1、 缘由
80年代初期晶体管功放全面取代电子管功放，兴起一股前所未有的DIY音响扩大器的热潮，当时有一本叫《音响技术》的杂志，更是把这股风潮推到最高点，每个人都想DIY一台音响，即使没有能力的人也要找别人组一台才够潮。
当时个人对什么是晶体管，什么是欧姆定律完全搞不清楚，更不用说DIY所需的电路分析能力，但这一点也不会妨碍渴望DIY的实现，因为当时的DIY环境确是十分友善，软体有《音响技术》，这本杂志不断的提供技术指导与装机分享。硬件方面当时有许多半成品套件可选，而且只要按图施工，几乎都能成功。
犹记得，当时购买了一些套件，DIY了几台音响。会响，当时也觉得不差，算是初步体验了装机成功的喜悦，也消除了DIY高不可攀的屏障。但这种廉价的成就感很快就小消失，取而代之的是想更上一层楼，拥有分析，设计电路能力的渴望。这被激发的渴望被《音响技术》这本杂志滋润养大，因此自我期许有朝一日，能设计DIY一台纯A类扩大机，品尝一下传说中A类功放音质醇厚的丰满韵味。
这份自我改善的渴望，让我对电学产生了浓厚的兴趣，也对我日后的学习，工作产生了莫大的影响。后来，忙于工作，家庭，难有自己的时间DIY音响，但是几十年来这份渴望从未从脑海中退去，对音响知识技术的追求，与对电学相关知识的学习从未中断，后来在网上订购一本Designing Audio Power AMPlifiers,以过去累计的电学基础，有系统的研读，一路走来累积了足够的DIY能量。此外，90年代PC开始风行，而且来势汹汹，锐不可挡，DIY音响风潮一时如溃堤之水，极速退烧，一夕间商家的功率晶体，散热片，大电容无人问津，许多曾经热衷DIY音响者将手中的音响零件当垃圾丢弃。由于个人对DIY音响中毒过深，着迷狂热、陷入无法自拔，趁此谷底你丢我捡收集不少功率晶体，散热片，大电容，总希望有朝一日能派上用场，得偿DIY音响宿愿。
历经数十载，人已老，所收集零件也已堪称为稀世"古董"，唯独实现DIY音响的初衷不减，这股热情让我在盖完房子后，有较多的机会将过去所知所学，用在实现年轻时DIY音响的梦想。经历人生各阶段的淬炼，人生至此早已领悟，这世上没有完美历久不衰的东西，因此，DIY着重于应用所学与探索过程，而不是在于追求永无止境，登峰造极的绝世扩大机。也因此，我会尽量消化手边过去收集的零件，看看能否将它们发挥到极致，而不会去追求所谓的最新，最好的发烧零件。
2、 思秋与秋收之美
在整理设备，准备重新投入DIY时的心情是十分复杂的。一方面，感叹数十年过去了，物是人非，手中的老零件，老仪表、老设备、与时下追求速度更快，体积更小，功率更大，功能更多，效率更高的趋势与潮流形成强烈的对比。此情此景使我想到，马致远的《天净沙，思秋》中，古道西风瘦马的情境，对此还颇有感触，仿佛自己是一个DIY游子，浪迹电子江湖多年，在此迟暮之年，面对时下的潮流与自己年少的梦想，有几分岁月不饶人的无奈，与年少梦想即将被时代潮流淘尽的感慨。
另一方面，想到能将过去数十年所学，卸下一切功利，竞争与生存报复，用于生活中，自由挥洒实现年少时的梦想，心中充满感恩，也颇为期待此次DIY能好好品尝，细细体会生命中秋收之美。
3、 挑战A类扩大器
A类扩大器并非什么先进的扩大器，它的效率奇低，造价奇高，体积庞大。但也有其它扩大器无法超越的优点，如放大所产生的谐波据说最接近实际乐器所产生的谐波，因此比较自然，较耐听，这也是其历久不衰的原因。年轻时被音响厂商长期洗脑，种下今生矢志要禽兽DIY一台纯A类扩大机，饱享传说中A类扩大机醇厚风味的梦想。自知这可能是今生最后机会，几遍发苍苍视茫茫，电阻色码无法分辨，焊点无法清晰辨识，也要奋力一战。戴上头戴式放大镜，凑近PCB重温那焊锡逸散出的松香味，别是一番滋味在心头。
4、 扩大器简史
1956年MR.H.C.IN于RCA实验室发表A LIN TOPOLOGY AUDIO AMPLIFIER,此扩大器的架构迄今，已经经历60-70年来的改善衍进，但其包括输入级、电压放大级、输出级的架构，几十年来没多大的改变，一直是现代音响的主流架构，即使半导体技术已有大幅进步，但扩大器始终都是没有脱离这个架构，或者说这是电晶体扩大器最适宜的架构。
主架构虽然没大幅改变，但是由于各种失真探讨，各级逐步衍化加入电流镜、串叠、恒流源、偏压电路、增加驱动级、舍弃输出电容，兵连输出、稳定与保护电路等，使电路日益复杂、细致、周延、表现当然更多传真与品味。
5、 单端输出与推挽输出
在构思架构时，发现单端输出，与推挽输出，各有其利弊，各有其爱好与拥护者。所谓单端输出是指输出端是有单一极性NPN晶体管，或PNP晶体管输出完整波形。输出期间没有轮流切换的问题。而推挽输出，即是采用两种不同极性的晶体管，分工各自负责半周波形，一推一挽轮流工作，最为人诟病的问题是两组晶体管轮流工作时，产生的失真与不协调，早起因为PNP管较少，也有扩大器全部用NPN分成两组输出，一组用于正半周，一组用于负半周。
究竟要用哪种架构？既然要消化既有零件，当然要看看有什么材料才能决定要做什么。手边有十几对2N3055与MJ2955功率管，这种铁壳的功率管，三十年前炙手可热，每个DIY音响的发烧友手边总有几对，如今退烧人们当垃圾丢弃。这些古董级功率管到底还堪用吗？重新查阅其技术规格，发现其频宽用于音频放大器仍游刃有余，毕竟，这几十年来人类的耳朵并没有太大的进化，几十年前令人发烧的元件，今天一样能打动人心。
为了初步了解这些功率管的特性，与增加一些DIY的手感，个人以土法炼钢的方式模拟晶体曲线追踪器的功能，简单地测量数对2N3055与MJ2955功率管的β值。我发现PNP管的β值，普遍比NPN管几乎高出一倍。这使我从新评估是否要用NPN,PNP上下对称推挽的输出架构了。在整个线性放大架构中虽NPN 、PNP二者差异会由反馈修正，使输出信号按反馈比例收敛与原信号一致。就一般水准功放而言，在示波器上几乎无法分辨出输入与输出信号的差异。但这并不表示PNP、NPN二者的差异不会影响放大器的表现，尤其是长期聆听，大部分人还是有感的。
因为经过反馈电路来修正的过程会产生谐波，加上NPN、PNP推挽切换也会音响谐波，令人感受不悦，这些不利的因素使我放弃推挽架构，而选用单端模式。
6、 扩大器也是一种乐器何必太在乎效率
A类单端输出架构最大的缺点，就是效率只有推挽的二分之一，然而，这并不折损我对它的兴趣。在我越是了解扩大器的原理与主动元件的特性，就越是感觉世上没有所谓的原音重现这种扩大器。在放大过程，无论采用何种架构与元件，均会产生各式各样的失真，而且还会因为增生谐波交互作用，综合成新的杂讯号。以现在的元件和技术，一般扩大器都能产生和原来信号十分相似的输出信号，也许扩大器真正的差别在于同样的音源，有些扩大器产生失真与加材料的机构，仍然能令人愉快，令人感动。有些扩大器放大的结构，却令人觉得枯燥不耐听。因此，个人认为扩大器也是一种乐器，以输入信号来弹奏的乐器，单端输出架构效率虽低，但效率不是乐器的首要诉求，悦耳耐听，能撼动人心才是重点。
7、 单端输出与推挽输出效率差异说明示意
推挽式的输出效率比单端的输出大一倍，因此，二者若要获得相同的输出功率，单端输出的静态电流要比推挽输出的静态电流大一倍。这也就意味着要更大的散热片与功率管。以下示意图说明单端与推挽输出，二者工作模式与效率差别。
8、 原汁原味的A类扩大器
在单端输出架构中，大名鼎鼎的NELSON PASS 1977所提出的架构深获我心，这是典型传统的单端输出A类扩大器，他提出架构，也完成设计，有兴趣的读者可以到官网瞧瞧。
NELSON PASS 1977所发表的架构，至今已经过了将近40年，这当然是古董级的架构，我不会照单全收，而会按照我手边的资料，加入一些可能令人悦耳的元素，并视情况调整改善。
9、 多大功率？A类小而美是鱼与熊掌？
原本的构想是想设计一台精致细腻、小而美的纯A类扩大器，功率约10W，用来取代一般电脑用的扩大器。实作后，才警觉A类扩大器没有小而美存在的空间，特别是单端输出，实际效率大概只有十分之一，散热片就是庞然大物。再者，视听时找到手边一直12-0-12/5A的变压器，经整流滤波加载后，得15V的直流电压，静态电流调到1.6A。输入正弦波，以8欧姆负载测得最大输出峰值电压约为12.5V，经换算为9.76W，最大功率接近10W
自知自己音乐素养有限，初步测试时找一些自己熟悉的音乐试听，感觉还颇有A类丰润浑厚的味道。一阵自我感觉良好后，觉得应该找些音域较宽广的交响曲来试听，找到贝多芬五号C小调交响曲。此曲时而轻声细柔如涓涓流水。时而百乐齐奏势如万马奔腾。视听室架着示波器监看，发现这个功率的动态范围稍显小，发现大音量时某些突然涌入的信号会被削平，即所谓的截波现象。
最后冲量现有资源与需求，把工作电压拉高到 —20V，把静态电流调高为2A，扣除一些损耗，获得8欧姆负载14W输出，此时峰值电压为15V,相较于原先的12.5V提升不多，但是对我而言，这个功率已经足够满足家里客厅或者书房的聆听空间，除了试机外，聆听时并不需要将姨娘转大到截波的情况，就能获得所能容忍的极大聆听音量。
A类单端输出静态电流必须为最大输出的1/2，这事先就这样规划好，不然最大输出电流超过静态电流，负半周就会发生截波现象，同样情况，若推挽式输出架构，只会从A类变为AB类，并不会产生截波现象，这也是单端输出的缺点，还好这个缺点很容易预知与避免。
朋友搬来一对20年前瑞丰音响产的L18/5.3欧姆喇叭，号称可承受300W。因找不到相关规格，原先担心推不动，没想到在约25平方的工作室以略大于半功率试听就能获得足够的音量，再大声就扰邻了。
喇叭由8欧姆变为5.3欧姆，要重新考虑静态电流以免发生截波现象，若5.3欧姆要获得和8欧姆14W输出功率，输出峰值电压要达12.2V，静态电流至少要由2A加大到2.3A。评估现况，由计算值来看，静态电流不变，喇叭阻抗变小，功率是降低了，但试听时以5.3欧姆2A静态电流保持不发生截波现象的音量试听，感觉音压不但没有变弱，反而更有劲了。一般喇叭还是以8欧姆为主，因此，静态电流维持在2A。说了半天，最后的规格是：工作电压 _20V、静态电流2A、最大输出8欧姆/14W或5.3欧姆/10W。
10、 设计概述
本机架构采用NELSON PASS 1977所提出的单端架构，输入级采用OP-AMP，设计过程特别考虑电晶体的非线性特性，各级晶体管均加入射极电阻，恒流源、晶体BE并联电阻等改善措施，以期降低晶体管非线性不完美特性的影响，整体完成后发现有热跑现象，再加入有效的温度补偿电路，以下简述设计时的考量。
A、 削足适履的输入级
输入级通常是用二只晶体管做差动放大，一端是输入信号，另一端是输出端回馈来的信号，而端信号比较厚产生误差信号，用以驱动后续的电压放大级，产生所需的修正，以期收敛到而端相等。
为了克服晶体管的非线性不完美特性，现代输入级电路通常会在射极加入恒流源，集电极加入电流镜，或加入CB组态形成串叠放大，以期改善非线性特性。这些电路都不难，难的是要如何购得理想配对的晶体管。虽然电路不需配对也能正常工作，因为最终都会以整体回授修正，但如前述，这种不对称会产生不必要的谐波，令人不悦。
用于输入级，低噪音且配对好的小信号晶体管，由于量少，其实并不好找。而手边正好有几颗OP /AD847，犹记得这几颗IC当年每只都近百元，要是再不好好利用，再过几年可能就会被不识货的晚辈当做垃圾处理。既然如此，就把差动级改成运放，即可物尽其用，又能使电路简单利落。而AD847的表现也不俗，SLEW RATE高达300V/US。实际使用也令人满意，无信号输出中点电压也始终稳定地维持在零电位。以此实际聆听贝多芬5号C小调交响曲时，曲中戛然而止的音符表现的干净利落，毫不拖泥带水，对陡然全体乐器齐鸣展现的瞬间爆发力，确是震动人心。
b.射极电阻是画龙点睛，不是画蛇添足
晶体管交流模型中有一个关于放大率的重要参数RE,很不幸的是这个re参数不是一个定值，因为re=VT/IC，IC会随着信号大小而变，IC改变re也会跟着改变，最后放大率也会受影响改变，这些改变导致信号的瞬时放大率不同，因而产生不必要的谐波影响音质。若电路中加入射极电阻RE，使RE>>RE,因此re RE计算放大率时re的变化可以忽略，整体增益可用稳定的RE来计算。这做法是折损一些增益，来换区相对稳定的放大率，为了达到这个目的，本机所有晶体管都加上射极电阻，即使是电压放大级也不例外。
c、 攸关信号解析度的恒流源
本机为单端放大架构，输入级采用运放IC，因此从电压放大级开始，每级均以恒流源串叠。理想的恒流源阻抗可视为无穷大，当然无限大只是一个概念，实际的世界仍有其极限。阻抗愈大意味着电流流过时的压降愈大，压降愈大就能产生更强的驱动反应，因此，恒流源的高阻抗能让各位小的变化产生巨大的改变，如此，可提升电路的解析能力，更有能力表现音源的细腻变化。
NELSON PASS原作中把输入级，电压放大级，驱动级的恒流源绑在一起，而驱动级有和后续的输出级限流穿在一起，这一连一串的组合，会有牵一发而动全身的效应，而输出级限流会随温度和信号的变化而不断的ON-OFF作用。个人觉得这样多少会干扰到输入级与电压放大级恒流源的稳定性，因此设计时把驱动级恒流源独立出来，并且也用目前常用的固定变压恒流方式，取代原作以电阻简单分压的恒流方式。
d、 不可等闲视之的晶体管BE并联电阻
晶体管BE间存有接线电容、极间电容与米勒等效电容等，这些电容在放大时会产生充放电，一般电路都能提供快速充电的路径，但放电则否，若不提供适当的放电路径，对快速变化的信号无法产生及时反应，尤其是功率管BE极间电容更不容忽视。NELSON PASS原作中所有功率晶体管均采用NPN型，其中BE均加并电阻，本制作为利用手边的MJ2955，把部分NPN晶体管改成PNP，为提供有效放电途径，也在BE间加入并联电阻，以期加速系统反应。
设计完成我用古董级示波器以200KHZ方波测试，概略得到SLEW RATE=21.5/US:
若以正弦波100KHZ/满功率15V计算，所需SLEW RAT=2*П*Frequency*peak voltage
Slew Rate=2*П*vp/t=9.4/US
人耳听力极限约为20KZ，以本机的SR=21.5V/US测试值，系统收敛时间约为2US，对放大各式人耳能感受的音乐已是游刃有余。回头看看NELSON PASS公布的SR数据是30V/US，推测是归功于简洁的电路与他使用的原件，NELSON PASS果然名不虚传。
e、 天衣无缝的温度补偿电路
A类扩大器效率低，输入功率大部分都以热量的形式消耗掉，装机后初步试听，发现温升，电流漂移严重。试听前调整静态为1.8A，听半小时，之间电流表小号电流节节上升到2.6A，散热板烫到补课触摸。再听一小时，电流显示3A，这是我电源供应的极限，磁石随手找来一只温度计，放在散热板，概略测得温度为80度，实际应该更高，至此热跑脱已经十分确定，电源供应器外壳也开始发热，再玩下去，就会烧掉。
仔细分析NELSON PASS的架构，发觉他对温升补偿部分，在电路中几乎毫无描述之处，推测他是用强化散热的方式来克服温度的上升问题。我不想再加大我的散热片了，再大，后续机箱会很不好处理，也不想加风扇，太吵，此外我也没有NELSON PASS那么潇洒，把机器当做煎蛋器。
NELSON PASS的电路中已有调整静态电流的限流装置，为何没有发生作用？为了探索这个问题，动手如下图，接了两个电表观察其中的变化，发现V2会随着温度上升而上升，这个表示电流一直随着温度增加而增加，而V1却始终不动如山，至此，恍然大悟，原来V1已经被前面的偏流与限流电路钳制住。VBE vre=定值
当温度上升VBE下降，热效应导致IB增加，IC随着正价，驱使流经电阻的电压降上升，以补偿VBE的下降，最后使VBE VRE维持在定值。结果是：原先设定的静态电流会随着温度上升而变大。
为了解决系统对温度毫无招架之力的问题，我决定另起炉灶以摆脱原电路的报复，我的作法是取一个不受温度干扰的独立参考电压，以此电压和流经恒流源射极电阻产生的压降比较，然后输出能使静态电流维持在设定值所需的补偿信号。电路中使用二级OP放大，增益值大22000，以期能感测到微小的漂移，达到百分百的补偿。有流经恒流源射极电阻的电流，会随着音乐信号微小变化，这些变化会使温度补偿电路不断来回产生修正补偿信号，这是要避免的状况，以免影响到放大电路，因此，在二级间加入积分器，累计捕捉真正漂移的误差信号，亦步亦趋予以修正补偿。
此电路效果还真立竿见影，历经长时间的聆听测试，实证温度补偿电路对温度漂移的修正补偿几致天衣无缝。散热片温升至60度就不再上升，数位电流表值始终维持在2A缓慢跳动，示波器监视波形，也未发现波形受到影响。
十一、电源电路与哼声
在试听阶段是一直使用电源供应器测试，最后决定供应电压为20V后，开始寻找变压器，手边没有现成的只好定制。定制就有较大选择空间，究竟是环形还是EI型。环形变压器最大有点是效率高，但好像也有不少缺点，传统EI变压器个人的使用经验是，矽钢片品质不是很好，铁损很大容易发烫，其余还能接受。老年人思维比较保守，采用EI变压器，先决条件是要找到采用高品质矽钢片制造的变压器的厂商，在网上找到一个号称采用日本进口矽钢片的，好像满复合要求，一阵沟通下单定制2只。
关于变压器规格的计算，由于A类单端输出的架构，当决定输出功率后，负载，静态电流，输出电压都必须设定好，否则片面的提高电压只是徒增加晶体管额损耗，并无法提升功率，这是要事先注意的部分。
由于考虑A类放大器的低效率，除了前段运放需稳压外，我不打算装稳压电路，因为那肯定是庞然大物，因此不需预加稳压电路约5V额损耗。所需直流电压是 —20V，经换算变压器二次侧规格是AC :16-0-16V/5A，整流后峰值电压是22.5V，预估加载后可能产生压降为1.2V，所以应该接近设计值。
数天后，两只变压器来了，用电子秤称了一下，3.5公斤，体积10.5*8.5*10.5，外观扎实沉稳。接上整流电路，正负电源各加上一只22000UF的滤波电容，马上进行测试。空载：16.7-0-16.7.满载16.2-0-16.2，嘉奖百分之三，整流后直流电压空载23.3V，满载20.4V，非常接近定制时的计算值。经2小时满功率假负载正弦波测试，以手触摸变压器仅微温，这令我赶到意外，颠覆个人以往对变压器加载会很烫的印象，目前为止令人满意。
去掉假负载换上拉岸边，还未加上信号就听到不小的哼声，原先用电源供应器没有这个问题，研究问题应该来自电源滤波电路。用示波器看一下120HZ电源涟波峰对峰值约0.36V，这个是哼声的根源所在吗？手边有数个10000UF的电容，找来2个0.22欧姆的电阻，焊成简单的RC滤波器。再试，真神，哼声小到贴近喇叭才能听到，这时由于贴近喇叭，也听到原先没有在意的高音喇叭发出的嘶声，不过二者不贴近喇叭都不易察觉，播放音乐计时遇到短暂休止也无损其寂静的氛围。
后续的机箱与成果
行文至此，扩大器架构与内涵已大致万恒。最后的挑战是如何找一个好机箱，现成的可用机箱，都是结合散热片整体设计，壮观棋牌，然而，我已经有够大的散热片，而且已经装好功率管完成测试。若改成现成机箱，势必要放弃这些散热片，并从新安装。评估摆了20几年的散热片此时不用，大概就难逃资源回收的命运，这个是我当初珍藏收集它的初衷？再者，拆下所有功率管再重新安装，这种重复性工作个人兴趣实在不高。看样子，要找到一个够大，够坚固合用的机箱，来安装我的怪兽扩大器还真不容易。
DIY过程中，享受一个电阻一个电阻计算，建构，
验证的乐趣，与克服困难所得到成就感，确实是生命中难得的美好过程。癞痢头的孩子，还是自己的好，音响好坏毕竟是很主观的感觉，我只能你说三十年磨此一剑是非常值得的，所得结果真是令人沉醉，生命秋收之美尽在不言中。至此，感谢挚爱的家人数十年来一路的支持，后续希望能早日完成装箱，若有机会会继续分享。
