变压器、滤波电容，称之为”dual-mono”。
结论
到这里我们回头看看究竟学到了什么呢? 嗯! 大致来说就是要花大把钞票来堆出一部好的电源供应器。钗h我们所讨论的方法可能对电源的品质改善也只是个皮毛而已，但却可比用仪器量测出来，从主观及客观的两面来看，这些状况在设计时都不是那么的重要，反而是成本的投资与利润才是重点。
工程是一门妥协的学问，每一家工厂都非常重视产品的成本跟利益的关系，在我的经验中，大部份的工厂都会相当谨慎的去考量。计算扩大机中电源部份在整个产品中所占的价钱是非常繁重的工作，实在很难去拿捏，而且顾客的预算亦是考量的因素之一。
对一位消费者来说，它可以尽所能的买到他认为最好的声音，可以藉由聆听声音来判断，也可以打开机箱看看里头的用料实不实在，看看制造商是否放了些值钱的东西在里头。如果你熟悉一些规格或是你懂得机箱里头的东西，你可以发现到，电源供应的部份占了整部扩大机最多的空间、最多的重量，也最多的钱，因此选购扩大机时可藉由电源的部份看出扩大机的身价。
如果你既不想打开机箱仔细的审视扩大机的用料，又想让每一分钱都花在刀口上，提供你一个判断的方法，买扩大机时如果每一千块美金能买个15磅的话，那也算是够本了。
