ES4 / Pass XA30.5 Nachbau

 

!!! Bitte keine Anfragen bzgl. Schaltplänen !!!

Solange Nelson Pass die Schaltpläne nicht veröffentlicht werde ich sie auch nicht weiterreichen um so den kommerziellen Erfolg durch nicht genehmigte Weitergabe nicht zu gefährden.

 

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

26.05.2013

Schon seit längerer Zeit habe ich die Schaltpläne der X.5 und XA.5 Endstufen Serie von Pass Labs vorliegen. Da ich für den Endausbau meines Lautsprechersystems noch Endstufen benötigte, lag es nahe eine Endstufe aus dieser Serie zu wählen. Diese Endstufe muss natürlich in der Lage sein meine Quad ESL zu treiben und sollte demzufolge auch in ihren Leistungsdaten an diesen Lautsprecher angepaßt sein. Meine Wahl fiel auf die XA30.5. Zumal es sich um eine Stereo Endstufe handelt und ich ja sehr gute Erfahrungen mit der Einzelansteuerung der Lautsprecher bei den Stacked Quads gemacht habe.

Bei der XA30.5 handelt es sich um eine Stereo Endstufe im Gegentakt AB Betrieb mit einer maximalen Ausgangsleistung von ca. 100W/8Ω pro Kanal. Schaut man allerdings in die veröffentlichten Daten so ist dort von einer Ausgangsleistung von 30W/8Ω die Rede. Dies bezeichnet die Ausgangsleistung im Gegentakt A Betrieb. Es handelt sich also um eine Endstufe mit sehr hohem Ruhestrom. Zusätzlich gibt es noch einen Schaltungsteil der dafür sorgt das die Endstufe bei kleinen Ausgangsleistungen im Eintakt A Betrieb läuft.

Am Eingang der Endstufe sitzt ein UGS Modul mit der berühmten SUSY (super symmetrical) Schaltung. Der Einsatz dieser Schaltungstopologie wird erst richtig sinnvoll wenn man symmetrische Signale verwendet. Konsequenterweise handelt es sich bei diesem Verstärker um eine Brückenendstufe bei der der Lautsprecher zwischen den Ausgängen zweier gegenphasig angesteuerter Endstufenmodule geschaltet wird – nur so profitiert man von der besonderen Rückkopplungstechnik der SUSY Schaltung bis zum Lautsprecher.

Diese Super-Symmetrische Schaltungstopologie wird in dem folgende Patent beschrieben

  • Amplifier With Gain Stages Coupled for Differential Error Correction
    Nelson S. Pass
    US 5376899, Feb. 4, 1994

Eingangs-Board mit UGS5 Modul

21.07.2013

Auf diesem Board ist die Eingangsbeschaltung mit der wählbaren Spannungsverstärkung (24dB oder 30dB) und der überbrückbaren AC-Kopplung, das UGS5 Modul und die beiden Bias Schaltungen für die Brückenendstufe untergebracht.


Eingangs-Board mit UGS5 Modul

Eingangs-Board mit UGS5 Modul

Man sieht sehr schön die 4 Trimmer mit denen die Endstufe abgeglichen wird. Die beiden Trimmer in der Mitte beeinflussen den absoluten Offset der beiden Ausgänge gegen Masse und den differentiellen Offset beider Ausgänge zueinander. Mit den beiden äusseren Trimmern stellt man den Ruhestrom der beiden Teile der Brückenendstufe ein.

Ausgangsboard der Brückenendstufe

28.09.2013

Das Ausgangsboard ist mit seinen 20 Leistungs-MOSFET’s direkt auf dem Kühlkörper montiert. Man sieht am Aufbau der Leiterplatte die beiden Teile der Brückenendstufe – jeweils 10 MOSFET’s. Die Leistungswiderstände links und rechts neben dem Board gehören zum Schaltungsteil für den Single Ended Class A Betrieb der Ausgangsstufe. Links auf dem Kühlkörper ist auch noch ein Thermoschalter montiert der die Endstufe abschaltet sobald der Kühlkörper eine Temperatur von 75°C überschreiten sollte.


Gegentakt AB Ausgangsstufen eines Kanals

Gegentakt AB Ausgangsstufen eines Kanals

Im endgültigen Aufbau habe ich die simple Schaltung mit den Widerständen nicht verwendet. Es kommt eine etwas aufwendigere Schaltung, wie sie in den neueren Endstufen von Pass Labs zu finden ist, zum Einsatz.

Diese Technik lässt sich eigentlich bei allen Gegentakt Endstufen anwenden. Eine sehr schöne Einführung findet sich in dem Buch

Audio Power Amplifier Design Handbook – 5th ed.
Douglas Self
Focal Press
ISBN: 978-0-240-52162-6

im Kapitel 11 Class-XDTM: Crossover Displacement Technology.

Netzteil

28.09.2013

Das Netzteil bestimmt insbesondere bei Endstufen die audiophile Qualität des Gerätes. Ich habe mich auch bei dieser Endstufe – bis auf den Trafo – für eine Dual-Mono Konstruktion entschieden. Das bedeutet das jeder Kanal ein eigenes Netzteil hat. Der Trafo ist nur einmal vorhanden, hat aber separate Wicklungen für die Kanäle.

Wie bei allen meinen Geräten üblich habe ich in der primären Zuleitung des Trafo’s einen DC-Filter geschaltet. Wie man einen solchen Filter auslegt beschreibe ich ausführlich in Tipps & Tricks. Hier kommen 4× 22000µF/25V Elko’s zum Einsatz da ich sie in grösseren Mengen verfügbar habe.

Der Aufbau der Netzteile pro Kanal ist klassisch. Hinter den abgesicherten Sekundärwicklungen des Trafo’s ist ein Snubber Netzwerk installiert das den Schwingkreis – Sekundärspule des Trafo’s und Sperrschicht-Kapazitäten der Dioden im Brückengleichrichter – stark bedämpft. Hinter diesem Netzwerk folgt ein diskreter Brückengleichrichter mit Ultrafast Soft Recovery Dioden von International Rectifier (HFA25PB60). Daran schließt sich eine Elko-Bank mit einer Kapazität von 4× 47000µF und 2× 0,22Ω/25W für eine CRC Filterung an. Einsetzen kann ich die CRC Topologie hier nur da ich sicher bin mit meinen Lautsprechen den A Bereich der Endstufe nicht zu verlassen – im B Betrieb würde man eine Modulation des Musiksignals an den Widerständen erhalten.

Einschaltstrombegrenzung und Remote On/Off

22.09.2013

Ab ca. 400VA haben Ringkerntransformatoren so hohe Einschaltströme das eine normale Haussicherung in der Regel auslöst. Aus diesem Grund muß man für eine Begrenzung dieser sogenannten Rush-Ströme sorgen. Das hier gezeigte Board wird auch in den Aleph J und in der Hypex Endstufe verwendet. Die Schaltung hat sich über Jahre bei mir bewährt.

Zusätzlich zu der Strombegrenzung befinden sich noch zwei Schaltungsteile auf dem Board die für das ein- und ausschalten mit einer Remote DC Spannung der Endstufe und für das verzögerte schalten eines weiteren Gerätes sorgen.


Board für die Einschaltstrombegrenzung und Remote On/Off

Board für die Einschaltstrombegrenzung und Remote On/Off

Die Schaltpläne zu diesem Board findet man bei der Beschreibung der Hypex Class D Endstufe.

Erste Inbetriebnahme

30.03.2014

Die erste Inbetriebnahme – noch ohne Rückwand – fand am 23.03.2014 statt. Die ersten Eindrücke waren eher ernüchternd und im Vergleich mit der Aleph J schnitt die XA30.5 schlechter ab. Vier Tage später stellten sich aber die ersten Aha-Effekte ein und weitere zwei Tage danach war klar wo die Reise hin geht. Die XA30.5 braucht etwas an Einspielzeit.

Mittlerweile würde ich den Vergleich mit der Aleph J so einschätzen wie der Vergleich zwischen den Vorverstärkern X0.2 und XP-30. Mit der Aleph J habe ich einige Jahre sehr zufrieden Musik gehört und sie ist ohne Zweifel eine herrausragende Endstufe. Vergleicht man sie aber direkt mit der XA30.5 – und ich habe zur Zeit nur eine Stereo Endstufe an der Anlage, das heißt die 2 Quads pro Kanal laufen parallel an einem Kanal der XA30.5 – wird überdeutlich klar welcher Endstufe der Vortritt zu geben ist. Wie auch bei den Vorstufen zeichnet sich die XA30.5 durch Auflösungsvermögen und Detailreichtum aus – einfach unbeschreiblich und für mich nicht in Worte zu fassen.

Ich bin wieder einmal erstaunt welche Fortschritte immer noch möglich sind.


erste Inbetriebnahme einer Stereo Endstufe

Erste Inbetriebnahme einer Stereo Endstufe

Änderungen am Design

30.03.2014

Natürlich habe ich – wie eigentlich immer bei meinen Nachbauten – ein paar Änderungen gegenüber den ursprünglichen Schaltplänen der XA30.5 vorgenommen. Mir liegen Pläne aus dem Jahr 2007 vor und so beziehe ich mich hier auf das Design der XA.5 Serie zu diesem Zeitpunkt.

Die größten Änderungen habe ich am Netzteil vorgenommen. Eigentlich ist das Netzteil vollständig von mir konstruiert und ich habe nur bei den wichtigsten Daten – Ausgangsspannung und Strom – in die Schaltpläne der XA.5 Serie geschaut.

  • Im originalen Design gibt es nur ein Netzteil für beide Kanäle, bei mir ist es ein Dual-Mono Aufbau ab der Sekundärseite des Trafo’s (siehe oben).
  • Die Gesamtkapazität im originalen Netzteil liegt bei 180000µF, bei mir sind es 376000µF.
  • Die passiven Netzteile sind mit CRC Filterstufen ausgerüstet, im Original sind es nur Kondensatoren – Gründe siehe oben.
  • Primärseitig setzte ich einen 230V/AC DC-Filter ein.
  • Als Einschaltstrombegrenzer für den Trafo verwende ich keinen simplen NTC, sondern eine kleine Ablaufsteuerung die das strombegrenzende Element komplett abschaltet (keine unnötige Wärmequelle).
  • An allen sekundärseitigen Spannungen setzte ich ein Snubber Netzwerk ein. Dies verhindert das sich auf den DC Spannungen eine hochfrequente Resonanzfrequenz ausbildet.
  • Es gibt ein Schaltungsteil der die Endstufe Remote ein- und ausschaltet.

Ich habe auch Änderungen an den Audio-Schaltungen vorgenommen.

  • Die AC Eingangskopplung ist bei mir überbrückbar.
  • Der Arbeitspunkt der beiden JFET-Differenzverstärker im UGS5 Modul wurde optimiert.
  • Im UGS5 kommt bei mir eine Hawksford Kaskode zum Einsatz. Dies verringert noch einmal die Verzerrungen.
  • Am Ausgang des UGS5 verwende ich Toshiba MOSFET’s wie in den neueren Designs von Pass Labs.
  • Für die Single Ended Class A Ausgangsleistung verwende ich nicht die simplen Widerstandsschaltung.
  • Die Single Ended Class A Ausgangsleistung wurde von mir gegenüber dem Original um ein Vielfaches erhöht.