音响器材的必要之恶，浅谈继电器的功能与老化后可能引起的小毛病
先讲我个人的结论好了， 我个人觉得继电器在音响器材上的使用是正面有帮助的， 虽然多了接点接触不良的不稳定性 ，但其可配合的附加功能 ，如延时开关与直流侦测保护， 对机器本身与爱玩机器的爱乐者来说， 真的很有帮助 ，我个人觉得这是"必要"之恶 (其实没那么"恶"啦)。 (有人说不装保险丝比较好听 您敢不装吗? 我可不敢 照这吹毛求疵的精神延伸下去 是不是给音响用的电源连无熔丝开关都不要装了 有时真的不要被哗众取宠的言论或为了卖机器所写的文宣所媚惑)
以最严苛的眼光来说 ，多了继电器 ，对整个系统来说， 就只增加4个接触点。 除非您是追求极致的完美主义者 ，订做了一部完全没有Input Select / Treble / Bass / Balance调整的扩大机， 不然继电器的这4个接触点真的不算"罪恶的渊薮"啦 ，呵呵 。
我承认继电器接点会随时间而逐渐氧化而衍生其它问题， 但个人玩了这一阵子的机器， 已把继电器当成一种耗材 ，更好的一件事是继电器的常用型号(尺寸与输入电压)并不太复杂， 应该有90%的机会找的到备料而可以直接替换。
上图为使用继电器与控制IC - uPC1237所组合的喇叭保护模块 这个模块设计的蛮优的 用料不错(Omron继电器)与功能完善(延时开关与直流侦测保护)。
继电器的工作原理很简单 如上图所示， 在供给电压之前 ，COM点(共通点 即上图中数字为3的端点 - 也就是一般的讯号输入点) 是与数字为4的端点导通的。 当供给继电器电压之后， 因磁簧的磁力作用 COM点被推到与数字为2的端点导通(一般来说 这一点就接到喇叭输出端)。
这样做有什么好处呢? 在您开机时 不管是按钮式还是旋钮式电源开关 这种机械式的接触动作 开机的瞬间难免有所谓突波脉冲， 而且在开机供给所有组件电源的时候 ，纵使是晶体机 ，可能都需要有段短暂时间(可能在ms间)才会到达稳定的工作电压点， 所以如果能避开"开机瞬间突波脉冲"与"尚未达到稳定工作点前的直流输出或噪声" 那对扩大机本身或后端的喇叭都是一件好事。
所以配合RC充放电与继电器 就可以设计成"延时开关" (就是设定在开机几秒后继电器才导通 才有讯号传到喇叭 如此可以避掉开机之后短暂时间内的不稳定)。
万用表转到电阻档， 二支测试棒分别接到继电器的输入与输出端(即上图的点2与点3) 在继电器导通的时候 ，阻抗几乎为零， 所以电表从显示"1"(代表超过该档最大值 实际上也是断路 阻抗值无限大) 变为显示小数点以下的欧姆数并发出"哔"声 代表导通。
实际上 这个模块的延时开关大约6秒， 即按下开关后6秒， 继电器才导通。
实际使用上 ，真空管机可能需要更长的时间来达到稳定工作点， 所以有时候3秒或6秒的延时开关是不够的， 这个模块的好处是使用控制IC - uPC1237 可以很简单的经由改变R/C值来改变延迟时间 关于uPC1237 (Protector IC for stereo power amplifier) datasheet 请自行网络搜索。
延时开关这观念与作用， 应该20几年前就广泛被采用 ，个人觉得这几年来把"直流侦测保护"的功能加进来， 是另一个很棒的观念。
DIY扩大机的时候， 在接上喇叭之前 ，很简略的但一定不可以忘记测的是什么? 应该是直流输出吧 不要说不当的直流输出会对喇叭充磁，， 慢慢的损坏体 ，更高的不当直流输出会直接把高音单体烧掉的(我见过直接把高音单体直接冲爆掉 呵呵 当下在场所有人都傻眼 无言 呵呵)。
DIY的扩大机有可能发生 ，那厂机会不会? 真的也很难保证， 谁知道扩大机坏的时候， 会不会把原本供给给功率晶体管的高压不小心串到喇叭输出端， 所以在扩大机坏掉但还没严重到烧掉保险丝的时候 我们也要确保扩大机没有不当直流输出而去损坏到喇叭。
这时候"直流侦测保护"的作用就很重要 ，uPC1237可侦测直流讯号， 并在侦测的直流成份大于设定值时， 让继电器跳开(断路)以保护喇叭 (If output offset DC level > Threshold level, then Relay will be Off) 我记得这模块的设定点是在1V (实际上这个设定点可以简单的改变电阻值来改变)。
我用2个4号电池(相当于3V) 串到讯号路径 仿真不当直流成份被导入， 可以看到继电器会跳开断路 ，如此就可以有效保护喇叭 ，很实用很好用吧 。
根据个人经验 大约列出继电器老化所会产生的几种小毛病如下
1. 最常发生的状况是， 继电器损坏无法导通以致断路， 这状况很容易判断 ，因为继电器导通时， 您会听到"啪"的一声(或二声 因为二声道的接点导通有可能有点时间差) ，如果您开机会没听到 "啪"的一声 那可能就是继电器损坏， 您也可以简单用示波器检查判断 ，在继电器COM点应该是讯号正常 ，但在喇叭输出端却是无讯号。
2. 继电器接点氧化严重 以致二接点纵使接触 ，也因为氧化严重， 二接点间的阻抗过高造成断路 ，此点与上一点不同的地方是， 继电器功能正常所以会有导通"啪"的一声， 但是接点等同断路所以无讯号输出， 在诊断上也如同第一点 ，用示波器检查 ，在继电器COM点应该是讯号正常， 但在喇叭输出端却是无讯号。
3. 继电器接点氧化较轻微 阻抗过高但还不到断路的状态，但造成二声道的继电器接点的阻抗不同 ，以致左右声道输出不平衡， 如上图所示 这台扩大机二声道的继电器导通后的阻抗分别是2.6欧姆与13.0欧姆
注: 左右声道不平衡的问题 不单只有继电器会引起 其它还有很多原因会造成此问题 有可能是双联Volume VR或是Balance VR的误差所造成 也可能是功率IC或周围组件 因长时间使用后的衰减不平均 造成左右声道放大倍率不同 ..等等 原因是相当复杂的
有那么严重吗? 2.6欧姆 vs. 13.0欧姆 这只相差约10欧姆 会有这么大的差别吗? 呵呵 如果这10欧姆的差异是发生在50K或100K的Balance VR或双联Volume VR 当然是微乎其微的差异 应该没有人耳听的出来其间的差异 但这10奥姆的差异是发生在喇叭输出端 对于喇叭的阻抗大约都在4~8欧姆上下 这10欧姆的差异不可谓不大
您不信的话 到电子材料行买个10欧姆的水泥电阻串上一边的喇叭 您再听看看喇叭二边音量差多少? (记得是大watt数的水泥电阻而不是一般常用的1/2W电阻唷 呵呵)
4. 我遇过最难搞的状况是 扩大机开机一切正常 但可能run个半小时后变成一边没声音 一开始都会以为是放大线路有问题 怎么查都不对 最后才发现是 继电器COM点"弹性疲乏"
所谓的COM点"弹性疲乏" 大约状况是COM点的那根导棒 可能因为长时间弯曲 造成弹性疲乏 一开始继电器导通时 COM点的接触正常 但开机一阵子后 可能因为电流经过 造成导棒发热而使导棒弯曲度改变 所以原本COM点从原本的接触点脱离 变成不导通
第4点真的很玄 我曾经有一台机器经过三位师傅检修都查不到问题所在 最后还是在第三位师傅的丰富经验下解决 回想起来问题真的很简单 但是如果不说破 我想一般人想破头都可能猜不到
前一张图用三用电表简单检查继电器导通时的阻抗 电表显示完美接触的0欧姆，
继电器接点正常了 但也要验证左右声道不平衡是否是因为左右声道放大倍率不同或Volume/Balance VR所造成。
手边没其它仪器可用 所以还是用讯号产生器与示波器来做最后的检查 依最后截取的波幅判断 二声道的输出差别相当小 相信这台扩大机的左右声道不平衡确定就是继电器所引起了 问题解决啰 Bingo!!
(如果最终结果还是左右声道不平衡 那就得再检查Volume/Balance VR与放大线路了)
再次感谢浏览 希望在您DIY或检测扩大机的时候有一点的帮助 谢谢!
后记:
Relay的功能很简单， 除了部份为特殊规格(尺寸与脚距不同)， 大部份都应该找的到备料 ，但除了尺寸/脚距/启动电压 ，稍有不同之外 ，在功能上， COM点也稍有不同 ，建议您到电子材料行购买的时候 把拆下来的旧Relay拿去比对， 如此才不会买错材料得再多跑一趟!
1237喇叭保护电路图
1237喇叭保护电路图（一）
VT1和VT2为L声道功率输出管（即功放对管），它们中点输出的音频电流经继电器接点送至扬声器（音箱）。VT3、R3、R4、R1、R2组成过流保护电路。R1和R2为检测电阻，用来检测功率输出管的输出电流，这两个电阻的阻值非常小，仅为0.25Ω／5W。功率放大电路正常工作时，R1或R2的电压较小，不足以使VT3导通。
当功率输出级出现过流（如音量过大或输出端短路）时，功率输出管的发射极电流明显增大，使R1或R2两端电压升高，经R3、R4分压后，使VT3导通，其集电极电压下降，从而使VT6也导通，VT6集电极输出高电平，经R11、R12输送到CPU的PRO端口，CPU检测到这一高电平后，立即从MUTE（静音）端口输出高电平，使VT7饱和，C5迅速放电至0V，VT8与VT9组成的复合管截止，继电器释放，断开音箱，从而有效地保护了扬声器和功放管。
R5、R6、C2及C3组成低通滤波器，当功率放大电路工作正常时，左、右声道输出端的直流电压均为0V，C2、C3上直流电压也是0V，VT4、VT5截止，不影响电路的工作情况。一旦功率放大电路出现故障而导致中点的直流电压偏离0V时，C2、C3两端便出现正或负的直流电压，VT4或VT5导通，VT6也跟着导通，其集电极输出高电平，送到CPU的PRO（保护）端口，CPU立即从MUTE（静音）端口输出高电平，使电路进入保护状态。
集成式多功能型保护电路常以集成块μPC1237为核心构成，μPCI237是日电公司推出的扬声器专用保护集成块，它内含过载检测、直流检测、触发器、锁存／自动复位开关、关机检测、电源接通静音、继电器驱动等电路。该集成块的工作电压范围为25V～60V，它可以直接利用功率放大器的正电源。当功率输出级出现过流、中点电压偏离0V时，它都能立即做出反映，释放继电器，断开扬声器与功率放大电路的连接，使扬声器得到保护。
1237喇叭保护电路图（二）
如图所示为采用μPC1237芯片的保护电路，图中仅画出左声道电原理国，右声道结构与之相同，该电路具有扬声器输出保护、功率输出级过载保护、交流电开路检测保护、开关机静噪保护等多种保护功能。
1237喇叭保护电路图（三）
图4是集成式多功能型保护电路原理图，接通电源后，+45V电压经R16向8脚供电，在8脚建立3.4V的电压，该电压经R15对7脚外部的C5充电，经过t=R15&TImes;C5&TImes;In（3.4-2.06）／3.4=2.056（s）后，7脚电压达到2.06V，此时继电器驱动电路工作，继电器吸合，这样就避免了开机瞬间的浪涌电流对扬声器的冲击。
VT1和VT2为R声道功放对管。
R声道的过流检测电路由R1、R2、R3、R4、VT3等元件组成。正常工作时，R1或R2上的电压较低，不足以使VT3导通。当功率输出级出现过流时，R1或R2两端的电压会升高，并使VT3导通，进而使VT4也导通，VT4集电极输出高电平送至μPCI237的1脚，使1脚电压超过0.67V，μPC1237进入保护状态，继电器释放，音箱脱离电路。
各声道功率输出级中点送来的直流电压从2脚输入，当各声道工作正常时，2脚直流电压为0V，保护电路不动作。当任何一个声道出现故障而导致中点电压偏离0V。时，2脚电压就会高于0.62V或低于-0.17V，μPCI237进入保护状态，继电器释放，音箱脱离电路。
当保护电路动作后，继电器驱动电路停止工作，6脚变为高电位（接近继电器供电电压），VD6导通，VT6也导通，并输出低电平送至CPU的检测端，CPU检测到这一低电平后，立即进行静音控制，输出静音（MUTE）电压，经VD4、R14使VT5导通，进而使VT4也导通，输出高电平到1脚，使电路锁定在保护状态。
由于功放机的主电源滤波电容容量很大，其上电压又较高，故关机后，放电比较缓慢，导致继电器未能快速释放，从而使扬声器会受到关机电流的冲击。为了避免这种现象，在μPC1237内部设了关机检测电路。当关机后，4脚电压立即下跌，使关机检测电路工作，μPC1237快速释放继电器。
1237喇叭保护电路图（四）
UPC1237喇叭保护线路（带LM12耳放线路）电路如下图所示：
1237喇叭保护电路图（五）
uPC1237扬声器保护电路图
uPC1237由单电源供电，工作电压范围为25v～60v，通常直接利用功放的正电源+Vcc作为电源。继电器线圈电压为直流24v，因⑥脚继电器驱动端极限电流为80mA，在继电器得电吸合时，⑥脚电压约为0v，如果Vcc平均电压》24v，必须串入降压限流电阻R12，使继电器和集成电路都不致过流发热损坏，R12的阻值、功耗与Vcc平均电压的对应关系见表1。发烧友可根据自己功放的vcc平均电压值查表1确定R12。
uPC1237⑦脚是电源接通延时端，由R7、c3参数确定开机静音时间，即通电后，待功放电路达到平衡稳定时，延时电路再让继电器触点接通扬声器。这样可以彻底消除开机通电冲击噪声，增大c3或R7可延长开机静音时间。
uPC1237⑧脚是电源端，最高极限值为8v。当Vcc不同时，R8的阻值相应不同，可查表1确定。
uPC1237④脚是交流断电检测端，用于功放关机静音。当功放电源开关关断时，变压器次级交流电压立即消失，c2小容量电容经④脚内阻快速放电，④脚电压迅速下降，内部电路控制继电器动作，将功放输出端与扬声器断开，防止断电后过渡过程中功放输出端零电平在失去平衡时对扬声器的电流冲击（即关机冲击噪声）。④脚最高极限电压为10v，当被监测的功放电源变压器次级绕组AC电压值不同时，分压限流电阻R6的取值相应不同，过大过小均会使扬声器保护电路不能正常工作，Ac交流电压与R6阻值对应关系见表2。
uPC1237②脚是功放输出端直流偏移检测端，功放输出端直流偏移电压过大，会使扬声器音圈中流过的直流电流过大，音圈动态范围变小，声音失真，同时音圈因过热很易损坏。为保护扬声器，由②脚监测功放输出端直流电平，一旦功放输出端正或负偏移电压超过设定的阈值时，uPC1237内部电路使继电器释放，将扬声器从功放输出端断开，达到保护扬声器的目的。如图电路功放输出端正偏移阈值为1．24v，负偏移阚值为-1．04v。
uPC1237①脚是过流检测端。左、右声道过流检测L—E端、R—E端分别接分立元件功放左、右声道末级NPN放大管发射极电阻，射极电阻上电压会因输出电流增大而上升，当输出平均电流超过功放或扬声器的额定电流值时，射极电阻上的电压达到扬声器保护电路所设定的过流阈电压，T1、T3或其中之一导通，引起T2导通，Vcc电压经T2、R9、R11加至①脚，只要流人①脚电流超过110uA，内部过流保护电路将使继电器释放而断开扬声器，实现扬声器过流保护目的。图中L—E、R—E过流检测阀电压为0.67v。对集成电路功放，末级功放管射极电阻很少有接出，可考虑省去过流检测功能，只需把①脚接地即可。
uPC1237③脚是扬声器保护电路工作方式选择端。把③脚直接接地为自动复位工作方式，即在保护电路动作、继电器断开扬声器后，若功放电路恢复正常，继电器能自动恢复接通扬声器。把③脚经0．022uF电容接地为锁存工作方式，即继电器一旦动作断开扬声器，即使功放电路恢复正常，继电器仍继续保持断开状态，直到电源开关关断一次后再次接通为止。无论哪种工作方式，扬声器保护电路功能不变，图中及本文提到的uPC1237参数均为锁存工作方式。
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