Kultowy audiofilski wzmacniacz Pass Labs X150

[Krzysztof_M]

Dzięki Romku za te wykresy i oscylogramy. Zastanawiałem się, co może się zestarzeć w takim wzmacniaczu aby spadło pasmo przenoszenia tak wyraźnie.
Czy nie zastosowano tam gdzieś np. ceramicznych kondensatorów do poprawy stabilności? Po tylu latach pracy w dosyć wysokich temperaturach mogło dojść do degradacji i zmiany parametrów.
Czy ten układ ma sprzężenie zwrotne?

[Romekd]

Czołem.
Tak zastosowano dwa kondensatory ceramiczne, po jednym na każdy kanał o wyjściu mostkowym (w sumie w urządzeniu są cztery stopnie mocy). Wg opisu na płycie głównej powinny znajdować się dwa kondensatory o pojemności 4,7 pF, jednak w ich miejscach znajdują się kondensatory o pojemności 5 pF (ich oznaczenie to 5R0). Pojemność tych kondensatorów nie uległa jednak jakiejś znaczącej zmianie, gdyż nadal poj. jednego z nich wynosi 5 pF, a drugiego 5,2 pF (gdy mierzy się je w układzie, wskazania miernika są oczywiście większe, przez istnienie montażowych pojemności pasożytniczych - miernik wykazuje odpowiednio ok. 9,9 pF i ok. 12 pF /przy odłączonych wtykach z przewodami wstążkowymi/). Niepokoi mnie natomiast stan tranzystorów znajdujących się na małych modułach, gdyż temperatura tych modułów po godzinie od włączenia wzmacniacza wynosi ok. 90°C przy temperaturze otoczenia równej 20°C. W porze letniej temperatura pracy modułów z pewnością przekracza 100°C, co po 25. latach pracy mogło doprowadzić do termicznego zmęczenia znajdujących się na płytkach tranzystorów. Wzmacniacz otrzymałem z usterką polegająca na pojawiania się silnych trzasków i szumów w kolumnie prawego kanału, przy czym podczas ich występowania napięcie wyjściowe wspólne na wyjściach głośnikowych potrafiło wzrastać nawet do +20 V, przy dużo niższych wahaniach napięcia różnicowego. Ciekawą rzeczą jest też występowanie sporej i różnej w obu kanałach wartości stałej napięcia wyjściowego zaraz po włączeniu urządzenia. Napięcie wspólne w jednym kanale przekracza 5 V, a w drugim 3,7 V, przy czym w miarę nagrzewania się wzmacniacza napięcia te stają się już dużo niższe. Już wcześniej ktoś wymienił (lub tylko przelutował) po dwa dwa tranzystory (mosfet typu N, w obudowie SOT-223) na każdym z modułów (moduł znajdujący się głębiej we wzmacniaczu osiąga wyższą temperaturę niż ten zamontowany bliżej tylnej ścianki). Mnie natomiast nie podoba się stan dwóch najmocniej nagrzewających się tranzystorów (mosfetów typu P), które mogły ulec zmęczeniu termicznemu, co mogło wpłynąć na ich charakterystyki. Właśnie wczoraj otrzymałem z eBay nowe tranzystory, które spróbuję dobrać w pary i zastąpić nimi te z modułów. Sprawdzę, czy to poprawi sytuację z pływaniem napięcia na wyjściach głośnikowych. Poniżej zdjęcia na których widać jedyne kondensatory ceramiczne i moduły sterujące symetrycznych wzmacniaczy sterujących stopniami mocy. Dla mnie jest czymś niesamowitym, że autorowi tego rozwiązania, Panu Nelsonowi Passowi, udało się wyeliminować niemal całkowicie kondensatory sprzęgające i kompensujące z toru sygnałowego, pozostawiając tylko dwa kompensacyjne ceramiczne i cztery wejściowe, które da się zresztą wyeliminować montując zworki na specjalnie w tym celu zamontowanych gniazdkach.

W układzie występuje kilka symetrycznych pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego. Część symetrycznego sygnału wyjściowego kierowana jest na symetryczne wejścia. Poza tym wykorzystywany jest też sygnał wspólny z obu wyjść każdego kanału do drugiej, dodatkowej pętli sprzężenia. Rozrysowałem układ urządzenia, jednak zastosowane w nim rozwiązania objęte są patentami, więc szczegółów o działaniu obwodów nie mogę przedstawić na publicznym Forum, pozostawiając je tylko dla własnej wiadomości.

Pozdrawiam
Romek

[Krzysztof_M]

W jaki sposób będziesz dobierać nowe tranzystory? Posiadasz charakterograf czy metodą techniczną będziesz to robić w jednym albo w kilku punktach charakterystyki?

[Romekd]

Czołem.
Tak się zastanawiałem i chyba wybiorę metodę "pośrednią", najpierw podzielę tranzystory na grupy o podobnym napięciu Ugs dla prądu drenu zbliżonego do tego płynącego w oryginalnym układzie, a następnie w specjalnie do tego zbudowanym wzmacniaczu różnicowym precyzyjnej dobiorę elementy na uzyskanie jak najniższych zniekształceń THD. Sprawę bardzo utrudnia rodzaj obudowy tranzystorów (SMD typu SOT-223)

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Czołem.
Dobór tranzystorów do wzmacniacza okazał się dość trudnym wyzwaniem, gdyż musiałem dokupić kolejne kilkadziesiąt tranzystorów, by wybrać z nich pary o zbliżonych charakterystykach. Myślę że w firmie Nelsona Passa podczas produkcji tego modelu dobierali tranzystory z ogromnej ilości sztuk (być może również pod kątem zbliżonego współczynnika temperaturowego), gdyż tranzystory typu mosfet potrafią mieć spory rozrzut parametrów... Kolejnym problemem była wymiana czterech potencjometrów montażowych (cermetowych) o rezystancji 500 Ω firmy BOURNS, gdyż na 100 zakupionych sztuk (po ok. 20 zł za sztukę) nie trafił mi się żaden o rezystancji zbliżonej do 500 Ω, gdyż wszystkie miały niższą rezystancję, jednak mieszczącą się w dopuszczalnej tolerancji... Nie wiem z jakiej ilości producent wzmacniacza wybrał te o wartości niemal równej 500 Ω, ale musiała być ogromna, lub były to elementy sprowadzone na specjalne, indywidualne zamówienie. Potencjometry te pracują w układzie z prądem płynącym przez styk, więc jego kontakt z warstwą oporową musi być pewny, by zapewnić stabilne parametry elementu na długie lata. Jednak udało się dobrać odpowiednie elementy i wzmacniacz przechodzi właśnie testy sprawności i stabilności długookresowej.

Pozdrawiam
Romek

[Krzysztof_M]

Naprawa takich drogich zabytków to nie jest wąska rzecz z tego wynika, dobrze, że chociaż części są jeszcze do kupienia.
Chociaż kwestia parowania i kosztów z tym związanych mocno nie sprzyja optymizmowi.
Ale widzę, że powolutku do brzegu idzie naprawa, trzymam kciuki a szczęśliwe dopłynięcie do końca tej przygody

[Ola Boga]

Wzmacniacz robi wrażenie, pomiary również.
Czytając Nelsona Passa mam wrażenie, że jego celem było nagłośnienie z dobrą jakością przeciętnego amerykańskiego pomieszczenia, czyli na nasze standardy dość dużego. Stąd dwie drogi, które brał pod uwagę.
Pierwsza to wzmacniacze dużej mocy, takie jak badany przez Romka. Przeznaczone do współpracy z przeciętnymi głośnikami o skuteczności 86-89dB/W. W dużym pomieszczeniu i przy amerykańskich kosztach energii nagrzewanie się wzmacniacza i duży pobór mocy nie mają większego znaczenia.
Druga droga to głośniki o bardzo wysokiej skuteczności, rzędu 100dB/W. Są ogromne i zazwyczaj brzydkie, ale rozmiar nie jest w tym przypadku problemem. Jak pisze Nelson, byle przeszły przez drzwi, choćby w częściach. Takie głośniki mogą współpracować ze wzmacniaczem o niewielkiej mocy nawet w dużym pomieszczeniu.
I to jest, wydaje mi się, rzecz która wam umknęła przy dyskusji o mocach wzmacniacza. Dla przykładu moje 10W służy mi znakomicie z każdym gatunkiem muzyki, w całkiem sporym pokoju, ponieważ mam głośniki o skuteczności 98dB/W. Uzyskam taką samą głośność, jak ktoś z głośnikiem 88dB/W podłączonym do wzmacniacza o mocy 100W.
Nie ma sensu dyskutować o tym jaka powinna być moc wzmacniacza, nie dodając z jakimi głośnikami ma pracować. Ktoś podał wcześniej analogię motoryzacyjną. To tak, jakby zastanawiać się nad mocą silnika, nie wiedząc jaki duży jest samochód...

[Marek7HBV]

No tak to się w ostatnim 20-leciu działo,że zbliżaliśmy się do amerykańskich norm ,,mieszkaniowych,, ,ale ostatnio nastąpił zwrot i może słuchawki się zmieszczą .

[Romekd]

Czołem.

Wzmacniacz robi wrażenie, pomiary również.
Czytając Nelsona Passa mam wrażenie, że jego celem było nagłośnienie z dobrą jakością przeciętnego amerykańskiego pomieszczenia, czyli na nasze standardy dość dużego. Stąd dwie drogi, które brał pod uwagę.
Pierwsza to wzmacniacze dużej mocy, takie jak badany przez Romka. Przeznaczone do współpracy z przeciętnymi głośnikami o skuteczności 86-89dB/W. W dużym pomieszczeniu i przy amerykańskich kosztach energii nagrzewanie się wzmacniacza i duży pobór mocy nie mają większego znaczenia.

Tytułowy wzmacniacz faktycznie wykazywał wyjątkowe cechy i bardzo dobre parametry. Wszystkie je pomierzyłem po naprawieniu i wyregulowaniu urządzenia. Naprawa nie należała do najprostszych gdyż musiałem wymienić kilka tranzystorów typu j-fet typu P i N, a te musiałem dobierać spośród kilkudziesięciu sztuk, przy czym ważne tu były nie tylko te same napięcia wyłączenia i charakterystyki, ale również zbliżone współczynniki temperaturowe prądu drenu dla użytych we wzmacniaczu punktów pracy tych tranzystorów (firma Nelsona Passa musiała je chyba kupować "na wagony", by do każdego egzemplarza dobierać właściwe...). Po dokonaniu naprawy i regulacji, jak już wspomniałem, powtórzyłem jeszcze raz wszystkie pomiary, których wyniki przedstawię w kolejnych wypowiedziach (wcześniej wyleciało mi to z pamięci, a obiecałem kilku Kolegom, przepraszam za zwłokę... ).

Druga droga to głośniki o bardzo wysokiej skuteczności, rzędu 100dB/W. Są ogromne i zazwyczaj brzydkie, ale rozmiar nie jest w tym przypadku problemem. Jak pisze Nelson, byle przeszły przez drzwi, choćby w częściach. Takie głośniki mogą współpracować ze wzmacniaczem o niewielkiej mocy nawet w dużym pomieszczeniu.
I to jest, wydaje mi się, rzecz która wam umknęła przy dyskusji o mocach wzmacniacza. Dla przykładu moje 10W służy mi znakomicie z każdym gatunkiem muzyki, w całkiem sporym pokoju, ponieważ mam głośniki o skuteczności 98dB/W. Uzyskam taką samą głośność, jak ktoś z głośnikiem 88dB/W podłączonym do wzmacniacza o mocy 100W.
Nie ma sensu dyskutować o tym jaka powinna być moc wzmacniacza, nie dodając z jakimi głośnikami ma pracować. Ktoś podał wcześniej analogię motoryzacyjną. To tak, jakby zastanawiać się nad mocą silnika, nie wiedząc jaki duży jest samochód...

Bardzo dobrze, że Kolega wspomniał o skuteczności zestawów głośnikowych i różnych mocach, potrzebnych do ich wysterowania, dla zapewnienia odpowiedniej głośności muzyki w różniących się wielkością pomieszczeniach. Bardzo często, szczególnie na naszym Forum, można spotkać się z informacjami, mówiącymi że do nagłośnienia domowych pomieszczeń, z dużą rezerwą mocy, wystarczy lampowy wzmacniacz o mocy wyjściowej kilku watów... Niestety, bez odniesienia się do sprawności energetycznej naszych kolumn głośnikowych taka informacja może być całkowicie fałszywa. Zestawy głośnikowe mogą wykazywać się dla środka pasam akustycznego skutecznością na poziomie od 77 dB do ponad 100 dB i każdy z tych zestawów będzie potrzebował innej mocy wzmacniacza, do zapewnienia zbliżonej poziomem głośności. Mam u siebie zestaw firmy AKAI o skuteczności 82 dB, który by zagrać podobnie głośno co Kolegi musiałby współpracować ze wzmacniaczem o maksymalnej mocy wyjściowej aż 400 W na kanał (oczywiście takiej mocy zestaw na pewno by nie wytrzymał). Inne moje głośniki, np. MBL321 ( https://ichwillinsindernet.de/mbl-321-l ... eberholen/ , https://stereonomono.blogspot.com/2018/ ... akers.html ) mają skuteczność na poziomie 84 dB, więc one mogłyby grać podobnie głośno przy maksymalnej mocy wzmacniacza równej 250 W, natomiast kolumny Technicsa SB-RX-50 ( https://www.hifiengine.com/manual_libra ... rx50.shtml , https://audio-database.com/TechnicsPana ... -rx50.html ) potrzebowałyby wzmacniacza o mocy "zaledwie" 80 W! Nawet monitory studyjne bliskiego i średniego pola typu ADAM A8X, ( https://www.bemixmedia.pl/produkt/monit ... 00EALw_wcB ), przeznaczone do słuchania muzyki z odległości od jednego metra do powiedzmy kilku metrów od zestawów, mimo nie najgorszej skuteczności głośników mają wbudowane wzmacniacze o łącznej mocy równej 400 W (RMS!).

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Zniekształcenia wzmacniacza były bardzo niskie dla małych mocy wyjściowych i stopniowo wzrastały dla mocy coraz wyższych. Pomiary wykonałem dla mocy od 0,5 W do 100 W dla wysterowanych i obciążonych opornością 8 Ω obu kanałów.

i drugi kanał:

Zniekształcenia te leżą daleko od granicy ludzkich możliwości percepcyjnych, więc choć wzrastają wraz z mocą wyjściową, w żaden sposób nie mogą być słyszane, szczególnie że są to zniekształcenia harmoniczne niskiego rzędu (prawie jak we wzmacniaczu lampowym ).

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Poniżej wyniki pomiarów zniekształceń intermodulacyjnych, wykonane najbardziej popularnymi metodami pomiaru, czyli dla stosunku amplitud 4:1 i częstotliwościami składowych sygnału 250 Hz i 8 kHz oraz dla stosunku amplitud 1:1 i częstotliwości składowych 19 kHz i 20 kHz; wzmacniacz miał wysterowane oba kanały, obciążone rezystorami 8 Ω, choć zauważyłem, że również dużo niższe oporności obciążenia nie robiły na tym urządzeniu żadnego "wrażenia" (rezystancja wyjściowa wzmacniacza wynosi zaledwie kilka miliomów) i pozostawały niemal bez wpływu na poziomy wnoszonych przez X-150 zniekształceń THD
Wyniki dla pierwszej pary sygnałów sinusoidalnych (250 Hz i 8 kHz, 1:1):

Jak widać na wykresach zniekształcenia te miały wyższe wartości niż zniekształcenia THD, ale również z nimi muzyka ze wzmacniacza brzmiała rewelacyjnie na wszystkich moich głośnikach (nie sprawdzałem jedynie na zestawach firmy TONSIL... ).

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Wyniki pomiarów IMD przy 19 kHz i 20 kHz (1:1):

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

W tej wypowiedzi przedstawiam wyniki pomiarów zniekształceń dynamicznych, w tym zniekształceń typu TIM, których znaczenie wiele osób bardzo demonizuje. W kolejnych wypowiedziach odniosę się do pewnych "nieścisłości" (delikatnie to nazywając) w parametrach podanych przez producenta wzmacniacza, dotyczących szumów i dynamiki.

Poniżej zniekształcenia DIM/TIM dla kilku poziomów mocy wyjściowej.

Pozdrawiam
Romek

[Ola Boga]

To się nazywa wnikliwy zestaw pomiarów. Dziękuję za zamieszczenie.
Wygląda na to, że wyniki są znakomite. Zastanawia mnie jedynie konieczność dobierania elementów w takim wzmacniaczu. Nelson Pass opisywał kiedyś proces dobierania tranzystorów, ale dotyczyło to chyba tranzystorów mocy w stopniu końcowym. Wydaje mi się, że konieczność tak pieczołowitego doboru części, to jednak wada tego wzmacniacza.

[Einherjer]

Producent nie udostępnia schematu wzmacniacza, ale z tego co można się dowiedzieć "z natury", wiemy, że układ jest nie tylko od początku do końca przeciwsobny, ale też całkowicie zbalansowany (różnicowe wejście i wyjście). Można więc powiedzieć, że jest podwójnie symetryczny. O ile się nie mylę, składa się wyłącznie z tranzystorów polowych (MOSFET i JFET), a w ich przypadków dopuszczalny rozrzut parametrów jest naprawdę duży i bez ich dobierania trudno by było uzyskać jakąkolwiek symetrię punktów pracy. Jestem tylko ciekaw czy firma Pass Labs ma jakoś zautomatyzowany pomiar czy ktoś przerzuca te wagony po jednym tranzystorze Tak czy owak w przypadku tranzystorów polowych jeszcze bardziej niż w przypadku bipolarnych trudno o prawdziwie komplementarną parę. Nawet jak napięcia progowe uda się dobrać, to transkonduktancja będzie pewnie się różnić o pojemnościach już nie wspomnę. Widać to zresztą w pomiarach, teoretycznie powinny wykazać zero parzystych harmonicznych a widać je dość wyraźnie.

Musze przyznać, że w pewien sposób mi ten wzmacniacz imponuje, zwłaszcza zrównoleglony stopień wyjściowy, ale budowę podobnego cuda trzeba by zacząć od budowy testera, który może automatycznie zmierzyć co najmniej 10 tranzystorów na raz : Nie jestem też przekonany do tranzystorów MOSFET w stopniach napięciowych, chociaż we wzmacniaczach, które z założenia mają mieć płytkie USZ można to jakoś uzasadnić.