| .......... ALEXMOD: projects |
|
Электростатики. Выбираем усилитель
| |
| Alex | Дата: Пятница, 10.04.2015 | Сообщение # 1 |
 Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3028
Репутация: 120
Статус: Offline
| Интересные факты, касательно необходимости обеспечения высокого размаха по напряжению и выходного тока в усилителях для Stax.
Навеяно наездами гуру на сайте DH
Источник
Originally Posted by kevin gilmore (кто не знает, это - автор многих оригинальных конструкций усилителей для электростатических наушников)
Цитата 1400 volts peak to peak stator to stator (+/-350 power supplies):
KGSS, Stax T1, T1s, T1W, 313, 323, 717, 727, sra-14s, srm-1 mk2, srm-monitor
woo audio wes
Усилители из списка имеют одинаковые показания по уровню максимального выходного напряжения!
Цитата Here are some of the output stage currents.
Remember that every single amplifier has balanced outputs, sothere are actually 4 output stages. The new eddiecurrent thing probably has output transformers, so its different.
kgss 8.3 ma x 4
kgsshv 5.5ma x 4 (you can turn it up if you have lots of heatsink)
T2 14ma x 4
ES1/ESX 8.5ma x 4 (when its modified to work correctly) (if you change out the plate resistors with current sources, up to 20ma x 4) kg tube amp #1, aristaeus and hev90 6.3 ma x 4kg
silicon carbide space heater 50ma x 4koss
es950 1ma x 4BH,BHSE 18ma x 4
most of the other stax tube amps are about 7.5 ma x 4
srm313, srm323 5.5ma x 4srm717,srm727 6.6ma x 4
Значения тока покоя выходных каскадов почти все находятся на приблизительно одинаковом уровне. Разница между T1 и KGSS составляет всего около 10% !
Ток покоя усилителя HEV90 (насколько понимаю, это Rudystor for Orpheus) ниже, чем у Т1 на 20% !!
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 10.04.2015 | Сообщение # 2 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3028
Репутация: 120
Статус: Offline
| Ссылка на еще один любопытный материал по токо обеспечению для усилителей электростатических наушников.
Попробую вольно перевести, для тех кто не знает английского. Итак,
Большинство усилителей для ЭС наушников обеспечивают примерно одинаковый размах выходного напряжения (разница всего порядка 4дБ от самого слабого, до самого мощного) Особняком находится считающийся самым крутым (и заодно самый дорогой!) STAX T2 мощность которого выше аж на целый 1дБ!
Если сравнить с привычными домашними усилками, то основная масса имеют разброс мощностей 50-125Вт, тогда как T2 выдавал бы на-гора чудовищные 160Вт.
Токовые способности ЭС усилков варьируются в более широких пределах и составляют от 2мА на канал (Koss ES950) до 36 мА (Blue Hawaii)
Еще в 1978 год небезызвестнй Нельсон Пасс показал что для 100 ваттного УМ (размах выходного напряжения 80В), воспроизводящего реальный музыкальный сигнал необходима и достаточно скорость нарастания сигнала в 1.5В\мкс при условии выдачи полной мощности (до клиппинга). Эта цифра берется из необходимости неискаженного воспроизведения синуса 6кГц при полном размахе выходного напряжения на выходе усилителя. Практические опыты показали, что дальнейшее расширение полосы пропускания не имеет глобальной необходимости и эта величина скорости нарастания может считаться необходимой и достаточной в большинстве реальных случаев.
Если мы возьмем цифры по размаху максимального напряжения на выходе Blue Havaii то он окажется выше в 20 раз (1600В=80Вх20). Соответственно скорость нарастания для такого высоковольного усилителя должна быть также, в 20 раз выше и составлять примерно 30В\мкс (1.5В\мкс*20).
Для этого усилителя, нагруженного на емкость, ток в цепи расчитывается по формуле:
I=C*dV/dt или, в нашеих реалиях (с учетом станадртной емкости нагрузки порядка 100пФ) составляет 3мА (100пФх30В\мкс)
При этом мощность в нагрузке будет чуть меньше 5Вт.
Чем выше емкость наушников, тем, прямо пропорционально, будут выше токовые потребности от усилителя. Именно поэтому я не могу, например, рекомендовать использовать удлиннители для подключения электростатиков.
Разброс у STAX по емкости составляет примерно 90..120пФ
Замечу, что данные цифры приведены для очень жестких условий, когда нам обязательно нужно воспроизводить синус 6кгц с размахом в 1600В, а такое врядли когда-нибудь будет проделано здравомыслящим человеком (и легко может привести к пофреждению слуха, кстати). И тем не менее, данные цифры мы можем использовать в качестве грубой оценки необходимого и вполне достаточного уровня с более чем приличным запасом...
Большинство серийных усилителей STAX имеют размах сигнала 1400В, что в пересчете приведет нас к необходимой скорости нарастания в 26в\мкс и токе в нагрузку 100пФ равном 2.6мА
Такой ток выходного каскада обеспечивается для всех без исключения моделей серийных моделей стаксов, при этом, для SRM-T1S, например, запас почти двухкратный (ток покоя каждого плеча около 5мА)
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Понедельник, 21.09.2020 | Сообщение # 3 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3028
Репутация: 120
Статус: Offline
| По усилкам.
Переведу частично.
Электростатический драйвер схематично можно представить следующим образом:
Из рисунка видно, что у такого драйвера отсутствует звуковая катушка.
Диафрагма, создающая звуковое давление, заключена между двух акустически прозрачных плоских электродов и двигается за счет электростатического заряда на ней, таким образом, создавая звуковое давление
Такой драйвер абсолютно не похож на обычный динамик. Номинальный импеданс такой нагрузки, видимый усилителем, весьма высок, кроме того обладает существенной емкостью (STAX 009, например, имеет импеданс 145KОм и емкость 110пФ, включая емкость соединительного кабеля). Из-за этого, усилители для электростатических наушников, по-сути, являются не усилителями мощности, а усилителями напряжения.
В первых конструкциях усилителей для эс, из-за ограниченного выбора высоковольтных компонентов, в качестве выходных каскадов обычно использовали трансформаторы (да и в настоящее время на рынке встречаются подобные архаичные конструкции).
Высокий импеданс нагрузки требует от выходных каскадов усилителя ничтожно малый ток. Часто при обсуждении обычных усилителей рассуждают сможет ли он раскачать нагрузку, то есть обеспечить необходимую выходную мощность, или нет, а также обеспечить достаточно низкое выходное сопротивление для демпфирования нагрузки. Для электростатических усилителей же, мы должны учитывать совершенно иной параметр, который я называю минимальным током покоя.Формула расчета проста: I=C*U/t, C это заявленная емкость нагрузки, U пиковое значение (PP) номинального выходного напряжения усилителя. t - время периода максимального по частоте воспроизводимого сигнала. Для сигнала частотой 20KГц t=25мкС. Используя данную формулу, легко получить величину минимального тока покоя необходимого для адекватной работы конкретных э\с наушников. Как видите, и для SR-007 и для SR-009 он не очень велик, кроме того, поскольку емкость 007х ниже чем у 009х, требования к току покоя у первых соответственно также, ниже.
Так почему же многие из пользователей так настаивают на необходимости применения усилителей с максимальными токами покоя? Для этого есть два обьяснения.
С одной стороны, пользователи вводятся в заблуждение маркетингом, поскольку предполагают что электростаты подобны обычным динамическим наушникам, и не понимают физических различий работы между ними. Многие просто привыкли, что, чем выше ток, тем глубже А класс работы усилителя, и следовательно, выше качество звучания.
С другой стороны, многие популярные качественные конструкции электростатических усилителей используют мощные высоковольтные выходные ламповые и транзисторные каскады, например такие как EL34(усилитель BHSE),или C2M1000170D (карбид-кремниевый твердотельный триод, в конструкции KGSSHV CARBON). Однако, существует такой параметр как оптимальный режим работы выходного элемента. Высоко мощные лампы имеют крайне низкую линейность при работе с токами на уровне единиц мА. Для того, чтобы обеспечить их работу на линейном участке ВАХ необходимо задать им высокий номинальный рабочий ток. Всего-навсего.
И, наоборот, например, лампа 6CG7, часто используемая в конструкциях STAX является маломощной, поэтому для ее оптимальной работы необходимо задать режим работы с малым значением тока покоя. Это не означает, что наушники должны раскачиваться высокими токами, и конструкция от Stax однозначно плоха. Подробнее это будет проанализировано далее.
В основном, в настоящее время все конструкции усилителей для эс наушников являются симметрично-балансными. Из-за симметричной относительно мембраны конструкции электростатиков.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Суббота, 26.09.2020 | Сообщение # 4 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3028
Репутация: 120
Статус: Offline
| В настоящее время на рынке представлено довольно большое разнообразие моделей усилителей для эс наушников, однако если быть честными, большинство моделей представляют из себя варианты основной (базовой?) схемотехники усилков от STAX. Основная архитектура схем везде одна и та же.
Различия в схемотехнике не означают, что какой-то из вариантов является более продвинутым. Не важно, кто кого в плане схемотехники копирует, практически все схемотехнические решения являются тенями схемотехники STAX (ну, почти), которые и сами по себе не оригинальны. Основное отличие между усилками от STAX и сторонних производителей заключаются в деталях, чьи детали качественнее, у тех усилители и лучше, совершеннее. Такое заключение справедливо не только для эс усилителей, но и для все без исключения усилителей мощности.
Говоря же об усилителях STAX, начиная с модели SRM-T1, много аппаратов собраны по общей схеме включающей из себя сломанный каскод + выходной каскад на электронных лампах с общим катодом.
Последней полностью полупроводниковой моделью был SRM-007t II, являющийся для STAX достаточно типичным. В противовес описанной выше ламповой схеме тут также использована двухкаскадная дифференциальная структура на базе каскода, как у самой исторически первой полупроводниковой модели SRM-1MKII, которая постоянно используется в разных моделях STAX. Особо обсуждать в ней нечего, так что я просто приведу схемы для этих двух устройств.
Архитектура сломанного каскода используется как у STAX, так и у широкого круга усилителей от всевозможных самодельщиков и энтузиастов. Типичным примером могут быть усилители Kevin Gilmore, так называемая серия эс усилителей KG. Его схема базируется на схемотехнике STAX, но немного улучшена в сравнении с исходником. Поскольку его схемотехника более совершенна, некоторым может быть сложно понять в чем они сходны, а в чем различны. Ниже я приведу блок-схему, показывающую родственные связи и улучшения между разными моделями STAX и KG (так сказать, грубо говоря)
Модели T1 и 006 являются практически клонами. Отличием от базовой модели у ветви KGBH\BHSE является использование ИТ в нагрузке выходных каскадов и усиление на базе лампы EL34. KGSSHV использует вместо лампы каскод на базе полупроводников, CARBON использует транзисторы SiC, GG - лампы EL34. STAX SRM-007t является почти полной копией Т1, но с лампами включенными попарно в параллель.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Вторник, 29.09.2020 | Сообщение # 5 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3028
Репутация: 120
Статус: Offline
| Ниже представлено несколько схемотехнических решений основных эс усилителей, в частности модели:
KGDT,
KGSSHV CARBON
KGBHV6
T8000
Из схем очевидно, что KG имеют 2 основных отличия, обеспечивающих более качественное звучание.
1.Использование источников тока в качестве нагрузки
2. Видоизмененные выходные каскады, введение новых типов пп деталей в качестве выходных (например SiC транзисторов в усилителе CARBON)
Иначе говоря, если бы легендарный STAX T2 проектировался в настоящее время, его схема могла бы быть очень сильно упрощена. Например, потому что из-за наличия более современных деталей не было бы нужды в соединении транзисторов последовательно для получения более высоких значений выходных напряжений, для получения больших токов не было бы нужды в параллельном включении некоторых транзисторов. В дополнение, KG усилители предлагают набор раздельных стабилизированных источников питания практически для всех цепей усилителя. Что тоже, принципиально, влияет на окончательное качество звучания этих моделей. Поскольку БП большинства STAX усилителй (за исключением монстроидального T2) совершенно примитивны.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Вторник, 29.09.2020 | Сообщение # 6 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3028
Репутация: 120
Статус: Offline
| Классическая структура усилителя STAX является двухкаскадным дифференциальным усилителем. Входные и выходные сигналы инвертированы. Поскольку подобная схема не очень известна, зачастую ее ошибочно считают трехкаскадной. На самом деле, эта схемотехника очень часто применяется в операционных усилителях, посмотрите например на известный чип AD797.
Входные каскады практически всех эс усилителей реализованы на полевых транзисторах. Старые модели использовали сдвоенные транзисторы (в едином корпусе), более свежие - раздельные, но соединенные вместе на радиаторе для обеспечения термической связи.Самый свежий усилитель STAX T8000 вместо полевиков использует лампу 6922. Принцип работы тот же, необходимо лишь увеличение питающего напряжения и выбор оптимальной рабочей точки лампы. TVR1 служит для балансировки средней точки. Схема балансируется для достижения равенства токов, протекающих через оба плеча дифференциальной цепи.
Обычно рекомендуется сначала отбалансировать каскад при отладке. Несмотря на то что качество входного каскада на полевых транзисторах может вызывать вопросы (особенно в случае непосредственного подключения к источнику), добиться его улучшения довольно сложно. Это обусловено посредственными качественными характеристиками самих транзисторов, низким усилением и высокими шумами. По сути, полевики просто шунтируют собой входные регуляторы чувствительности. В идеале для улучшения качества, было бы правильно буферизировать сигналы на более качественных элементах. Например на супер-бета транзисторах.
Выходной каскад является традиционным диференциальным усилителем с общим катодом. Причем, в качестве нагрузки у STAX постоянно используют резисторы, а модели KG используют полупроводниковые источники тока. Принципальный плюс такого решения у KG показан на графике ниже.
Из картинки видно, насколько значительно лучше использование полупроводникового ИТ в качестве нагрузки, в сравнении с обычным резистором. При том же самом напряжении питания (БП), и правильном выборе рабочей точки легко получить бОльший запас по размаху напряжения на выходе. Следует лишь следить за симметричностью положительного и отрицательного уровня сигнала на выходе. Элегантное и простое решение для эс усилителей.
У модели KGSSHV CARBON. в качестве выходного усилительного каскада использована часть каскодного дифференциального усилителя, а в качестве элементов усиления использованы редкие твердотельные триоды C2M1000170D в ОЗ включении(MOS-FET транзисторы на основе карбида кремния SiC (отсюда, собственно и название CARBON) Усилитель GG по схеме точно такой же, только на выходе использованы ламповые триоды EL34 вместо C2M1000170D.
Насколько хороша каскодная схема на выходе - вопрос открытый. С точки зрения возможного снижения выходного сопротивления, схемы с выходом ОЭ, как это сделано в старых моделях KGSSHV или новейшем усилке STAX T8000 кажутся мне более перспективными.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Вторник, 29.09.2020 | Сообщение # 7 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3028
Репутация: 120
Статус: Offline
| Предлагаемая схема считается мной оптимальной со всех сторон.
Схема представляет собой входной каскад на сложенном каскоде и выходной каскад на ламповом триоде по схеме с общим катодом и нагрузкой в виде ИТ.
Основные достоинства схемы:
В качестве входных использованы биполярные низкошумящие транзисторы с высокой бэтой. Причем входные пары должны тщательно подбираться и быть термически соединены в пары. В качестве эмиттерных и коллекторных нагрузок использованы источники тока, эмиттерные резисторы в парах должны быть точно подобраны по сопротивлению и иметь низкотемпературный дрифт.
В качестве транзисторов в каскоде, включенных по схеме ОБ должны быть использованы достаточно высоковольтные устройства с максимально низкой межвыводной емкостью и высоким Hfe. Необходим аккуратный подбор рабочей точки и теплоотвод (при необходимости). В качестве коллекторной нагрузки использован ИТ специального вида. Его опорное напряжение одновременно является напряжением смещения для лампового выходного каскада.
Выходной каскад собран по типовой схеме, с точки зрения снижения выходного сопротивления и демпфирования нагрузки - это не самый лучший вариант. Возможно, исходя из этой точки зрения в Т8000 на выходе добавлен каскад ОЭ. Однако и такой выход - не панацея. Чем больше каскадов, тем больше фазовый сдвиг и искажения. Вполне возможно что именно по этим соображениям в схеме KGSSHV эмитерный каскад присутствует, однако в дальнейшем развитии, в схеме CARBON его уже нет. Однозначных решений тут нет, единственно что можно сказать, если ваши требования к динамическим переходным характеристикам высоки, рекомендовано ввести этот каскад.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
|
|
|
