Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Eingangs-Board mit UGS5 Modul
- Ausgangsboard der Brückenendstufe
- Netzteil
- Einschaltstrombegrenzung und Remote On/Off
- Erste Inbetriebnahme
- Änderungen am Design
- Umbau zur XA30.8
Einleitung
26. Mai 2013
Ich habe die Schaltpläne der X.5 und XA.5 Endstufen Serie von Pass Labs schon seit längerer Zeit vorliegen. Da ich für den Endausbau meines Lautsprechersystems noch Endstufen benötigte, lag es nahe, eine Endstufe aus dieser Serie zu wählen. Diese muss natürlich in der Lage sein, meine Quad ESL zu betreiben, und sollte demzufolge auch in ihren Leistungsdaten an diesen Lautsprecher angepasst sein. Meine Wahl fiel auf die XA30.5, zumal es sich um eine Stereoendstufe handelt und ich 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. In den veröffentlichten Daten ist allerdings 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 einen Schaltungsteil, der dafür sorgt, dass die Endstufe bei kleinen Ausgangsleistungen im Eintakt-A Betrieb läuft.
Am Eingang der Endstufe sitzt ein UGS-Modul mit der bekannten SUSY-Schaltung (Super Symmetric). Der Einsatz dieser Schaltungstopologie ist erst sinnvoll, wenn symmetrische Signale verwendet werden. 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 kann die besondere Rückkopplungstechnik der SUSY-Schaltung bis zum Lautsprecher optimal ausgenutzt werden.
Diese supersymmetrische Schaltungstopologie wird in dem folgenden 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. Juli 2013
Auf diesem Board sind die Eingangsbeschaltung mit wählbarer Spannungsverstärkung (24dB oder 30dB), die überbrückbare AC-Kopplung, das UGS5 Modul sowie die beiden Bias-Schaltungen für die Brückenendstufe untergebracht.
Man sieht sehr gut die vier Trimmer, mit denen die Endstufe abgeglichen wird. Die beiden Trimmer in der Mitte beeinflussen den absoluten Offset der beiden Ausgänge gegen Masse sowie den differenziellen Offset beider Ausgänge zueinander. Mit den beiden äußeren Trimmern wird der Ruhestrom der beiden Teile der Brückenendstufe eingestellt.
Ausgangsboard der Brückenendstufe
28. September 2013
Das Ausgangsboard mit seinen 20 Leistungs-MOSFETs ist direkt auf dem Kühlkörper montiert. Am Aufbau der Leiterplatte sind die beiden Teile der Brückenendstufe mit jeweils 10 MOSFETs erkennbar. Die Leistungswiderstände links und rechts neben dem Board gehören zum Schaltungsteil für den Single-Ended Class-A Betrieb der Ausgangsstufe. Auf der linken Seite des Kühlkörpers ist außerdem ein Thermoschalter montiert, der die Endstufe abschaltet, sobald der Kühlkörper eine Temperatur von 75°C überschreitet.
Im endgültigen Aufbau habe ich die einfache Schaltung mit den Widerständen nicht verwendet. Zum Einsatz kommt eine etwas aufwendigere Schaltung, wie sie in den neueren Endstufen von Pass Labs zu finden ist.
Diese Technik lässt sich bei allen Gegentakt Endstufen anwenden. Eine sehr schöne Einführung dazu 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. September 2013
Insbesondere bei Endstufen bestimmt das Netzteil die audiophile Qualität des Geräts. Ich habe mich bei dieser Endstufe – bis auf den Trafo – ebenfalls für eine Dual-Mono Konstruktion entschieden. Das bedeutet, dass jeder Kanal ein eigenes Netzteil hat. Der Trafo ist zwar nur einmal vorhanden, verfügt aber über separate Wicklungen für die Kanäle.
Wie bei all meinen Geräten üblich, habe ich in der primären Zuleitung des Trafos einen DC-Filter geschaltet. Wie man einen solchen Filter auslegt, beschreibe ich ausführlich im Abschnitt „Tipps & Tricks”. Hier kommen 4× 22.000µF/25 V Elkos zum Einsatz, da ich diese in größeren Mengen verfügbar habe.
Der Aufbau der Netzteile pro Kanal ist klassisch. Hinter den abgesicherten Sekundärwicklungen des Transformators ist ein Snubber-Netzwerk installiert, das den Schwingkreis – bestehend aus der Sekundärspule des Transformators und den Sperrschicht-Kapazitäten der Dioden im Brückengleichrichter – stark dämpft. Darauf folgt ein diskreter Brückengleichrichter mit Ultrafast Soft-Recovery Dioden von International Rectifier (HFA25PB60). Daran schließt sich eine Elko Bank mit einer Kapazität von 4x 47.000µF und 2x 0,22Ω/25W für eine CRC-Filterung an. Ich kann die CRC-Topologie hier nur einsetzen, da ich sicher bin, mit meinen Lautsprechern den Class-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. September 2013
Ab ca. 400VA haben Ringkerntransformatoren so hohe Einschaltströme, dass eine normale Haussicherung in der Regel auslöst. Aus diesem Grund muss man diese sogenannten Rush-Ströme begrenzen. Das hier gezeigte Board wird auch in den Aleph J und in der Hypex Endstufe verwendet. Die Schaltung hat sich über Jahre bewährt.
Zusätzlich zur Strombegrenzung befinden sich auf dem Board noch zwei Schaltungsteile, die einerseits das Ein- und Ausschalten der Endstufe mit einer Remote DC Spannung und andererseits das verzögerte Schalten eines weiteren Geräts ermöglichen.
Die Schaltpläne zu diesem Board sind in der Beschreibung der Hypex Class-D Endstufe zu finden.
Erste Inbetriebnahme
21. August 2019
Die erste Inbetriebnahme – noch ohne Rückwand – fand am 23. März 2014 statt. Die ersten Eindrücke waren eher ernüchternd: Im Vergleich zur Aleph J schnitt die XA30.5 schlechter ab. Vier Tage später stellten sich jedoch die ersten Aha-Effekte ein und zwei Tage danach war klar, wohin die Reise geht. Die XA30.5 benötigt etwas Einspielzeit.
Mittlerweile würde ich den Vergleich mit der Aleph J ähnlich wie den Vergleich zwischen den Vorverstärkern X0.2 und XP-30 einschätzen. Mit der Aleph J habe ich einige Jahre sehr zufrieden Musik gehört, sie ist ohne Zweifel eine herausragende Endstufe. Vergleicht man sie jedoch direkt mit der XA30.5 – zurzeit habe ich nur eine Stereoendstufe an der Anlage, das heißt, die zwei Quads pro Kanal laufen parallel an einem Kanal der XA30.5, wird überdeutlich, welcher Endstufe der Vortritt zu geben ist. Wie bei den Vorstufen zeichnet sich die XA30.5 durch Auflösungsvermögen und Detailreichtum aus – das ist einfach unbeschreiblich und für mich nicht in Worte zu fassen.
Ich bin immer wieder erstaunt, welche Fortschritte noch möglich sind.
Das folgende Bild zeigt die Rückwand der ES4 mit den Ein- und Ausgängen.
Änderungen am Design
24. Juli 2018
Selbstverständlich habe ich, wie bei meinen Nachbauten üblich, einige Änderungen gegenüber den ursprünglichen Schaltplänen der XA30.5 vorgenommen. Mir liegen Pläne aus dem Jahr 2007 vor, sodass ich mich hier auf das Design der XA.5 Serie zu diesem Zeitpunkt beziehe.
Die größten Änderungen habe ich am Netzteil vorgenommen. Ich habe es vollständig selbst konstruiert und nur bei den wichtigsten Daten, der Ausgangsspannung und dem Strom, in die Schaltpläne der XA.5 Serie geschaut.
- Ursprünglich gibt es nur ein Netzteil für beide Kanäle. Bei mir ist es ein Dual-Mono Aufbau ab der Sekundärseite des Trafos.
- Die Gesamtkapazität des Original-Netzteils beträgt 180.000µF, bei mir sind es 376.000µF.
- 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 keine einfache NTC-Lösung, sondern eine kleine Ablaufsteuerung. Diese schaltet das strombegrenzende Element komplett ab, sodass keine unnötige Wärmequelle entsteht.
- Ich habe an allen sekundärseitigen Spannungen ein Snubber-Netzwerk eingesetzt. Dadurch wird verhindert, dass 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 MOSFETs wie in den neueren Designs von Pass Labs.
- Für die Single-Ended Class-A Ausgangsleistung verwende ich nicht die simple Widerstandsschaltung.
- Die Single-Ended Class-A Ausgangsleistung wurde von mir gegenüber dem Original um ein Vielfaches erhöht.
Umbau zur XA30.8
21. August 2019
Mitte 2016 habe ich beide Endstufen zur XA30.8 umgebaut. Dazu musste ich die beiden Audio-Leiterplatten neu designen, wobei die größeren Änderungen am Front-End vorgenommen wurden.
Erstaunlicherweise hat sich die audiophile Performance doch noch einmal verbessert. Zwar fällt der Unterschied zwischen der XA30.5 und der XA30.8 nicht mehr so groß aus wie der zwischen der XA30.5 und der Aleph J, doch erstaunt mich immer wieder, wie man durch (kleine) Änderungen am Design die Performance eines Gerätes weiter steigern kann.
Für meinen Freund Guido habe ich eine Endstufe in einem Gehäuse aufgebaut, das der X.5 Serie nachempfunden wurde und aus chinesischer Produktion stammt. Das Gehäuse selbst wiegt schon um die 20 kg, sodass diese Endstufe aufgrund ihrer Abmessungen und ihres Gewichts sehr unhandlich ist. Allerdings ist sie eine Augenweide und ich erfreue mich immer wieder an ihrem Design, solange ich sie nicht bewegen muss.
