2010年3月21日 星期日

Shunt Regulator for First Watt B1 Buffer

去年是成果豐碩的一年,做了新的音箱給 Jordan JX92S 單體,也完成了 Nelson Pass 的 First Watt B1 Buffer 前級。新喇叭和新前級,兩者都讓我很滿意。Jordan 原廠的 VTL 音箱設計已經很成熟,按圖做好,單體裝上去,再經過幾個月的 break-in,聲音就自然和諧了。全音域單體沒有分音器,除了接線和端子之外,無可調整之處。前級可以下手調校的部份就多了。Pass 宣稱 B1 對電源品質並不太敏感,用便宜的 adapter 聲音就很好了,在他的廠機上也的確採用 adapter。雖然如此,我在 B1 試過幾種電源架構,音色各自不同,有時甚至還非常敏感。例如用 UCC 穩壓時,稍微更動旁路電容或更換 op-amp,聲音就有明顯的變化(詳見此)。

除了最早的 LT317 IC 穩壓和 UCC 穩壓,後來又玩了 non-feedback 穩壓和併聯式穩壓(shunt regulator),當中我最滿意併聯穩壓的表現,和 B1 意想不到的合拍。

Non-feedback 穩壓是參考 Elso Kwak 為 TDA1543 設計的電源電路。用 zener 作電壓參考,後面接三級隨藕器(follower)放大(達靈頓電路),無負回授。這樣的架構前先用在 TDA1543 DAC 上,聲音非常優秀,寬鬆舒暢,游刃有餘。後來 Pedja 修改此電路,增加輸出電流,作為 Gainclone 的穩壓。我參考 Elso Kwak 和 Pedja 兩人的電路,也做了一個 non-feedback 穩壓,輸出 18V 給 B1 使用。這個穩壓與 B1 搭配之下,聲音非常奇特,一方面音樂性絕佳,音符源源不絕地流洩而出,流暢無比,毫無勉強之處,十分引人入勝。另一方面,控制力極差,尤其低頻下不去、出不來,於是整體音色也偏薄,沒有底。這個穩壓非常有趣,我聽了一陣子,覺得和 UCC 穩壓實在各有千秋,各擅勝場。UCC 穩壓音響性非常好,動態大,兩端頻寬延伸也很好,上窮碧落下黃泉,叫人大呼過癮;Non-feedback 穩壓對音樂的詮釋很有魅力,出眾的音樂性與極其貧乏的音響性能矛盾地糾纏在一起,古怪而迷人。

後來我開始嘗試先前印象良好的 TL431 併聯式穩壓。最初採用基本的架構,一顆 TL431,三根電阻,算好工作點就完成了一個精簡的併聯式穩壓。接上 B1 之後,只覺得聲音很虛浮,有氣無力,唱歌始終少了一口氣,無法全力施展。這個線路最高可以輸出 50mA 的電流,而 B1 兩聲道加起來只要 14mA,理應足夠。但經過一些配料和週邊環境的調整之後,問題依舊沒有改善。我想或許是單顆 TL431 輸出仍然餘裕不足,無法推好 B1,於是參考 TL431 的 datasheet 和 Pedja 的 DAC 線路,加入電晶體提高輸出電流。

基本 TL431 併聯穩壓


高電流併聯穩壓

高電流的併聯穩壓稍微複雜一點,輸入端用電晶體代替限流電阻,輸出端也多了電晶體放大電流。因為只是試作,用的都是普通的零件,以 Panasonic FM 電容和 BC MRS-25 為主,在洞洞板上搭棚。完成之後接上 B1,一聽之下讓我感到意外的高興。這個穩壓的聲音,非常的「正常」。也就是說,不像 UCC 穩壓有威猛的頻寬和動態,也不像 non-feedback 穩壓有驚人的韻味,然而一切的表現都那麼的合理,那麼的適當,各方面都相當均衡。低頻刻劃清晰,量感恰到好處,而且這個特質從低頻到高頻都維持一致。中高頻不過亮,也不過暗,樂器的音色再現得頗為真實。音場並不特別寬闊,動態也不十分威猛,收放之間彷彿不太著意,但卻不會讓人感到絲毫不足。乍聽之下似乎沒有什麼「韻味」,只覺得音樂的詮釋很合理,很對味。我簡直不知道該怎麼形容這個穩壓了。中庸、樸素、自然、沒有癖性,這些辭彙都不足以描述這個穩壓的特質。只能說,這個穩壓沒有鮮明的特出之處,但怎麼聽都挑不出毛病,非常耐聽,非常好聽。

併聯式穩壓和 B1 如此契合,讓我喜出望外。這幾個月一路聽來,至今仍然十分滿意,依舊挑不出什麼缺點。而且目前還是原型的組態,穩壓電路板上都是普通的零件,沒有發燒料,也沒有特別調音。雖然未來的事情永遠不能預料,但我想手邊這台 B1 目前已然達到成熟而平衡的狀態,偶爾可以換換零件調調音,但基本架構已經穩定,可以心安理得地聽上幾年。2009 年的 First Watt B1 buffer 之旅,也算暫時告一段落。

19 則留言:

coffin 提到...

我有多買一片雙電源shuntreg的直接交聯b1電路板,有興趣嗎?

WF 提到...

酷耶!Coffin 兄願意割愛,賣一張給小弟玩嗎?謝啦!

coffin 提到...

您先看看這篇,我買的是Hypnotize這片板子,如果合用的話就OK!

coffin 提到...

http://www.diyaudio.com/forums/blogs/tea-bag/173-second-round-dcb1-group-buy-has-begun-1-1-2010.html

WF 提到...

這個 project 我之前也有看一陣子,那時還沒有 PCB。您有板子真是太好了,詳情我直接與您用 email 連絡(我正好有您的 gmail 信箱)。

匿名 提到...

可以請問一下,『高電流的併聯穩壓稍微複雜一點,輸入端用電晶體代替限流電阻,輸出端也多了電晶體放大電流。』的輸入端用電晶體代替限流電阻
是如何代替的呢?
因為用在高流穩壓時限流電阻的瓦數相當可觀

WF 提到...

您好,

其實就是一個 follower 而已。B1 吃電不多(雙聲道總合 14mA),因此 shunt regulator 消耗的電流也不高,只是相對於 TL431 原本的能力高一點而已。大約設定在 60mA 左右,所以並沒有很熱。

mikeliu 提到...

併聯穩壓非常合適b1這個線路,衡流源大約線路使用的1.5~2倍的電流即可,另外挑選適當的輸出晶體,對聲音的調整也很大且副作用較少,不過得要小心注意工作點的計算。

穩壓線路的改善,對於一般電阻電容的替換所改善的幅度,可謂比較全面且較少副作用,網兄可以多參考,WF兄所使用BD140輸出聲音非常清麗開闊,如果喜歡溫暖有韻味的聲音,可以考慮使用mos相關的穩壓。

WF 提到...

mikeliu 兄對併聯穩壓有深入的鑽研,功力遠勝於我,對併聯穩壓有興趣的網兄請多參考他的意見!

死不停db落閤 提到...

您好~
今天剛完成TL431,但是LAY了蠻久的,
因為OPA用到正負電源,負電的限流電阻要調換至負端,限流電阻壓降最高要21V,第一次用220R,TL431沒多久就發燙,後來改用680R。且小弟一次用4顆NE5532跟一顆2604,所以電流一定不夠,
所以正負輸出各串接上兩級BJT來放大電流,不是並上,但是這樣輸出會有BE壓降,且正負有0.2V左右的壓差,且要小心電晶體短路或損壞,一損壞輸出會輸出近Vcc。

聲音的正如WF兄所言的乾淨,不會感覺累贅,這是小弟第一次用317 78**以外的穩壓,感覺都相當正面,個人喜歡通徹又不失溫暖,低頻到位,高音自然耐聽得聲音,
原本使用的317加達零頓聲音比較下顯得比較暗,感覺比較不流暢,高低音感覺都不通徹。

目前想試試規劃FET穩壓或簡單的穩壓,
找到以下線路,
http://www.keces.com.tw/3_audiodiy/D0208001/reg-sch.jpg
可否請幾位兄長指點或建議一下電路
也順便請問WF兄有沒有B1的PCB圖,
小弟下禮拜2SK170應該會送到,

WF 提到...

死不停db落閤您好,

先恭喜您完成了 TL431 併聯穩壓。我覺得這個穩壓可以多調整看看,嘗試不同的的限流電阻,決定 CSS 的電流的大小,這對音色有些影響。此外,也可以加上電晶體放大輸出電流(我不知道您目前有沒有加上),或是以電晶體代替限流電阻。板上的 mikeliu 兄最近嘗試用離散元件代替 TL431 作電壓參考,也有一些正面的改善,我是建議多玩一下,多試試不同的組態和聲音。

要說簡單的穩壓,TL431 + 電晶體放大電流的併聯穩壓,應是相當精簡了。但重點還是您的負載,必需針對負載的特性來決定穩壓設計。

據您文中所示,似乎您現在是用併聯穩壓來供應 op-amp 前級嗎?op-amp 前級用 TL431-based 併聯穩壓還滿合適的,建議您可以試試左右聲音獨立供應,甚至每各 op-amps 都獨立供應。當然,頗受好評的 UCC 穩壓用在 op-amps 前級上,應該也還不錯,有現成的 PCB 、材料也不貴,值得一試。

B1 PCB 的電路圖,passdiy 網站上就有啦,請見:http://passdiy.com/order.htm

死不停db落閤 提到...

目前沒並聯電晶體~
只是串連電晶體放大輸出電流
類似
http://1.bp.blogspot.com/_5JL5Y8LXtjo/SeePdPdvkNI/AAAAAAAABbg/oTtgP7kdCtk/s320/r5.PNG
共串了兩個,先串小功率電晶體再串耐流1.5a的中功率,負載4個ne5534跟opa2604時tl431跟中功率還有燙手=口=,目前是先接耳機...
所以有有空要再並聯電晶體減低tl431負載,為了增加負載電流,這樣有點本末倒置...反而更複雜了...不過tl431的聲音應該還是值得的。
限流電阻220換成680R時感覺聲音變薄,蠻明顯的
順便向前輩請問一下,那張
http://1.bp.blogspot.com/_5JL5Y8LXtjo/SeeRiyI0lxI/AAAAAAAABb4/LsMi-FPdzPE/s320/r3.PNG 裡,介於電晶體BE間,沒寫名稱的電阻阻值要如何取用呢?
謝謝~

WF 提到...

死不停db落閤兄,

建議您可以試試併聯穩壓線路。又,那顆 BE 電阻,我參考一些類似電路和實驗之後,是用 180 歐姆,(電晶體為 BD140,輸出電壓 18V)。供您參考。

mikeliu 提到...

OP放大的話,如果網兄又有diy搭棚能力,可以試試這個線路

http://www.diyaudio.com/forums/power-supplies/143693-simplistic-salas-low-voltage-shunt-regulator-51.html (可能需要diyaudio帳號)小弟嘗試搭棚給b1使用,與pedja這個線路聲音大異其趣,pedja這個線路聲音十分素雅以氣韻取勝,而salas併聯穩壓聲音非常溫暖細緻,記得ccs電流要稍微加大一些,聲音會更加透明凝聚,目前我大約調整為120ma左右。

併聯穩壓真的是類比放大線路的好伙伴,不需要很昂貴的電容就可以調出非常均衡的聲音,值得網兄好好嘗試測試看看。

WF 提到...

Great! 希望有時間儘早完成手上這片 Salas 的 DCB1。同時也感謝 Coffin 兄分了小弟一片 PCB。

coffin 提到...

別客氣!一個人玩無趣,多點人才有比較。

mikeliu 提到...

希望早日看到coffin兄的心得

死不停低b落閤 提到...

昨天試了併聯穩壓線路,
很可惜不能用在雙電源的負端上,
因為串接tl431負電源的限流電阻也要移至負端,基準點也是負端,接上BE電阻後輸出電壓提昇10V多,預估是基準電阻被BE電阻並上。

mikeliu兄的pedja也是單電源...==...

WF 提到...

死不停低b落閤您好,

您可以做兩個一模一樣的穩壓,各有獨立的變壓器抽頭,疊在一起,再把中點接到放大線路的地,就是正負雙電源了。不必做成「對稱」的樣子,供您參考。

又,Mikeliu 兄所貼的 Salas 穩壓,是雙電源,也可以看看他的作法。

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