Схемотехника усилителей для электростатических наушников

Эктор

Новичок
21 Мар 2018
82
10
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
28,788
5,497
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
82
10
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
28,788
5,497
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
3,630
1,612
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
82
10
Да, там чисто емкостная нагрузка, емкость с кабелем - 110pF.
Не сторонник трансформаторов, поэтому этот вариант не рассматриваю.
 

wakh

Вахтанг, Москва
14 Июл 2018
3,630
1,612
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
82
10
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
82
10
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
28,788
5,497
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