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PASSZEN
禅-------PASSLABS“ZEN”
突然想写一些关于“ZEN”的东西。
最早接触PASSLABS的功放就是“ZEN”,还是在我做ALEPH5之前。
那是本地的新纪元电子社首先推出了一款“ZEN”的PCB,稍后就是ALEPH5的PCB。
我那时侯的目标当然就只是ALEPH5,“ZEN”能算什么呢?
太简单了,功率又小,输出端还要耦合电容,总之百般毛病可挑,相反,ALEPH5多有名气啊!
怀着兴奋的心情,我来到PASS的网站,下了一些有关ALEPH的使用手册,其中有相关的电路图。
下玩资料,当然还要到各处溜达溜达啦,一不小心就进了PASS网站的作品展示区,见识了很多老外的DIY作品,其中有大量的“ZEN”的作品,当时也感到比较奇怪:
为什么有这么多的老外热衷于“ZEN”?
但是当时我的眼球已经被另一个电路“SONOFZEN”所牢牢吸引,沉醉在那个犹如无字天书般的教科书线路中,眼前尽是那金灿灿的硕大的DALE功率电阻和张牙舞爪的散热器,甚至那低达5%的效率也被当作优点了。
一晃两年多过去了,当我那一天不知不觉又来到PASS的网站的时候,发觉网站的内容有了很大的更改,PASSDIY作为一个独立的分支出现了,上面有关“ZEN”的内容增加了很多,ZENLITE,ZEN-V2/V3/V4/V5,一大串,后来闲云兄又告诉我SOZ升级到了SOX,就是ZEN-V6,最近又有了ZEN-V7,整整形成了一个系列,看的出NELSONPASS在这方面也花了不少心思。
我做一个PASS的FANS,有心想要解读一下这个“ZEN”(中文:
禅)究竟是怎么样的一个境界。
ZEN-ORANGINAL
这个是“ZEN”的最初版本的原理图
很简单的原理:
恒流源负载的MOSFET一级放大,下面是最初版本的电路图。
PASS在ZENAMP的开头引用了爱因斯坦的一句话:
这个是不是就可以作为“ZEN”的设计指导思想呢?
可以看到,按照原理图,我们很容易就可以把电路图分解为三块。
一是电源部分,对应原理图中的“POWERSUPPLY”。
很简单的整流滤波电路。
第二部分是恒流源电路,对应原理图中的“CURRENTSOURCE”。
粗略分析一下恒流源的工作原理:
电源接通的一瞬间,C5可以看作短路,R6的电压等于电源电压,Q2的VGS等于零。
随着C5对R6的充电,R6上端的电压逐渐降低,Q2的VGS逐渐建立,Q2逐渐导通,R1两端的电压逐渐增大,使得Q3的BE结电压上升直至Q3导通。
由于三极管的BE结电压的特性,R1两端的电压被钳制在0.6-0.7V左右的一个比较稳定的值,流过R1的电流也就被钳制在2A左右。
第三部分是放大电路,对应原理图的下面一部分。
这是一个比较典型的共源极放大电路,R8/P1对Q1提供偏置,并可调整Q1的D极电压以获得最大的不失真功率,ZI是保护Q1的G极电压不会因为过高而损坏Q1。
R9和R2是直流释放电阻,但并不是必须的。
(不知是否这样翻译,原文:
焊接无误就可以通电,不过别忘了给两个功率管足够大的散热器。
测量R1两端的电压为0.66V左右,Q1的D极电压在17V(电源电压的一半)左右就可以了,如果有出现R1两端的电压相差过大,可以有三种方法解决:
一是更换Q3的型号,以获得合适的BE结电压;二是更换R1,但是要找到合适的阻值比较困难;三是适当R6/R7的阻值。
一般情况下这一步调整的可能性比较小。
接下来给功放送上信号,带上8欧的负载,增大输入信号幅度使示波器上的输出波形出现削波,调整P1使波形的削波幅度对称就可以,当然等功放热稳定以后再调试一次。
对没有示波器的我认为就简单的把D极电压调整到一半的电源电压就可以了。
之后这个电路在DIY界广为流传,台湾省的著名的DIY网站DITZONE就推出了名为PASSIONA15的套件,提供给广大的DIYER。
PASSIONA15对原作作了一定的修改,主要是引入了负反馈,下图中的R9/R8就是。
后来PASS在“ZEN-V2”中发表的线路也引入了负反馈,增益要比DZ的高一些。
这是后话。
这样看来“ZEN”这个线路已经有了较高的完成度,但是到了国内,产生了一系列的问题,主要是这两个型号的MOS管不好找,尤其是P沟道的IRFP9140,有一种踏破铁鞋无觅处的感觉。
其实这个问题也很好解决,至于如何解决,就引出了下面一部分内容:
ZEN-V2
ZEN-V2
ZEN-V2中,PASS用了绝大部分的内容来讲不同的恒流源在这个电路上的应用。
最简单的恒流源可以简单到一个电阻或者是一个灯泡,前者在SONOFZEN上得到应用,后者在ZENLITE上应用,但是这两者都有一个共同点就是极低的效率,S.O.Z的效率只有5%左右,所以PASS迷们对他又爱又恨$#$%^&
恒流源的应用使ZEN有了大概20%左右的效率,PASS在下面这个电路中用N沟道的MOS管来代替原始电路中的P沟道MOS管。
PASS迷们终于可以只用一种型号的MOS功率管来完成他们的“ZEN”了。
下面就是具体的电路图。
这个电路跟原始电路相比较,主要区别有3点,一是用了N沟道的MOS管和NPN型的小功率三极管来做恒流源;
二是电压升到40V,三是引入了负反馈。
配合有源器件的变化,部分无源器件的数值也有相应的调整。
从随后给出的一些测试数据来看,这个电路的技术指标有了一定的进步,但是不是很明显:
失真减小了一点点,功率增加了一点,频宽增加了一点。
从频率/失真曲线上看,由于IRFP044的很大的输入电容的影响,从6KHZ开始失真成线性增加,PASS用减小反馈回路的阻抗入手来改善它(R3为3.01K,R2为562欧),但是同时使得放大器的输入阻抗变的很低,相对比较难以驱动。
这个问题PASS在ZEN-V4中提出了改善方案。
失真图:
接下来使用的恒流源方案显然更令人激动,见线路图:
与上一个电路图不同的是,电路中增加了R13/R14/R15/C6这四个元件!
这四个元件有何用处?
熟悉PASSALEPH系列功放电路的朋友多半知道这就是ALEPH系列的专利电路:
动态恒流源!
简单的原理就是通过输出端的取样电阻(R3//R4),获得一个信号通过R15/C6耦合到Q3的基极来改变R1两端的电压,也就是改变恒流源的电流值。
这样做的好处是恒流源所提供的电流能随着输出信号的增大而增大,能够大大增加不失真输出功率,减小失真,附带的好处是阻尼系数增加,从原电路的8增加到40左右。
相关的测试曲线:
(上面一条是普通恒流源,下面一条是动态恒流源)
1.8欧负载下的功率/失真曲线
2.4欧负载下的功率/失真曲线
看起来更加牛!
2%的失真下居然能有36W的输出功率,一反普通甲类电路输出功率随着负载降低而下降的
特点。
3.频率/失真曲线
虽然失真增加的转折频率显得低了很多,但是总体失真水平还是要好过采用普通恒流源的电路很多!
有关动态恒流源的计算
动态恒流源的电流的变化总是跟随这输出电流的变化的,那么具体取怎么样的一个比值比较好呢?
PASS的实验结果是这个比值在0.5~0.7之间比较好,0.5有着最高的效率,而0.7则有着最佳的音质。
一般情况下这个比值是通过调整R15的阻值来实现的。
具体的计算可用以下公式:
比值=(R13//R14*R6)/(R1*R15)注:
在ALEPH系列中,R1的值为每个恒流源MOS管的S极电阻除以MOS管的个数。
当然,如果你想实验一下普通恒流源和动态恒流源的区别,很简单,只要在R15和R13/R14之间加一个开关。
ZEN-V2部分基本结束。
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