Удивительно, но абсолютное большинство считает проекты серии Zen законченными полными усилителями, хотя Пасс постоянно объясняет что это изыскания в попытке получения лучшего варианта простейшего усилителя, в идеале - однокаскадного, на одном мощном полевом транзисторе.
Давно известно что "короля играет свита" поэтому у этого однокаскадного однотранзисторного короля должна быть прислуга. Поэтому перепробованы разные варианты - когда нагрузка резисторы, лампы, транзисторы. Все желающие могут участвовать в процессе поиска. Ведь собрать такие усилители несложно. Но по мере вросления Zen-a становится очевидно что для работы с фактически имеющимися источниками сигнала, нужно согласование, нужна "Невеста", нужен предварительный усилитель, регулятор громкости.
Вот поэтому и появилась статья Нельсона Пасса -
Логично, что если сам Zen - каскад на одном транзисторе, значит и Bride должна быть такой же.
Вот я и представляю вашему вниманию мой перевод с небольшими сокращениями, оригинал желающие могут увидеть на сайте Нельсона Пасса, ссылку я уже давал в прошлых переводах.
Чтобы не путать мою шерсть с Пассовой, описание моей реализации будет в другой статье, если на то найдутся желающие.
***
Невеста Дзена: Предусилитель с одним каскадом усиления
Это вторая часть трилогии проектов, посвященных результату, достигаемому при абсолютно минималистичной схемотехнике.
В первой части описывается усилитель Zen – 10-ваттный однотактный усилитель мощности класса A, использующий один каскад усиления на MOSFET.
В этой статье мы рассмотрим его предусилитель, также использующий схему с одним каскадом усиления на MOSFET. Многое из того, что я мог бы сказать об этой конструкции, уже было высказано в статье об усилителе Zen, и не буду повторяться здесь. Достаточно сказать, что меня по-прежнему очень интересует звучание самых простых топологий, особенно однотактных, и использование усилителей на MOSFET в их реализации. Я утверждаю, что более простые схемы звучат лучше. Любой, кто не согласен, может с этим не согласиться, и я желаю им удачи в прослушивании операционных усилителей. Как и в случае с усилителем Zen, цель здесь — исследовать конструкцию, доводящую простоту до предела. Я хочу, чтобы вы собрали её и испытали не только удовлетворение от создания чего-то осязаемого и функционального, но и удовольствие от субъективно высококачественного звука.
Как и прежде, простейшая возможная схема усиления имеет один каскад с одним транзистором. Для линейной работы она должна работать в однотактном классе A, и поскольку нам нужны как высокое входное сопротивление, так и коэффициент усиления по напряжению, единственный вариант — это схема с общим истоком, где входной сигнал подаётся на затвор МОП-транзистора, а выходной снимается со стока.
Многие говорили мне, что понимают концепцию однотактных триодных усилителей, но не представляли, что такое можно сделать с транзисторами. Концептуально, с транзисторами можно сделать практически всё, что и с лампами, хотя и не всегда получается тот же результат. Обратное утверждение неверно до тех пор, пока не появится надежный источник позитронов для пропускания через P-канальную лампу.
Я не счел целесообразным строить ламповый предусилитель с одним каскадом усиления, хотя условия, при которых работает предусилитель, делают ламповую версию этой схемы работоспособной. Просто отрегулируйте напряжения и смещение для лампы вместо MOSFET, который мы будем здесь использовать. Оставляю это в качестве упражнения для читателя.
Из-за своей чрезвычайной простоты, интерфейс усилителя Zen предъявляет некоторые требования, как на выходе, так и на входе. Выход расчитан на нагрузку 8 Ом с КПД акустики 94 дБ или выше. Я подключал Zen к динамикам Thiel 3.6 с КПД 88 дБ сопротивлением 2,3 Ом, но результат не впечатлил. С парой АС Klipsch он поведет себя как завсегдатай вечеринок. Вход усилителя Zen предъявляет к предусилителю несколько большие требования, чем обычно. В зависимости от конкретных настроек, его входное сопротивление обычно составляет 4,75 кОм, и для получения полной выходной мощности требуется около 2,5 вольт. Его коэффициент усиления составляет около 15 дБ, что на 10 дБ меньше, чем у большинства усилителей мощности, и для достижения эквивалентной мощности требуется больший сигнал от предусилителя.
Предусилитель для Zen должен обеспечить высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и регулятор громкости. Этот предусилитель имеет входное сопротивление 50 кОм, регулируемый коэффициент усиления до 15 дБ и обеспечивает на выходе 2,5 вольта при искажениях 0,1% или менее.
В усилителе Zen необходимость линейного изменения относительно большого тока на нагрузке с переменным импедансом потребовала использовать отрицательную обратную связь. Без неё коэффициент демпфирования был бы крайне низким, и любое изменение импеданса громкоговорителя привело бы к значительному изменению частотной характеристики.
Схема предусилителя Zen в этом отношении гораздо проще, поскольку нагрузка, подключенная к стоку MOSFET, будет резистивной в диапазоне звуковых частот, что обеспечивает изначально ровную АЧХ. Будет гораздо меньше причин использовать обратную связь в этой схеме, поэтому мы этого не сделаем.
Еще одно преимущество схемы предусилителя по сравнению с усилителем мощности — это относительно небольшое рассеивание мощности. Однотактный усилитель мощности Zen в режиме холостого хода работает на мощности, более чем в четыре раза превышающей его выходную мощность, обычно 50–60 Вт. От «Невесты Дзена» обычно не требуется выдавать более милливатта, а MOSFET без труда рассеивает около ватта. Это позволит задать транзистору режим при гораздо более высоких напряжениях и токах, чем требуется для управления нагрузкой, что значительно улучшает характеристики. Один каскад предусилителя с общим истоком инвертирует фазу усиливаемого сигнала, и это необходимо учитывать при использовании в аудиосистеме. Усилитель Zen также делает это, мы переворачивали фазу на его выходных клеммах, что здесь невозможно, да и не нужно. Поскольку этот предусилитель совместно с оконечным каскадом Zen возвращает фазу сигнала на место.
Важность правильной абсолютной Фазы обсуждалась в других местах, включая оригинальный вклад усилителя Zen. Я просто скажу, что правильная абсолютная фаза является важным фактором общего качества воспроизведения звука. Даже если бы я не слышал переворота фазы, одни лишь эстетические соображения убедили бы меня в её правильности.
Мы разместим регулятор громкости на выходе схемы, что даст нам более высокое выходное сопротивление, чем обычно. В зависимости от положения регулятора громкости, выходное сопротивление будет варьироваться от 0 до 1,5 кОм.
Обычно потенциометр регулятора громкости находится на входе схемы предусилителя, и таким образом можно гарантировать отсутствие перегрузки входа. Размещение потенциометра на выходе имеет два преимущества, первое из которых заключается в том, что все шумы схемы будут ослаблены при уменьшении громкости. Размещение регулятора громкости на выходе улучшает полосу пропускания и уровень искажений, обеспечивая меньшее значение RC для входной емкости МОП-транзистора. Если вы хотите установить потенциометр на входе схемы, смело ставьте его перед входным разделительным конденсатором вместо R107.
Поскольку вход усилителя Zen представляет собой резистор, работающий на виртуальный суммирующий переход заземления, он нечувствителен к резистивному сопротивлению источника. Коэффициент усиления усилителя изменится при добавлении сопротивления источника, но искажения и полоса пропускания не изменятся существенно. Схема, управляющая усилителем Zen, не обязательно должна иметь особенно низкое выходное сопротивление, если она резистивная по своей природе.
Является ли проблемой максимальное сопротивление источника 1,5 кОм? По моему опыту, нет, если оно пассивное по своей природе, как в случае этой схемы без обратной связи. Вы, вероятно, мы могли бы увидеть некоторый спад в верхней части, но даже нагрузка в 1000 пФ сузит полосу пропускания только до 100 кГц.
На рисунке 1 показана схема одноканального предусилителя Zen. В нём используется один транзистор, Q101 N-канальный силовой МОП-транзистор. Входной сигнал подаётся на затвор МОП-транзистора, а выходной снимается — со стока. Всё остальное в схеме используется для создания смещения МОП-транзистора.
Хотя это не обязательно относится ко всем МОП-транзисторам, рассматриваемые нами типы работают лучше при более высоких напряжениях питания и токах. Чтобы воспользоваться этим преимуществом, мы будем использовать относительно высокое напряжение питания 60 вольт и установим ток 40 миллиампер.
Подадим на затвор МОП-транзистора примерно +7,5 вольт, МОП-транзистору потребуется напряжение затвор-исток около 3,5 вольт для пропускания тока 40 миллиампер, это оставит 4 вольта для резистора 100 Ом R108, что даст ток 40 миллиампер через Q101.
Входное смещение постоянного тока обеспечивается компонентами R101, P102, R103, R105 и C102. Положительное напряжение питания делится резисторами R101 и P102 и регулируется с помощью P102.
R103 и C102 обеспечивают фильтрацию помех, а скорректированное постоянное напряжение подается на вход через R105. Чтобы предотвратить изменение постоянного смещения импедансом источника, вход подключен через пленочный конденсатор C104 емкостью 1 мкФ. RC-цепочка из C104 и R105 формирует ФВЧ на входе, частота среза 1,6 Гц.
R107 — дополнительный компонент, используемый для предотвращения переходных процессов при переключении селектора входов.
R106 — резистор номиналом 100 Ом, используемый для предотвращения паразитных колебаний в МОП-транзисторе.
D101 — стабилитрон, защищающий затвор МОП-транзистора от напряжений, превышающих номинальное напряжение затвор-исток 20 В.
Входной сигнал на затворе МОП-транзистора приводит к изменению тока через транзистор, создавая выходное переменное напряжение на R104. Коэффициент усиления схемы определяется отношением выходной нагрузки к полному сопротивлению, образованному 100-омным резистором R108, и к величине, обратной крутизне МОП-транзистора. При таком токе для типичных устройств это значение составляет около 110 Ом. На звуковых частотах выходная нагрузка представляет собой 1000-омный резистор R104, подключенный параллельно выходному потенциометру P101 (регулятору выходного уровня) и нагрузке. Это значение всегда меньше 800 Ом, поэтому коэффициент усиления схемы без внешней нагрузки несколько меньше 8.
40 миллиампер постоянного тока, протекающего через Q101, создают падение напряжения 40 вольт на R104, оставляя около 20 вольт постоянного напряжения на стоке Q101. Поскольку мы не хотим передавать это напряжение на усилитель, мы используем выходной разделительный конденсатор C103, который обеспечивает спад выходного сигнала ниже 3 Гц без выходной нагрузки.
Схема должна использовать стабилизированный источник питания, но поскольку любые помехи в источнике питания будут появляться на выходе через R104, желательно максимально их очистить. R102 и C101 образуют пассивный фильтр на линии питания для выполнения этой задачи.
Ссылаясь на рис. 1, обратите внимание, что номера компонентов одного канала начинаются с 100, а компонентов другого канала – с 200. Источник питания будет иметь номера, которые начинаются с 1.
Итак, вот что у нас есть: один транзистор, один диод, 4 конденсатора, 8 резисторов и 2 потенциометра.
На рисунке 2 показана схема источника питания мощностью достаточной для двух каналов. Напряжение трансформатора, необходимое для получения стабилизированного напряжения 60 вольт, составит около 50 вольт переменного тока. Для формирования опорного напряжения 64 вольта используется группа стабилитронов, смещенных R1 и фильтруемых C2. Эта группа управляет повторителем Q1.
Предусмотрена дополнительная пассивная RC-фильтрация. Эта фильтрация, наряду с фильтрацией, обеспечиваемой на каждом канале, необходима, поскольку стабилизация, обеспечиваемая стабилитронами и Q1, обеспечивает хорошую стабильность постоянного тока, но всё же вносит значительный шум переменного тока. Поскольку на выходе будут присутствовать шумы источника питания, мы хотим, чтобы шум источника питания был более -100 дБ ниже 1 вольта, или менее 10 микровольт.
В простой схеме нет мелочей. За исключением R104 и R204, я использовал металлоплёночные резисторы типа RN55D. Вы можете использовать любые на свой вкус.
Конденсаторы в сигнальном тракте – металлизированные полиэфирные плёночные. Можно найти «лучшие» конденсаторы; возможно, они будут звучать лучше, а возможно, и нет. Как и с резисторами, вы можете ставить по своему усмотрению.
Выбор МОП-транзисторов (MOSFET) немного более ограничен. Устройства должны быть способны выдерживать напряжение не менее 50 вольт, а предпочтительно 100 вольт. Они должны рассеивать примерно 1 Вт и должны быть оснащены соответствующим радиатором.
IRF510, 520, 610 и 620 – типичные подходящие компоненты. Более высоковольтные типы приемлемы, но обладают несколько меньшей крутизной. Типы с более высоким током имеют большую ёмкость и страдают от более высоких искажений на высоких частотах из-за нелинейности этой ёмкости. Фактически использовался транзистор International Rectifier IRF610.
Ниже представлен список деталей для двух каналов и блока питания.
Резисторы
R1 4,75 кОм
R2, 3 47,5 Ом
R101, 201 33,2 кОм
R102, 202 22,1 Ом
R103, 203 10 кОм
R104, 204 1 кОм, 3 Вт
R106, 206, 108, 208 100 Ом
R105, 205, 107, 207 100 кОм
Конденсаторы
C1, 3, 4, 101, 102 1000 мкФ, 100 В
C2, 102, 202 100 мкФ, 63 В
C103, 203 10 мкФ, 100 В
C104, 204 1 мкФ, 100 В
Потенциометры
P101, 201 5k
P102, 202 10k
Разное
Q1 TIP29CGE
Q101, 201 IRF610 МОП-транзистор
D1-4 1N4004
Z1-6 10 В стабилитрон
D101, 201 20 В стабилитрон
T1 60 В переменного тока Avel-Lindberg D4007
Радиаторы для транзисторов TO-220.
МОП-транзисторы чувствительны к статическому электричеству. Сопротивление их затвора невероятно велико, но пробой происходит при напряжении от 20 до 100 вольт, что приводит к повреждению или разрушению транзистора.
Поэтому я включил в схему защитный стабилитрон. После сборки схемы транзистор будет в безопасности, но до этого момента с МОП-транзистором следует обращаться осторожно, чтобы избежать воздействия статического электричества.
Если вы можете найти двойной потенциометр регулировки громкости на 5 кОм, используйте его. Более высокие значения допустимы, но приведут к повышению импеданса источника. Если вы используете короткие кабели между
предусилителем и Zen, должно хватить до 25 кОм, что обеспечит максимальное импеданс источника 6 кОм. Если вы не можете найти подходящий двойной потенциометр, просто используйте отдельные регуляторы уровня для каждого канала.
Система выбора входа состоит из входных разъёмов и двухполюсного поворотного переключателя для селектора. Рекомендуется экранировать кабели между входами и переключателем, а также между контактом переключателя и входом схемы. Если вы хотите реализовать выход для магнитофона, это можно сделать, отпаяв контакт от контактора селектора.
Полезно обеспечить некоторое расстояние между трансформатором и аудиосхемой, чтобы избежать помех, вызванных рассеянными магнитными полями трансформатора, а также первичной и вторичной обмотками.
Подключение к сети переменного тока я оставляю на ваше усмотрение. Рекомендую использовать сертифицированный коммерчески доступный сетевой фильтр/входную розетку на линии переменного тока с инерционным предохранителем на 0,125 А.
Нам потребуется заземлить шасси на землю схемы, и для безопасности желательно также заземлить систему через третий проводник сетевого шнура. Это иногда приводит к появлению помех в контуре заземления, и в этом случае я рекомендую заземлить систему через резистор сопротивлением 10 Ом мощностью 5 Вт вместо того, чтобы просто заземлить корпус. Если у вас есть какие-либо вопросы по безопасности при подключении переменного тока, важно проконсультироваться с квалифицированным специалистом.
На рис. 5 показана характеристика искажений схемы в диапазоне выходного напряжения от 0,1 до 10 вольт. Искажения представляют собой довольно чистую вторую гармонику. Кривая искажений монотонна, то есть плавно увеличивается с ростом напряжения, а её первая производная положительна. Минимум на
0,3 вольт.
На рис. 6 показана зависимость искажений от частоты схемы при выходном напряжении 1 В.
На рис. 7 показана частотная характеристика схемы. Спад на нижнем конце АЧХ обусловлен выходными и входными разделительными конденсаторами. Для улучшения характеристик на низких частотах используйте конденсаторы большей ёмкости.
Сверху спад на 1,5 дБ на частоте 200 кГц, это частично обусловлено испытательной установкой. Спад на высоких частотах зависит от ёмкости МОП-транзистора.
Автор обещает что звуковое изумление ожидает радиолюбителя после завершения проекта. Вы не разочаруюетесь. Звучит потрясающе. Правда. Кроме шуток.
Если вы ещё не собирали усилитель Zen, сделайте это. Следите за новостями, чтобы увидеть:
Часть 3, Сын Zen.
Авторское право 1994 Nelson Pass
Давно известно что "короля играет свита" поэтому у этого однокаскадного однотранзисторного короля должна быть прислуга. Поэтому перепробованы разные варианты - когда нагрузка резисторы, лампы, транзисторы. Все желающие могут участвовать в процессе поиска. Ведь собрать такие усилители несложно. Но по мере вросления Zen-a становится очевидно что для работы с фактически имеющимися источниками сигнала, нужно согласование, нужна "Невеста", нужен предварительный усилитель, регулятор громкости.
Вот поэтому и появилась статья Нельсона Пасса -
The Bride of Zen: A Single Gain Stage Preamplifier
Логично, что если сам Zen - каскад на одном транзисторе, значит и Bride должна быть такой же.
Вот я и представляю вашему вниманию мой перевод с небольшими сокращениями, оригинал желающие могут увидеть на сайте Нельсона Пасса, ссылку я уже давал в прошлых переводах.
Чтобы не путать мою шерсть с Пассовой, описание моей реализации будет в другой статье, если на то найдутся желающие.
***
Невеста Дзена: Предусилитель с одним каскадом усиления
Введение
Это вторая часть трилогии проектов, посвященных результату, достигаемому при абсолютно минималистичной схемотехнике.
В первой части описывается усилитель Zen – 10-ваттный однотактный усилитель мощности класса A, использующий один каскад усиления на MOSFET.
В этой статье мы рассмотрим его предусилитель, также использующий схему с одним каскадом усиления на MOSFET. Многое из того, что я мог бы сказать об этой конструкции, уже было высказано в статье об усилителе Zen, и не буду повторяться здесь. Достаточно сказать, что меня по-прежнему очень интересует звучание самых простых топологий, особенно однотактных, и использование усилителей на MOSFET в их реализации. Я утверждаю, что более простые схемы звучат лучше. Любой, кто не согласен, может с этим не согласиться, и я желаю им удачи в прослушивании операционных усилителей. Как и в случае с усилителем Zen, цель здесь — исследовать конструкцию, доводящую простоту до предела. Я хочу, чтобы вы собрали её и испытали не только удовлетворение от создания чего-то осязаемого и функционального, но и удовольствие от субъективно высококачественного звука.
Как и прежде, простейшая возможная схема усиления имеет один каскад с одним транзистором. Для линейной работы она должна работать в однотактном классе A, и поскольку нам нужны как высокое входное сопротивление, так и коэффициент усиления по напряжению, единственный вариант — это схема с общим истоком, где входной сигнал подаётся на затвор МОП-транзистора, а выходной снимается со стока.
Многие говорили мне, что понимают концепцию однотактных триодных усилителей, но не представляли, что такое можно сделать с транзисторами. Концептуально, с транзисторами можно сделать практически всё, что и с лампами, хотя и не всегда получается тот же результат. Обратное утверждение неверно до тех пор, пока не появится надежный источник позитронов для пропускания через P-канальную лампу.
Я не счел целесообразным строить ламповый предусилитель с одним каскадом усиления, хотя условия, при которых работает предусилитель, делают ламповую версию этой схемы работоспособной. Просто отрегулируйте напряжения и смещение для лампы вместо MOSFET, который мы будем здесь использовать. Оставляю это в качестве упражнения для читателя.
Требования
Из-за своей чрезвычайной простоты, интерфейс усилителя Zen предъявляет некоторые требования, как на выходе, так и на входе. Выход расчитан на нагрузку 8 Ом с КПД акустики 94 дБ или выше. Я подключал Zen к динамикам Thiel 3.6 с КПД 88 дБ сопротивлением 2,3 Ом, но результат не впечатлил. С парой АС Klipsch он поведет себя как завсегдатай вечеринок. Вход усилителя Zen предъявляет к предусилителю несколько большие требования, чем обычно. В зависимости от конкретных настроек, его входное сопротивление обычно составляет 4,75 кОм, и для получения полной выходной мощности требуется около 2,5 вольт. Его коэффициент усиления составляет около 15 дБ, что на 10 дБ меньше, чем у большинства усилителей мощности, и для достижения эквивалентной мощности требуется больший сигнал от предусилителя.
Предусилитель для Zen должен обеспечить высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и регулятор громкости. Этот предусилитель имеет входное сопротивление 50 кОм, регулируемый коэффициент усиления до 15 дБ и обеспечивает на выходе 2,5 вольта при искажениях 0,1% или менее.
В усилителе Zen необходимость линейного изменения относительно большого тока на нагрузке с переменным импедансом потребовала использовать отрицательную обратную связь. Без неё коэффициент демпфирования был бы крайне низким, и любое изменение импеданса громкоговорителя привело бы к значительному изменению частотной характеристики.
Схема предусилителя Zen в этом отношении гораздо проще, поскольку нагрузка, подключенная к стоку MOSFET, будет резистивной в диапазоне звуковых частот, что обеспечивает изначально ровную АЧХ. Будет гораздо меньше причин использовать обратную связь в этой схеме, поэтому мы этого не сделаем.
Еще одно преимущество схемы предусилителя по сравнению с усилителем мощности — это относительно небольшое рассеивание мощности. Однотактный усилитель мощности Zen в режиме холостого хода работает на мощности, более чем в четыре раза превышающей его выходную мощность, обычно 50–60 Вт. От «Невесты Дзена» обычно не требуется выдавать более милливатта, а MOSFET без труда рассеивает около ватта. Это позволит задать транзистору режим при гораздо более высоких напряжениях и токах, чем требуется для управления нагрузкой, что значительно улучшает характеристики. Один каскад предусилителя с общим истоком инвертирует фазу усиливаемого сигнала, и это необходимо учитывать при использовании в аудиосистеме. Усилитель Zen также делает это, мы переворачивали фазу на его выходных клеммах, что здесь невозможно, да и не нужно. Поскольку этот предусилитель совместно с оконечным каскадом Zen возвращает фазу сигнала на место.
Важность правильной абсолютной Фазы обсуждалась в других местах, включая оригинальный вклад усилителя Zen. Я просто скажу, что правильная абсолютная фаза является важным фактором общего качества воспроизведения звука. Даже если бы я не слышал переворота фазы, одни лишь эстетические соображения убедили бы меня в её правильности.
Регулятор громкости
Мы разместим регулятор громкости на выходе схемы, что даст нам более высокое выходное сопротивление, чем обычно. В зависимости от положения регулятора громкости, выходное сопротивление будет варьироваться от 0 до 1,5 кОм.
Обычно потенциометр регулятора громкости находится на входе схемы предусилителя, и таким образом можно гарантировать отсутствие перегрузки входа. Размещение потенциометра на выходе имеет два преимущества, первое из которых заключается в том, что все шумы схемы будут ослаблены при уменьшении громкости. Размещение регулятора громкости на выходе улучшает полосу пропускания и уровень искажений, обеспечивая меньшее значение RC для входной емкости МОП-транзистора. Если вы хотите установить потенциометр на входе схемы, смело ставьте его перед входным разделительным конденсатором вместо R107.
Поскольку вход усилителя Zen представляет собой резистор, работающий на виртуальный суммирующий переход заземления, он нечувствителен к резистивному сопротивлению источника. Коэффициент усиления усилителя изменится при добавлении сопротивления источника, но искажения и полоса пропускания не изменятся существенно. Схема, управляющая усилителем Zen, не обязательно должна иметь особенно низкое выходное сопротивление, если она резистивная по своей природе.
Является ли проблемой максимальное сопротивление источника 1,5 кОм? По моему опыту, нет, если оно пассивное по своей природе, как в случае этой схемы без обратной связи. Вы, вероятно, мы могли бы увидеть некоторый спад в верхней части, но даже нагрузка в 1000 пФ сузит полосу пропускания только до 100 кГц.
Схема
На рисунке 1 показана схема одноканального предусилителя Zen. В нём используется один транзистор, Q101 N-канальный силовой МОП-транзистор. Входной сигнал подаётся на затвор МОП-транзистора, а выходной снимается — со стока. Всё остальное в схеме используется для создания смещения МОП-транзистора.
Подадим на затвор МОП-транзистора примерно +7,5 вольт, МОП-транзистору потребуется напряжение затвор-исток около 3,5 вольт для пропускания тока 40 миллиампер, это оставит 4 вольта для резистора 100 Ом R108, что даст ток 40 миллиампер через Q101.
Входное смещение постоянного тока обеспечивается компонентами R101, P102, R103, R105 и C102. Положительное напряжение питания делится резисторами R101 и P102 и регулируется с помощью P102.
R103 и C102 обеспечивают фильтрацию помех, а скорректированное постоянное напряжение подается на вход через R105. Чтобы предотвратить изменение постоянного смещения импедансом источника, вход подключен через пленочный конденсатор C104 емкостью 1 мкФ. RC-цепочка из C104 и R105 формирует ФВЧ на входе, частота среза 1,6 Гц.
R107 — дополнительный компонент, используемый для предотвращения переходных процессов при переключении селектора входов.
R106 — резистор номиналом 100 Ом, используемый для предотвращения паразитных колебаний в МОП-транзисторе.
D101 — стабилитрон, защищающий затвор МОП-транзистора от напряжений, превышающих номинальное напряжение затвор-исток 20 В.
Входной сигнал на затворе МОП-транзистора приводит к изменению тока через транзистор, создавая выходное переменное напряжение на R104. Коэффициент усиления схемы определяется отношением выходной нагрузки к полному сопротивлению, образованному 100-омным резистором R108, и к величине, обратной крутизне МОП-транзистора. При таком токе для типичных устройств это значение составляет около 110 Ом. На звуковых частотах выходная нагрузка представляет собой 1000-омный резистор R104, подключенный параллельно выходному потенциометру P101 (регулятору выходного уровня) и нагрузке. Это значение всегда меньше 800 Ом, поэтому коэффициент усиления схемы без внешней нагрузки несколько меньше 8.
40 миллиампер постоянного тока, протекающего через Q101, создают падение напряжения 40 вольт на R104, оставляя около 20 вольт постоянного напряжения на стоке Q101. Поскольку мы не хотим передавать это напряжение на усилитель, мы используем выходной разделительный конденсатор C103, который обеспечивает спад выходного сигнала ниже 3 Гц без выходной нагрузки.
Схема должна использовать стабилизированный источник питания, но поскольку любые помехи в источнике питания будут появляться на выходе через R104, желательно максимально их очистить. R102 и C101 образуют пассивный фильтр на линии питания для выполнения этой задачи.
Ссылаясь на рис. 1, обратите внимание, что номера компонентов одного канала начинаются с 100, а компонентов другого канала – с 200. Источник питания будет иметь номера, которые начинаются с 1.
Итак, вот что у нас есть: один транзистор, один диод, 4 конденсатора, 8 резисторов и 2 потенциометра.
Блок питания
На рисунке 2 показана схема источника питания мощностью достаточной для двух каналов. Напряжение трансформатора, необходимое для получения стабилизированного напряжения 60 вольт, составит около 50 вольт переменного тока. Для формирования опорного напряжения 64 вольта используется группа стабилитронов, смещенных R1 и фильтруемых C2. Эта группа управляет повторителем Q1.
Предусмотрена дополнительная пассивная RC-фильтрация. Эта фильтрация, наряду с фильтрацией, обеспечиваемой на каждом канале, необходима, поскольку стабилизация, обеспечиваемая стабилитронами и Q1, обеспечивает хорошую стабильность постоянного тока, но всё же вносит значительный шум переменного тока. Поскольку на выходе будут присутствовать шумы источника питания, мы хотим, чтобы шум источника питания был более -100 дБ ниже 1 вольта, или менее 10 микровольт.
Детали
В простой схеме нет мелочей. За исключением R104 и R204, я использовал металлоплёночные резисторы типа RN55D. Вы можете использовать любые на свой вкус.
Конденсаторы в сигнальном тракте – металлизированные полиэфирные плёночные. Можно найти «лучшие» конденсаторы; возможно, они будут звучать лучше, а возможно, и нет. Как и с резисторами, вы можете ставить по своему усмотрению.
Выбор МОП-транзисторов (MOSFET) немного более ограничен. Устройства должны быть способны выдерживать напряжение не менее 50 вольт, а предпочтительно 100 вольт. Они должны рассеивать примерно 1 Вт и должны быть оснащены соответствующим радиатором.
IRF510, 520, 610 и 620 – типичные подходящие компоненты. Более высоковольтные типы приемлемы, но обладают несколько меньшей крутизной. Типы с более высоким током имеют большую ёмкость и страдают от более высоких искажений на высоких частотах из-за нелинейности этой ёмкости. Фактически использовался транзистор International Rectifier IRF610.
Ниже представлен список деталей для двух каналов и блока питания.
Резисторы
R1 4,75 кОм
R2, 3 47,5 Ом
R101, 201 33,2 кОм
R102, 202 22,1 Ом
R103, 203 10 кОм
R104, 204 1 кОм, 3 Вт
R106, 206, 108, 208 100 Ом
R105, 205, 107, 207 100 кОм
Конденсаторы
C1, 3, 4, 101, 102 1000 мкФ, 100 В
C2, 102, 202 100 мкФ, 63 В
C103, 203 10 мкФ, 100 В
C104, 204 1 мкФ, 100 В
Потенциометры
P101, 201 5k
P102, 202 10k
Разное
Q1 TIP29CGE
Q101, 201 IRF610 МОП-транзистор
D1-4 1N4004
Z1-6 10 В стабилитрон
D101, 201 20 В стабилитрон
T1 60 В переменного тока Avel-Lindberg D4007
Радиаторы для транзисторов TO-220.
Замечания по сборке
МОП-транзисторы чувствительны к статическому электричеству. Сопротивление их затвора невероятно велико, но пробой происходит при напряжении от 20 до 100 вольт, что приводит к повреждению или разрушению транзистора.
Поэтому я включил в схему защитный стабилитрон. После сборки схемы транзистор будет в безопасности, но до этого момента с МОП-транзистором следует обращаться осторожно, чтобы избежать воздействия статического электричества.
Если вы можете найти двойной потенциометр регулировки громкости на 5 кОм, используйте его. Более высокие значения допустимы, но приведут к повышению импеданса источника. Если вы используете короткие кабели между
предусилителем и Zen, должно хватить до 25 кОм, что обеспечит максимальное импеданс источника 6 кОм. Если вы не можете найти подходящий двойной потенциометр, просто используйте отдельные регуляторы уровня для каждого канала.
Система выбора входа состоит из входных разъёмов и двухполюсного поворотного переключателя для селектора. Рекомендуется экранировать кабели между входами и переключателем, а также между контактом переключателя и входом схемы. Если вы хотите реализовать выход для магнитофона, это можно сделать, отпаяв контакт от контактора селектора.
Полезно обеспечить некоторое расстояние между трансформатором и аудиосхемой, чтобы избежать помех, вызванных рассеянными магнитными полями трансформатора, а также первичной и вторичной обмотками.
Подключение к сети переменного тока я оставляю на ваше усмотрение. Рекомендую использовать сертифицированный коммерчески доступный сетевой фильтр/входную розетку на линии переменного тока с инерционным предохранителем на 0,125 А.
Нам потребуется заземлить шасси на землю схемы, и для безопасности желательно также заземлить систему через третий проводник сетевого шнура. Это иногда приводит к появлению помех в контуре заземления, и в этом случае я рекомендую заземлить систему через резистор сопротивлением 10 Ом мощностью 5 Вт вместо того, чтобы просто заземлить корпус. Если у вас есть какие-либо вопросы по безопасности при подключении переменного тока, важно проконсультироваться с квалифицированным специалистом.
Объективные характеристики
На рис. 5 показана характеристика искажений схемы в диапазоне выходного напряжения от 0,1 до 10 вольт. Искажения представляют собой довольно чистую вторую гармонику. Кривая искажений монотонна, то есть плавно увеличивается с ростом напряжения, а её первая производная положительна. Минимум на
0,3 вольт.
На рис. 6 показана зависимость искажений от частоты схемы при выходном напряжении 1 В.
На рис. 7 показана частотная характеристика схемы. Спад на нижнем конце АЧХ обусловлен выходными и входными разделительными конденсаторами. Для улучшения характеристик на низких частотах используйте конденсаторы большей ёмкости.
Сверху спад на 1,5 дБ на частоте 200 кГц, это частично обусловлено испытательной установкой. Спад на высоких частотах зависит от ёмкости МОП-транзистора.
Субъективные характеристики / Заключение
Автор обещает что звуковое изумление ожидает радиолюбителя после завершения проекта. Вы не разочаруюетесь. Звучит потрясающе. Правда. Кроме шуток.
Если вы ещё не собирали усилитель Zen, сделайте это. Следите за новостями, чтобы увидеть:
Часть 3, Сын Zen.
Авторское право 1994 Nelson Pass
