Схемотехника усилителей для электростатических наушников

Эктор

Новичок
21 Мар 2018
78
9
Всем здрасте.

Тема такая. Есть наушники STAX, претензий к ним в принципе нет. Вот усилители для стаксов – отдельная больная тема для DIY-ов: либо сложная схемотехника, в основном повторяющая оригинальные схемы (с труднодоступными или совсем недоступными деталями), либо с большими искажениями (на уровне 0,01 – 0,003 % для сигнала 100 В скз на частоте 1 кГц). Поэтому часто пользуюсь поиском в надежде обнаружить не очень сложную и с малыми искажениями схему в интернете.

И вот неделю назад натыкаюсь в сети на описание интересного устройства – комбайна, где в одном флаконе компактном корпусе объединены усилитель для стаксов и ЦАП.

Автор вначале перечисляет особенности и недостатки традиционных схем, приводя вполне конкретные графики измерений, а затем немного, самую малость, раскрывает особенности схемотехники его усилителей. В частности вот что он пишет:

«6. Элементная база и схемотехника

Выбор элементной базы для усилителя, размах выходного напряжения которого 600В - задача не из простых.

Подавляющее число разработчиков решают эту задачу в лоб - они просто выбирают транзисторы с достаточным рабочим напряжением.

К сожалению, не существует маломощных транзисторов на напряжение выше 300В, и выбор неизбежно падает на довольно мощные высоковольтные транзисторы, которые в силу технологических причин имеют весьма посредственные частотные свойства, большие паразитные ёмкости, плохую линейность и малое усиление. Не последнюю роль играет то обстоятельство, что этим транзисторам для оптимальной работы необходим значительный ток покоя, 30-40мА, однако при этом на них рассеивается мощность порядка 8-10 Вт на корпус, а усилитель в целом будет потреблять 80-100 Вт. Следует отметить, что к скоростным хар-м усилителя для электростатов требования очень и очень серьёзные, поскольку его выходное напряжение в несколько раз выше, чем у обычного усилителя мощности.

Поэтому в ES Static я применил радикально иной подход. Каждый мощный высоковольтный транзистор составлен из трёх последовательно включенных маломощных. Такое решение позволило применить транзисторы с высоким усилением, предельно малыми значениями паразитных ёмкостей, и полностью использовать потенциал этих транзисторов в смысле частотных свойств.

Схема высоковольтного усилителя проста и изящна. Она состоит всего из двух каскадов.

Входной каскад сделан на ультралинейном (собственная нелинейность 0.2%) и очень быстром операционном усилителе.

Это каскад не вносит задержек и фазовых искажений, поскольку его АЧХ линейна до 300кГц, а полоса пропускания более 500МГц. Второй (выходной) каскад построен по симметричной двухтактной каскодной схеме (общий эмиттер на супер-бета транзисторах - общая база на трёх последовательно соединённых высоковольтных транзисторах).

Он необычен тем, что имеет огромное усиление (3000 раз), очень малую собственную нелинейность (0.2% на НЧ и СЧ, и до 3% на 20кГц), линейную до 10 кГц АЧХ и малую задержку (20нСек).

Таким образом, на частоте 20кГц до замыкания обратной связи усилитель имеет нелинейность около 3%. После введения ООС искажения (теоретически) уменьшаются пропорционально её глубине. Усиление 2-х каскадов составляет 3 миллиона на частоте 20кГц. Потребное усиление 300раз, и на долю ООС остаётся 10000раз. 3% поделить на 10000=0.0003%, что неплохо согласуется с результатами моделирования (0.0007%).

Из приведённых вычислений совершенно очевидно, что к резистивному делителю ООС (который в итоге полностью определяет линейность усилителя) требования очень серьёзные.

Найти потребные резисторы для высоковольтного делителя ООС оказалось очень непростой задачей. Выбор пал на прецизионные тонкоплёночные резисторы Vishay, искажения которых оказались в 200 раз меньше обычных SMD резисторов.

Все каскады ES Static работают без отсечки тока (в классе А), ток покоя выходного каскада 5мА.»




И вот уже неделю я пытаюсь нарисовать схему выходного каскада, используемую автором. Пока результаты нулевые. Нарисовал схему чуть ли не в лоб описанную автором, но она получилась почему-то с коэффициентом усиления 1 (см. прикреплённый файл).

Схема по описанию.jpg

P.S. Автора схемы уже нет с нами.
 

Вложения

Sagittarius

Старовер
1 Мар 2017
26,425
4,880
Автора схемы уже нет с нами.
Царствие ему Небесное, размышлял он правильно.

1614523646093.png

Такие структуры были запатентованы в Ростове (ЕМНИП), и именно так, как нарисованы.
Но это - только выхлоп, и сам усилитель будет составлен примерно из таких же каскадов.
Если не перепугаешься схемы и работы, то смоделировать усилитель можно.
*Тут 3904 недостаточно: при полном выходном напряжении на одном плече будет падать 700 В,
и на каждом транзисторе - по 175 В.
 

Эктор

Новичок
21 Мар 2018
78
9
Такие структуры были запатентованы в Ростове (ЕМНИП), и именно так, как нарисованы.
Но из текста автора явно следует, что выходной каскад усиливает сигнал.
Если не перепугаешься схемы и работы, то смоделировать усилитель можно.
У меня нет выхода :)) Вчера посмотрел осциллографом сигнал на выходе моего усилителя - после 45 вольт уже видно, что форма сигнала не синусоидальная.
*Тут 3904 недостаточно: при полном выходном напряжении на одном плече будет падать 700 В,
и на каждом транзисторе - по 175 В.
Так это же не рабочая схема, здесь это не важно.
 

Sagittarius

Старовер
1 Мар 2017
26,425
4,880
Усиление 2-х каскадов составляет 3 миллиона на частоте 20 кГц. Потребное усиление 300 раз, и на долю ООС остаётся 10000 раз.
Ах ты ж. Где вы берёте такие наушники?
 

wakh

Вахтанг, Москва
14 Июл 2018
3,431
1,484
68
Москва
www.diyaudio.ru
Так понимаю, что динамики в наушниках это конденсаторы, обкладки которых колеблются от высоковольтного сигнала.
600В в ухо не боитесь получить? :)
Тут видимо трансформаторщики и ламповики вовсю разгулялись.
Ток наверно мизерный, а какова емкость?
Качественный транс, охваченный ООС, думаю даст приемлемый звук, но все-таки не будет сверхлинейником.

В названии темы хотя-бы можно было напрячся и не ошибиться.
Получились какие-то, никому неизвестные, электростатистические наушники.
 
Последнее редактирование:

Эктор

Новичок
21 Мар 2018
78
9
Да, там чисто емкостная нагрузка, емкость с кабелем - 110pF.
Не сторонник трансформаторов, поэтому этот вариант не рассматриваю.
 

wakh

Вахтанг, Москва
14 Июл 2018
3,431
1,484
68
Москва
www.diyaudio.ru
Синус какой амплитуды должен быть для приемлемой громкости звука?
Судя по питанию +\-350 В полный размах д. б. около 600В?
 

Эктор

Новичок
21 Мар 2018
78
9
Синус какой амплитуды должен быть для приемлемой громкости звука?
Ну вопрос приемлемой громкости чисто индивидуален. Сейчас подал сигнал с генератора и послушал. Получилось, что спокойно выдерживаю 287 В rms (это максимум под нагрузкой получилось). Получается, нужно 300В rms минимум, а лучше 350. Это при входном сигнале в 0дБ с генератора звуковой карты. Правда в моём усилке и искажения дикие, десятки процентов наверное.
 
Последнее редактирование:

Эктор

Новичок
21 Мар 2018
78
9
Так я всё написал. Нагрузка чисто емкостная, 110pF (сопротивление этой ёмкости на частоте 10кГц - 145 кОм), напряжение сигнала на выходе - 300-350В rms, ток покоя выходного каскада - 5 мА (мне больше не надо).
 

Sagittarius

Старовер
1 Мар 2017
26,425
4,880
какое напряжение одной шины питания, такое и выходное напряжение будет.
Чаво это? Последнее время, пока я сплю, в электронике происходят фундаментальные изменения.
Теперь вот с мостами.
Давай, отыграем это назад. Выходное напряжение половины уся в размере 250 В на одной клемме ушло в плюс, а на другой клемме другая половина уся ушла на 250 в минус. Ты этого не видишь, а меряешь напряжение мультиметром прямо на нагрузке. Сколько показывает?
Могу я спасть спокойно?
 

О Нас

  • Наше сообщество существует уже много лет и гордится тем, что предлагает беспристрастные и критические обсуждения среди любителей радиоэлектроники. Мы каждый день работаем над тем, чтобы быть лучше.

Быстрая Навигация

Пользовательское Меню