ES2 / Aleph J Eintakt A Endstufe

ES2 / Aleph J Eintakt A Endstufe

 

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

10.06.2010

Als Lautsprecher verwende ich vier 57er Quad ESL. Sie stellen eine sehr schwierig zu treibende Last dar und es ist nicht einfach eine adäquate Endstufe für diese Lautsprecher zu finden. Eine Hauptforderung an die passende Endstufe ist Kurzschlußfestigkeit. Besonders schwierig wird es, da ich jeweils zwei Lautsprecher pro Kanal benutze und diese parallel verschaltet werden. Eine Endstufe basierend auf einem Stromquellenkonzept wie die Zen oder die Aleph's sind hier natürlich ideal geeignet und so betreibe ich die Lautsprecher auch schon eine Reihe von Jahren sehr erfolgreich mit den kleinen Zen's. Diesen fehlt es allerdings ein wenig an Leistung und so kam der Wunsch bei mir auf ein ähnliches Konzept mit mehr Ausgangsleistung zu realisieren.

Durch den langjährigen Einsatz der Zen Endstufe habe ich selbstverständlich die weitere Entwicklung rund um die DIY Homepage von Nelson Pass verfolgt. Nachdem ich aufmerksam eine Diskussion über den Nachbau eines Aleph J im Forum der AAA verfolgt hatte und dort die ersten positiven Ergebnisse zurück gemeldet wurden, habe ich mich Mitte 2010 entschieden ein Paar dieser Endstufen in Mono-Bauweise aufzubauen.

Vorausschicken möchte ich an dieser Stelle noch, das sich das Design dieser Endstufe hauptsächlich auf das folgende Patent von Nelson Pass, das die Aleph Stromquelle beschreibt, stützt.

  • Amplifier Having an Active Current Source
    Nelson S. Pass
    US 5710522, Jan. 20, 1998

Schaltungsbeschreibung

01.07.2010

Die Aleph J schließt sich an das Schaltungsdesign der Aleph Serie an. Es handelt sich auch hier um ein zweistufiges Konzept mit einem p-Kanal JFET Differenzverstärker mit Stromquelle im Eingang und einer Single Ended Class A Ausgangsstufe basierend auf dem Konzept der Active Current Source mit zwei parallel geschalteten Ausgangsstufen.

Nelson Pass selbst beschreibt den Verstärker in der zugehörigen Bedienungsanleitung wie folgt:

Meanwhile, it’s been about 13 years since I designed the Aleph 3, and I have such affection for that series that I revisited the design.

The Aleph J has about 15dB less negative feedback than the original and achieves comparable distortion, bandwidth and damping figures. It also has about 15dB less noise. Those of you with delicate tube preamps will be happy to see a 242kΩ input impedance with vanishing capacitance.

I consider it the best of the Aleph series.

The Aleph J carries on in the tradition of the Pass Labs Aleph series, combining those elements that were particularly right about the Aleph 3 and 30, and re-thinking those areas open to improvement. Unlike its First Watt predecessors the F1 and F2, the Aleph J is a voltage source amplifier – a regular sort of amplifier like the ones you already know and love.

There are differences between the Aleph J and its predecessors:

  1. Improved power supply filtration with about 20dB less voltage ripple
  2. Reduced gain on the active current source, giving better overall performance into 8-16 ohm loads
  3. Input stage using high quality matched JFETs
  4. Much higher input impedance and vanishing capacitance
  5. 15dB less negative feedback
  6. Even greater stability, operating without lag compensation
  7. 15dB less noise
  8. No electrolytic capacitor in the signal path

Some things have remained the same – the Aleph J has the same basic 2-stage topology and uses output MOSFETs operating in single-ended Class A mode. It’s distortion is still 2nd harmonic, and it’s sound is still natural and liquid. It is still very reliable. I don’t know of a load that can
damage it.

Die veröffentlichten technischen Daten zu dem Verstärker lauten:

measured at 120V AC with an 8Ω load
Input Impedance242 kΩ (RCA input)
Damping Factor20
Output Power25W with 1% THD at 1kHz
30W clipping
Gain19.6dB
Input for 25W output1.5V
Maximum output voltage±21V
Maximum output current±2.5A
Noise100µV unweighted, 20Hz-20kHz

Einige geringfügige Änderungen gegenüber dem Original habe ich noch durchgeführt. Die Stromquelle des Eingangsdifferenzverstärkers ist nun einstellbar, ebenso läßt sich der Wert der beiden Stromquellen am Ausgang variieren. Beides gibt mir die Möglichkeit die Endstufe in ihrem Arbeitspunkt zu beeinflussen. Insbesondere wichtig hierbei ist die Einstellung des Stromes am Eingangsdifferenzverstärker, dessen Wert sich direkt auf die Offset-Spannung am Lautsprecherausgang auswirkt.

Bei den Source Leistungswiderständen und den Widerständen am Ausgang habe ich jeweils 2 parallel geschaltete 1Ω/2W Widerstände verbaut. Als Koppelkondensator im negativen Eingang verwende ich die gleichen 10µF Folienkondensatoren von Panasonic wie in meinem X0 Nachbau. Der Koppelkondensator in der Rückkopplung der Aleph Current Source besteht aus einem 220µF Panasonic FC Elko und einem parallel geschalteten 47nF Folienkondensatoren von Panasonic (gleicher Typ wie oben).

Da Nelson Pass die Schaltung zu diesem Verstärker nicht veröffentlicht hat, möchte ich an dieser Stelle auch davon absehen. Interessenten werden aber sicherlich auf der Aleph Wiki Homepage, dem Forum der AAA oder auf diyAudio fündig oder können sich per E-Mail bei mir melden.

Inbetriebnahme der Prototypen

01.07.2010

Die erste Aleph J Endstufe habe ich auf einen Kühlkörper von HI-FI 2000 (300mm × 210mm × 40mm) mit angegebenen 0,2K/W – gemessen sind es aber eher 0,3K/W – aufgebaut. Die Betriebsspannung wurde von 2 regelbaren Netzteilen aus der Automatisierungstechnik bereitgestellt. Beide Abgleichwiderstände (siehe oben) hatte ich beim Einbau auf die Werte der entsprechenden Widerstände der originalen Schaltung eingestellt.

An dem Trimmer für die Ausgangsstromquellen mußte ich nichts ändern – der Strom lag ziemlich genau bei 1,15A pro Stromquelle, bei einer Spannung von ca. 570mV über den Source-Widerständen. Die Abweichung zwischen den einzelnen MOSFET’s lag unter 10mV, was für sehr gut gematchte Transistoren spricht – ich habe sie bei ebay erstanden. Die Source-Widerstände habe ich übrigens einfach ungemessen aus der Tüte in die Schaltung eingelötet.

Den Strom der Stromquelle des Eingangsdifferenzverstärkers mußte ich anpassen. Nachdem die Endstufe auf ihrer Arbeitstemperatur war, habe ich den Offset auf ca. 0,7mV einstellen können. Eine längere Untersuchung der Offset-Spannung am Lautsprecherausgang steht jedoch noch aus. Allerdings stellte sich dieser Wert bei jedem Einschalten nach dem Aufwärmen der Schaltung bisher wieder ein.

Allein mit einer Aleph J läßt sich schon sagen das der Austausch der Zen Endstufen meine Anlage ein gutes Stück nach vorn bringen wird. Die Unterschiede sind wirklich sehr gravierend und entsprechend ungeduldig warte ich auf das fehlende Material um endlich zwei Endstufen in Betrieb nehmen zu können.


Erste Inbetriebnahme eines Kanals der Aleph J

Erste Inbetriebnahme eines Kanals der Aleph J

In der Zwischenzeit laufen beide Endstufen als Prototypen. Beide Netzteile entsprechen auch schon weitestgehend den entgültig geplanten ungeregelten mit einer CRC Filterung – 4× 47000µF und 2× 0,2Ω. Die Ringkerntransformatoren sind Sonderanfertigungen in gewohnter guter Qualität von RONDO Ringkerntransformatoren der Müller Elektrotechnik GmbH.

Wie oben schon beschrieben habe ich die Trimmer für die Ausgangsstromquellen auf den Wert des originalen Widerstandes belassen. Ich habe jedoch an einer Endstufe den Einfluß gemessen und bin zu der Überzeugung gelangt das an dieser Stelle ein einstellbarer Widerstand völlig überflüssig ist. Folglich habe ich an beiden Endstufen den Trimmer durch einen Widerstand ersetzt.

Zu den klanglichen Eigenschaften kann ich nur sagen das sich meine Erwartungen mehr als bestätigt haben. Die Aleph J ist der Zen haushoch überlegen und bringt Details zum Vorschein die ich auf meinen LP’s / CD’s so noch nie gehört habe.

Die Aleph J ist ein sehr großer Schritt nach vorn für meine Anlage !!!

Aufbau der Endstufen

08.10.2010

Meine Tests mit den Prototypen haben gezeigt das es sich lohnt jeden Lautsprecher meiner Stacked Quads einzeln mit einer Aleph J zu betreiben. Das heißt das ich insgesamt vier Endstufen benötige und so habe ich mich entschlossen zwei Stereo Endstufen zu bauen – eine pro Kanal.

Basis für diese Endstufen sind Pesante Dissipante 5U Gehäuse von HI-FI 2000 mit zwei der oben genannten Kühlkörper (Bestellnr. 1NPDA05300B). Es besteht vollständig aus Aluminium mit einer silbernen 10mm dicken Frontplatte, einer Bodenplatte ohne und einer Deckplatte mit Lüftungsschlitzen.


HI-FI 2000 5U Pesante Dissipante Gehäuse

HI-FI 2000 5U Pesante Dissipante Gehäuse

Da ich für vier Endstufenmodule nicht mehr genügend 2SJ109BL hatte, habe ich ein Redesign der Leiterplatte durchgeführt und im Eingangs-Differenzverstärker zwei gematchte 2SJ74BL verwendet. Außerdem ist die überflüssige Einstellung der Ausgangsstromquellen weg gefallen (siehe oben). Weiterhin habe ich die Leiterbahnen für die Betriebsspannungen und dem Ausgang noch einmal verbreitert.

Jedes Aleph J Modul ist wieder auf einem Kühlkörper montiert. Somit lassen sich die vier Leistungs-MOSFET’s direkt in die Leiterplatte einlöten und man bekommt sehr kurze Signalwege. Ein Thermoschalter überwacht die Temperatur und unterbricht die 230V/AC Zuleitung sobald 75°C überschritten werden. Weiterhin habe ich ein Alu-Winkel auf beide Kühlkörper montiert an dem die Montageplatte für das Netzteil befestigt wird.


Kühlkörper mit Aleph J Modul, Thermoschalter und Alu-Winkel der Montageplatte

Kühlkörper mit Aleph J Modul, Thermoschalter und Alu-Winkel der Montageplatte

Um jeweils eine Stereo Endstufe pro Kanal einzusetzen, muß das Eingangssignal eines Kanals auf beide Endstufenmodule geleitet werden. Der Eingangswiderstand der Aleph J ist sehr hoch (siehe oben) und somit bekommt man keine Probleme durch die Parallelschaltung. Allerdings wollte ich die Stereo Endstufen flexibel genug halten um sie auch einmal für eine 2-Kanal Anwendung einsetzen zu können. Aus diesem Grund gibt es einen Schalter auf der Rückseite mit dem beiden Eingänge separat (Stereo) oder parallel (Dual Mono) geschaltet werden können.

An die Ausgänge beider Endstufen habe ich zusätzlich jeweils ein Muting Modul angeschlossen. Mit dieser Schaltung werden die Ausgäng beim ein- und ausschalten kurzgeschlossen, um so unschöne Geräusche zu verhindern. Basis für das Muting Modul ist ein entsprechender Schaltungsteil der originalen XOno.

Auch diese Endstufen werden in meiner Anlage ferngesteuert vom Vorverstärker ein- und ausgeschaltet, wozu ich ein Remote Schaltung benötige. Zudem sind die Trafo’s mit ihren ca. 400VA knapp an der Grenze um die Haussicherung durch den Einschaltstrom auszulösen. Deshalb verwende ich in den Aleph J die gleiche Remote Schaltung mit Rush-Strom Begrenzung wie in meiner Hypex Endstufe.


Rückwand mit Ein- und Ausgängen, Muting und Remote

Rückwand mit Ein- und Ausgängen, Muting und Remote

Meine Prototypen verhalten sich absolut still (selbstverständlich nur ohne Signal), deshalb habe ich davon abgesehen die Betriebsspannung zu regeln. Für die beiden Stereo Endstufen verwende ich jeweils einen Ringkerntrafo für beide Kanäle (400VA / 4× 19,5V/5A). Dies weicht zwar von meiner grundsätzlichen Philosophie des Doppel-Mono Aufbaus ab, jedoch spare ich so Platz im Gehäuse und beim Einsatz einer Stereo Endstufe pro Kanal habe ich wieder die von mir favorisierte Trennung der Netzteile pro Kanal. Als DC-Filter in der 230V/AC Zuleitung des Transformators setze ich 2× 22000µF/25V Elko’s und einen Brückengleichrichter ein.

Nach dem gemeinsamen Transformator ist die Betriebsspannungsversorgungen für beide Kanäle der Endstufe in bewährter Doppel-Mono-Bauweise ausgelegt. Pro Kanal gibt es 2 Gleichrichter und eine CRC Filterung mit 4× 47000µF/40V Elko’s und 2× 0,22Ω/25W Widerständen. Die beiden Massen (linker / rechter Kanal) sind jeweils über einen Brückengleichrichter mit Erde verbunden.


Montageplatte mit den Netzteilen

Montageplatte mit den Netzteilen

Abschließend noch ein Bild der Endstufe von der Rückseite. Zu sehen sind die beiden Eingänge (XLR Buchsen) und die Lautsprecherausgänge auf beiden Seiten der Rückwand zugeordnet zu den jeweiligen Kanälen. Mittig oben findet sich der Stereo/Mono Umschalter und darunter der Netzschalter und die Netzbuchse mit integrierter Sicherung. Links und rechts daneben sind der Ein- und Ausgang für das Remote-Signal montiert (6,3mm Mono Klinke).


Rückansicht der ES2

Rückansicht der ES2