ve zkratce: projekt DAC + sluchátkový zesilovač se super shuntem jako zdrojem
Zprvu jsem váhal zda stavět vlastní zesilovač, ale zaujal mě tento článek (publikováno v audioXpress 2008):
https://audioxpress.com/article/shunt-o … -regulator
Are Waagbo(dále jen chlápek) zkoušel různá zapojení různých částí zdroje pro DAC a předzesilovač a pak dal dohromady ty, které měly nejlepší zvuk.
Zde je výtah z článku + další poznatky.
Místo klasického sériového zdroje LM317, 7805 apod. je použit stabilizátor se zenerovou diodou (tzv. shunt), kde klasický předřadný odpor je nahrazen obvodem pro konstantní odběr proudu (např. 200mA). Zdroj tedy bere stále 200mA nezávisle na zátěži.
Dle chlápka to eliminuje větší rázy a oscilace v trafu a na filtrech. Zároveň to má ultralineární nízkou impedanci + audio části jsou napojeny přímo na zdroj, což je asi důvod, proč to má lepší zvuk než sériový zdroj.
Tedy teoreticky (přiznal, že sám neví). Ale nadšeně popisuje takto: "This shunt gives you a realistic sound stage, like sitting in the third or fourth row of a concert."
("Tento konstantní zdroj proudu vám dá realistické podání zvuku jako když sedíte na koncertě ve 4 řadě.")
Není to sice 1. řada, ale mně to bude stačit. Zvuk z DAC/předzesilovače má dle něj lepší prostor, dynamiku a basy.
Než postavil tento zdroj, používal pro napájení DAC a sluchátkového zesilovače 8 olověných baterií(12V) Panasonic a za nimi 40000uF kondenzátory.
Za usměrňovačem zdroje jsou třeba extrémně velké filtrační kapacity (asi 4 násobek toho, co se běžně dělá).
Chlápek doporučuje Panasonic FC kvůli nízkému ESR, nízké impedanci a zapojit jich více paralelně. Také dle něho měly nejlepší zvuk, což je samozřejmě věc názoru, ale viděl jsem je použité v několika shuntech a jsou dobře dostupné.
Na trafo přichází v úvahu pouze 2 typy: r core nebo toroid. R core má nízký mechanický šum(vibrace), větší výbušnost (dokáže dát rychleji větší výkon) a měl by mít malou kapacitní vazbu mezi vinutími (lépe filtruje bordel ze sítě, ale musel by mít na jedné špulce jen primár a na druhé jen sekundáry, což takové jsem prodávat nenašel a navinout se mi je nepodařilo).
Jako nejlepší mu pak hrály 100VA zapouzdřené toroidy (vyrábí třeba Talema). Menší toroidy prý nehrály tak dobře a vrčely.
Tohle beru s rezervou, protože se může jednat spíše o mizerné provedení menších traf. Talema má dobrá i malá trafa.
Na diyaudio.com jsem našel repliku od "bimo" na all-fet shunt od Erno Borbely, co je vidět v článku (copyrighted).
Úplně nevysvětlil, jak to funguje, takže jsem zkoušel různé simulace a navrhl zapojení z aktuálně dostupných součástek. V simulaci se to chová dobře.
Původně jsem jako napěťovou referenci použil TL431, ale po změření jsem viděl nějaký šum, takže jsem nakonec použil zenerovu diodu BZX55C2V7 od VISHAY, což je low noise dioda (někdo to kdysi měřil, že šumí kolem 1uV nezávisle na průchozím proudu, TL431 šumí od 3uF do 40uV v závislosti na proudu).
super shunt část 1 - usměrňovač, soft start a filtrace pro shunt 5-20V:
▼Spoiler
Popis zapojení:
D1-D4 - schottkyho diody, oproti standardním diodám mají nižší šum, vyšší účinnost, spínají při nižším napětí a pozvolně
Q1 - mosfet po zapnutí funguje jako softstart a omezí špičku při nabíjení kondenzátorů. V tomto případě mosfet nepotřebuje chladič, protože úbytek napětí je na něm cca 0,2V (po nabití kondenzátorů).
C7 se po zapnutí začne pomalu nabíjet a s tím se i pomalu zvyšuje napětí mezi gate a source Q1, zhruba po 3 sekundách jsou filtrační kondenzátory nabité
(C8 prodlouží nabití o cca 1s - je více pozvolné)
C9-C14 - filtrační kondenzátory. Pro shunt 200mA chlápek doporučuje minimálně 20mF. Pro shunt 300mA pak 30mF.
C15+R4 - linearizuje výstupní impedanci
charakteristika schottky vs klasická usměrňovací dioda
seznam součástek, (P je rozteč děr na desce):
C1, C2, C3, C4, C5, C6, C8 C15 ==> 100nF, WIMA MKS2-100N/100, P5.0mm
C7 ==> 470nF, WIMA MKS2, P5.0mm
C9, C10, C11, C12, C13, C14 ==> 3300uF, 35V, Panasonic EEUFC1V332, Radial_D18.0mm_P7.50mm
C16 ==> 1uF, WIMA MKS2, P5.0mm
D1, D2, D3, D4 ==> schottky dioda 1A, DO-15, SB1100-DIO, P12.70mm
D5 ==> BZX85C12L, zenerova dioda 12V, DO-41, P10.16mm
J1, J2 ==> Screw_Terminal_01x02, P5.08mm
Q1 ==> IRF9Z24NPBF, P-MOSFET;TO220AB
R1 ==> 10M, metalizovaný MFR, P7.62mm
R2, R3 ==> 0.22R, metalizovaný MFR, P7.62mm (nebo drátový) nebo indukčnost >0.5mH nebo propojka
R4 ==> 1R, 1W, metalizovaný MFR, P7.62mm
deska (super shunt 12V 200mA část 1):
rozměr: 86*60mm
zdrojová data v kicad: https://csko.cz/neco/zesilovac/zdrojaky … _kicad.zip
gerber data: https://csko.cz/neco/zesilovac/zdrojaky … gerber.zip
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
super shunt 7V až 20V 240mA část 2:
▼Spoiler
verze se zenerovou diodou pro 7V až 20V a víc
verze s 1N4148 diodou pro 5V až 15V
Popis zapojení:
R1 nastavuje konstantní zdroj proudu - v tomto případě Q2 limituje výstupní proud na cca 240mA
R11 nastavuje výstupní napětí
obvod z Q3-Q6 je proudové zrcadlo, které výrazně redukuje velké zvlnění, které má samotný super shunt (zenerka + mosfet)
D2,D3 - řeší přepětí po zapnutí nebo chybu, když jsou špatně nastavené odpory apod...
Q7 je výkonový P-channel mosfet jako shunt. Tam teče největší proud pro stabilizaci napětí. V případě odpojené zátěže cca 220mA.
Q8 je pro detekci přetížení na výstupu a přes optočlen posílá buď 0 nebo 1(5V) na vstup arduino
Maximální použitelný odběr je cca 170mA. Je nutné nechat rezervu alespoň 50mA.
PSRR v simulaci při odběru 100mA:
10kHz => PSRR -120dB
100kHz => PSRR -75dB
1MHz => PSRR -53dB
10MHz => PSRR -49dB
Zvlnění výstupu vychází podle simulací pod 1µVrms při zátěži 50mA, z čehož je 5mApp 1kHz sinus.
deska (byla dělaná pro TL431 místo zenerovy diody, ale šlo to jednoduše upravit):
rozměr: 86*60mm
deska má stejný rozměr a rozteče děr jako část 1, aby šly obě desky dát na sebe
sestavené:
zdrojová data v kicad: todo
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
něco o PSRR:
▼Spoiler
Zde je vidět, že PSRR je špatné mezi 1MHz a 100MHz, takže je vhodné použít EMI filtr. Simulované hodnoty odpovídají reálnému PSRR stabilizovaných zdrojů uváděného výrobci, takže tomu i věřím.
Zapouzdřené EMI filtry se dají koupit za pár stovek, takže vlastní vyrábět nebudu.
Charakteristika potlačení frekvencí standardního EMI filtru Schurter:
Peak Útlumu filtru začíná na 1MHz. Od 100MHz útlum zase klesá (náhoda? nemyslím si). Z wifi, mobilů a bluetooth tam naleze 2.4GHz a víc, ale to už by zdroj měl potlačit. Navíc by to měl řešit i r-core transformátor, který má kapacitní vazbu minimální, protože má cívky oddělené od sebe a odstíněné. Ale stejně je lepší, když se to odfiltruje ještě před trafem.
Foto r-core:
Ještě pokusy s feritovým kroužkem v simulaci (vybral jsem nějaký náhodně mezi generátor šumu a R1):
100Hz => PSRR -114dB
1kHz => PSRR -126dB
10kHz => PSRR -105dB
100kHz => PSRR -109dB
500kHz => PSRR -109dB
1MHz => PSRR -112dB
5MHz => PSRR -126dB
100MHz => PSRR -116dB
Stačí málo a výsledek je o milion % lepší.
Téma jsem založil, protože jen tak mě to donutí udělat si pořádnou dokumentaci a myslím, že je to i na nějakou diskuzi.
Desky objednám po vánocích. Ještě musím doladit zesilovač.
Až ověřím, že to není úplný šunt, tak budu pokračovat dál
attenuator (relátkové volume)