Усилитель Zen V. Версия 10.12 (почти окончательная)

Как и обещал, привожу окончательный (как оказалось позже, “почти” окончательный) вариант схемы усилителя Zen-V. Zen_V_Schem_10_12_001 От опубликованного ранее варианта эта схема отличается увеличенным до 24V напряжением источника питания и увеличенным до 550 mA  на канал током покоя, добавленным в схему фильтром питания и измененными номиналами нескольких резисторов и конденсаторов. Необходимость в фильтре питания выяснилась по мере накопления опыта эксплуатации усилителя с различными моделями наушников – на низкоомных высокочувствительных наушниках иногда в паузах был заметен фон (подробнее см. ниже). Простейшая схема фильтра на полевом транзисторе решила эту проблему, дополнительно обеспечивая плавное нарастание напряжения на выходе усилителя при его включении. Увеличение тока покоя одновременно улучшило стабильность работы усилителя на низкоомную нагрузку и расширило полосу в области ВЧ на “большом” сигнале до 25 кГц. На мой взгляд, этот вариант схемы оптимален и дальнейшее ее усложнение не имеет особого смысла.

Уровень Фона в усилителях Zen и Звуковоспроизведение.

Однотактные полупроводниковые усилители Zen, как и их ламповые «братья» в силу особенностей схемотехники обладают уровнем фона, нехарактерным для современных транзисторных конструкций. Если в ламповом усилителе небольшой фон воспринимается “естественно“, то в транзисторном усилителе это вызывает повышенный интерес и внимание. Причина в том, что для ощущения «абсолютной тишины» в высокочувствительных наушниках закрытого типа уровень фона усилителя должен быть ниже -70…76 dB, что достижимо только при применении специализированных стабилизаторов напряжения питания. С одной стороны, стабилизаторы уменьшают уровень фона и помех, а с другой – по моему мнению – существенно ухудшают звучание, делая его «стерильным» и лишенным живой естественности и динамики. Поэтому напряжение источника питания моих усилителей – не стабилизированное, а снижение уровня пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется с помощью многозвенного CRC фильтра и дополнительного активного электронного фильтра на полевом транзисторе. Это решение позволяет получить уровень фона пульсаций примерно – 63…-70dB с сохранением естественного, живого и динамичного звучания усилителя. Такое значение уровня фона ниже, чем в аналогичных ламповых конструкциях, малозаметно на слух и, на мой взгляд, совершенно не мешает и не отвлекает от прослушивания музыки. Более того, уровень шума мастер-лент многих фонограмм выше этого значения.

Тем не менее, при ночном прослушивании музыки в высокочувствительных низкоомных наушниках закрытого типа фон может быть заметен. Если вы приверженец современной «цифровой тишины» в паузах между треками, то установка обычного линейного стабилизатора питания на интегральной микросхеме LT1084 позволяет получить желаемое. Но, на мой взгляд – за счет некоторого ухудшения звука.

Замечания по конструкции источника питания для усилителя Zen.

Для минимизации коммутационных помех, наводок и пульсаций в случае применения тороидальных трансформаторов в блоке питания усилителя Zen необходимо соблюдать следующее.

1. Более внимательно отнестись к расположению трансформатора в корпусе усилителя. Наводки на сигнальные цепи будут минимальны, если трансформатор расположен  перпендикулярно плоскости плат усилителя (например, закреплен на задней или боковой стенке корпуса) и (или) установлен в металлический экран. Желательно, чтобы трансформатор конструктивно был выполнен  с межобмоточным экраном.

2. Выпрямитель должен быть выполнен на диодах Шоттки (в случае применения обычных диодов желательно использовать “снабберы” (гасящие помехи RC цепи параллельно диодам). Снабберы действительно гасят помехи. Первый конденсатор фильтра блока питания должен быть небольшим. Его можно выбрать исходя из известного инженерного постулата – 1000 мкФ на 1A потребляемого тока. Далее следует установить RCRC фильтр, например такой -1.5 Ом 6800 мкФ 1 Ом 6800 мкФ  После RCRC фильтра – фильтр на полевом или биполярном транзисторе или стабилизатор напряжения. При соблюдении этих условий уровень пульсаций, наводок и помех на выходе усилителя составит ниже -65 dB.

3. Тороидальный или “обычный”, Ш-образный трансформатор питания. Тороидальные трансформаторы необходимой мощности в настоящее время более распространены. К сожалению, ввиду особенностей нашей питающей сети, без применения особых мер многие достоинства тороидальных трансформаторов оборачиваются их недостатками. В частности, более плотная, по сравнению с Ш-образным, “упаковка” материала сердечника приводит и к более “легкому” возникновению искажений формы тока при кратковременном насыщении материала сердечника. Это возможно при высоком уровне гармоник в питающей сети (“типовое” значение коэффициента гармоник “домашней” сети 220 Вольт – около 10%) или при неверно (точнее-  “оптимистично” :)) спроектированном выпрямителе и фильтре блока питания. Поэтому хорошее правило при выборе тороидального трансформатора для питания усилителя  – обеспечьте как минимум трехкратный запас по мощности. Применение для питания домашней музыкальной системы как минимум сетевых фильтров, а лучше сетевых “кондиционеров и стабилизаторов питания” – обязательно.

Традиционный трансформатор с “Ш” образным сердечником, если его обмотки выполнены верно, во многом свободен от недостатков тороидальных собратьев – из-за наличия технологического зазора такой трансформатор в насыщение входит “труднее”, гармоники сети переносит легче, уровень паразитных помех на выходе выпрямителя с таким трансформатором получается ниже. Недостатка два – габариты и узкий ассортимент.

Трансформаторы питания с ленточными сердечниками (“подковами”) на мой взгляд, удачно сочетают в себе все недостатки тороидальных и Ш-образных собратьев. 🙂

14 thoughts on “Усилитель Zen V. Версия 10.12 (почти окончательная)

  1. Здравствуйте Виктор! Меня зовут Михаил. Читал ваши статьи (правда, не все. Каюсь!) особенно мне понравились вот эти

    1) http://easytubeamp.com/усилитель-zen-v-для-наушников-класса-hd800-и-lcd3/

    2) http://easytubeamp.com/усилитель-zen-v-версия-10-12-окончательная/

    В электронике я можно сказать начинающий. Собрал несколько конструкций и сижу сейчас читаю Искусство схемотехники Хоровиц, Хилл. В общем, мне сложно пока понять, как работает данный усилитель, но по схеме повторить могу.

    Как я понял по схеме к усилителю можно подключать как высокоомные наушники, так и низкоомные. (без дополнительных переключателей) что главное.

    В общем, ваши статьи воодушевили меня на повторение сего усилителя! Хотелось у вас спросить можно ли это сделать? А самое главное!!!! Каково его звучание? Стоит ли его повторять? Каковы были ваши ощущения, когда вы его прослушали? Как обстояли дела с помехами от сети и критичен ли усилитель к разводке земли?

    Я просто прослушивал ламповые усилители в классе А и это было что то!!!!! Феерично!

    На форумах скептически относятся к данной конструкции и к класу А в целом. Говорят, что будит сильное выделение тепла. Но по вашим фото в статьях этого не скажешь.

    Также хотел спросить трансформатор вы использовали на 40в 5а и есть ли какие ни будь особые «подводные камни»?

    Надеюсь, что вы дочитали моё письмо до конца. Спасибо за шикарную статью!

    С уважением Михаил!

  2. Михаил, добрый день.

    Очень рад, что вы обратили внимание на мой сайт.

    На мой взгляд, для действительно высококачественного звуковоспроизведения годятся только усилители, работающие в классе А. Очень многие идут к этой, казалось бы этой простой и очевидной истине десятилетиями. Я – в том числе 🙂

    Усилитель Nelson Pass ZEN не так прост, как кажется. Отличие этой схемы от других состоит в том, что это именно усилитель напряжения и тока, а не просто повторитель напряжения и усилитель тока, как например известные конструкции Semigor или Follower99. Естественно, конструкция имеет как свои достоинства, так и недостатки. Достоинства – простая схема, усиление сигнала по напряжению, максимально короткий тракт. Недостатки – сравнительно узкая полоса частот в ВЧ области. Подробнее о развитии идеи усилителя ZEN можно почитать на сайте Nelson Pass — https://www.passdiy.com/project

    Собственно, мой так сказать “вклад” в эту схему заключается только в ее оптимизации для применения с наушниками. Большинство современных низкоомных наушников имеют сопротивление не ниже 20 Ом, при очень широком динамическом диапазоне и требуют для “раскачки” определенный запас по напряжению- желательно, чтобы усилитель мог обеспечить на нагрузке напряжение не меньше 4…6 Вольт во всей полосе воспроизводимых частот. Для однотактных усилителей, работающих в классе А можно принять, что мощность, которую усилитель способен отдать в нагрузку = 1/4 мощности, потребляемой выходным каскадом усилителя от блока питания. Исходя из требований необходимого напряжения на нагрузке, источник питания такого усилителя должен иметь напряжение 20..24 Вольт, а максимальный ток, потребляемый нагрузкой составит 6V/20Ом = 0.3А. Мощность, потребляемая усилителем от блока питания = 24V*0.3A = 7.2 Вт, в состоянии покоя вся эта мощность уходит в “тепло”. Это для одного канала.
    С учетом потерь напряжения на транзисторах, фильтрах, обеспечения необходимого запаса и т.п. напряжение источника питания должно быть не менее 24V, ток покоя каждого канала – не менее 0.5А, при этом в состоянии покоя в тепло будет уходить примерно 12 Вт на канал. В общем-то это не много, но радиатор конечно нужен. В последних версиях усилителя в качестве радиатора я использую боковые стенки корпуса, их габариты 80x330x5мм, на каждую крепятся три транзистора (усилитель + фильтр блока питания). При работе радиаторы нагреваются примерно до 40..45 градусов. Особое внимание следует уделить изолирующим прокладкам под транзисторы. Желательно применение слюдяных или керамических прокладок, силиконовые следует применять только в самом крайнем случае, использование термопасты обязательно.

    Требования к трансформатору питания и сложности, связанные с его выбором приведены в комментариях к статье. Для этого усилителя я рекомендую строить выпрямитель блока питания по схеме со средней точкой (на двух диодах), трансформатор должен иметь две идентичное обмотки (или одну обмотку с отводом от середины), например 20+20, 22+22, 24+24 Вольт при максимальном токе нагрузке не менее 3…5А. В последней версии усилителя я применяю трансформаторы мощностью 220VA. Фильтр питания CRCRС, первая емкость = 2200 мкФ, резистор 0.5 Ом 5W, вторая емкость 10000 мкФ, резистор 0.5 Ом 5W, третья емкость 10000 мкФ. Минусовые обкладки конденсаторов объединены медной шиной круглого сечения диаметром 2мм. Шина соединена с металлическим корпусом усилителя. С третьей емкости питание подается на оба канала усилителя, но – в последней версии схемы каждый из каналов имеет в своем составе фильтр питания на транзисторе. Для высококачественных усилителей для наушников такая организация источника питания – необходимость.
    Каналы усилителя собраны на отдельных платах. Питание и общий подводятся на каждый канал отдельными проводами. Общие с выходов каналов объединяются на разъеме для наушников.

    Другие транзисторные конструкции, на которые я рекомендую обратить внимание –
    Двухтактные – усилители JLH, PLH и Hiraga Le Monstre.
    Однотактные — Follower99 + Bride Of ZEN (предусилитель). Если решите повторять Follower99 – схему нужно уточнить, номиналы некоторых элементов на сайте автора указаны с ошибками.


    С Уважением,
    Виктор

  3. Виктор, здравствуйте!
    Подскажите пожалуйста, можно ли заказать у вас это чудо усилитель и сколько мне он обойдётся с доставкой (г. Москва)?

    • Сергей, добрый день.

      Два момента, причем это явно “прикол” от Andrea, так он шутит 🙂 На его сайте есть еще несколько схем с подобными шутками.
      Во-первых, транзистор BD139 в источнике тока выбран абсолютно произвольно, у него нет никаких “особых” свойств, чтобы в этом месте был именно он. Можно применить любой маломощный транзистор, немного увеличив номинал резистора в коллекторной цепи. Ток, протекающий через этот транзистор никакого принципиального значения не имеет. Естественно, номинал и во многом тип электролитического конденсатора между коллектором и эмиттером этого транзистора также не имеет значения. По сути базовая схема источника тока что в Zen, что в Follower99 практически одна и та же.
      Во-вторых – номиналы резисторов регулируемого делителя напряжения можно смело увеличить в десять раз, так как ток, протекаемый по этому делителю так же не имеет никакого принципиального значения (в разумных пределах, конечно). По переменному напряжению движок подстроечного резистора зашунтирован конденсатором, так что номиналы резисторов делителя не оказывают влияния на входное сопротивление.

  4. Все понятно,Виктор!
    А что вы скажете про версию “Фолловер 99” 2013г.
    исполнения по питанию!?
    http://www.audiodesignguide.com/PowerFollower/index.html
    Я правильно понял идею:
    -если ” электронный фильтр” ставится в “+” по питанию, то
    нужно для стерео либо две отдельные вторичные обмотки
    силового трансформатора, либо два трансформатора!
    -если дроссель ставится в “-” по питанию, то для стерео достаточно
    один силовой трансформатор с одной вторичной обмоткой, но
    зато два дросселя!?

    • Да, но проблема лежит несколько глубже. Follower99 – это однотактный усилитель в классе А, соответственно он более чувствителен к пульсациям и шумам (в частности, коммутационным помехам диодов выпрямителя) блока питания. В обычном двухтакте в классе АВ максимальный ток от блока питания потребляется только на пиках сигнала, поэтому “шум” диодов, возникающий при пиках потребления тока в значительной степени маскируется уровнем сигнала, а пульсации в некоторой степени компенсируются в двухтактном выходном каскаде.
      В однотакте в классе А – все не так. Ток, отбираемый от блока питания – максимален и если от пульсаций электронный фильтр еще как-то помогает, то от помех диодов, если уж они есть – никак, через общий они благополучно проникают на выход. Это одна из причин, по которой Andrea применил такую коммутацию общего – на “плюс”.
      Поэтому – для этого усилителя вариант с одной обмоткой и одним выпрямителем на оба канала в принципе невозможен, питание каналов нужно максимально разделить, а трансформаторы использовать с максимально приемлемо-возможным запасом по мощности при этом желательно чтобы у трансформаторов была экранирующая обмотка + внешний экран.
      В случае отсутствия помех от диодов выпрямителя в общем-то несущественно, куда скомутирован “общий” – на минус или плюс.
      Но я практически уверен, что Andrea пришлось изрядно побороться с помехами.

  5. То-есть по максимуму!
    -раздельные трансформаторы
    -двухполупериодное выпрямление
    -в случае мостового -шунтирование диодов конденсаторами
    С прошедшими праздниками, Виктор!

  6. Виктор, но схему-то 2013г. Andrea все-же выложил:
    -один силовой трансформатор, одна вторичная обмотка
    -один мост, диоды не зашунтированы конденсаторами
    -два дросселя
    -заземлен “+” вывод питания, нагрузка тоже на “+”
    И даже специально написал на схеме:
    “Если вы используете один трансформатор с одной вторичной обмоткой, подключите эту точку к другому каналу…!”
    -может не все так плохо в данном конструктиве с уровнем помех
    и пульсаций и их проникновением в тракт усиления…!?
    С уважением, Сергей

    • Сергей, добрый день.

      На схеме 2013 есть пометка “Power supply not tested…” 🙂
      Все зависит от трансформатора – насколько он изготовлен с запасом по току, как плотно намотан, имеет ли межобмоточный и внешний экраны. Собственно, помехи возникают из-за невозможности трансформатора “выдать” выпрямителю импульс зарядного тока требуемой амплитуды. Применяя правильную архитектуру фильтра выпрямителя, трансформатор большей мощности или тот, который конструктивно “не склонен” к насыщению сердечника при перегрузке, можно существенно уменьшить возможность возникновения помех. Естественно, определенное влияние имеет плотность монтажа всей конструкции.
      Если места в корпусе достаточно, то его в первую очередь нужно “отдать” блоку питания. Если места мало – трансформатор должен быть максимально возможного качества.

      С Уважением,

      Виктор

  7. Здравствуйте Виктор. Наслышан про ваши усилители zen amp на форумах для lcd 3. Заказать у вас возможно zen v 10.12 самый последний?

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *