Inhaltsverzeichnis
Einleitung
30. Mai 2024
Mein Freund Uli bat mich im Herbst 2023, für sein Vier-Wege-Hornsystem Endstufen mit geringer Ausgangsleistung für die Mittel- und Hochtonhörner zu bauen. Eine entsprechende Endstufe hatte ich nicht direkt griffbereit, aber beim Nachdenken über eine mögliche Schaltungstopologie kam mir immer wieder die Aleph J in den Sinn.
Das Single-Ended Class A Konzept mit der Aleph Current Source empfand ich als ideal geeignet für diese Aufgabe. Allerdings musste die Endstufe nach meinen Vorstellungen super-symmetrisch aufgebaut sein. Damit wurde es eine Aleph JX.
Zudem wollte ich im Eingang nicht die heutzutage eher schwer zu beschaffenden p-Kanal Toshiba JFETs einsetzen. Ich drehte die Polarität der Eingangsstufe um und setzte n-Kanal JFETs ein. Natürlich muss man dann auch die Polarität der Ausgangsstufen auf p-Kanal MOSFETs ändern. Dies führte zu der Bezeichnung Aleph JXnp.
Die Ausgangsleistung sollte eher gering ausfallen. Durch die Reduktion der Betriebsspannung und die Halbierung der Ausgangsstufen erreichte ich dieses Ziel. Das gab der Endstufe ihren endgültigen Namen: Aleph JXnp S.
- Aleph J: Schaltungstopologie
- X: super-symmetrischer Aufbau
- np: Polaritäten der FETs im Ein- und Ausgang
- S: Reduzierte Ausgangsleistung (Small)
Beschreibung der Schaltungstechnik
30. Mai 2024
Audio Board
Den Eingang der Endstufe bildet ein Differenzverstärker mit den n-Kanal Doppel-JFETs 2SK2145BL. Sie werden aktuell noch produziert und sind deshalb problemlos zu beschaffen. Man findet sie in allen meinen Projekten der letzten Jahre. Durch die Reduktion der Betriebsspannung auf ±15V laufen sie im Sweet Spot. Es sind keine zusätzlichen Kaskode-Transistoren notwendig. Verglichen mit dem Design der Aleph J nutze ich in der Stromquelle des Differenzverstärkers eine präzise Referenzspannung anstelle der simplen Zenerdiode.
Wegen der geringen benötigten Ausgangsleistung verwende ich nur eine Ausgangsstufe. Durch das super-symmetrische Konzept werden dann doch 2 Stufen benötigt. Allerdings gibt es in diesem Design keine zwei parallel geschaltete Ausgangsstufen. Die Arbeitspunkte musste ich natürlich an die geringere Betriebsspannung anpassen.
Um die beiden Ausgänge der Endstufe frei von Offset-Spannungen zu halten verwende ich Servo Regler. Diese können für einen ersten manuellen Abgleich deaktiviert werden. Die Endstufe wird dann mit den Trimmern abgeglichen. Anschließend sorgen die aktivierten Servo Regler für eine automatische Offset-Stabilisierung. So müssen die Servo Regler nur noch die thermischen Schwankungen kompensieren.
Die Betriebsspannung der Endstufe stabilisiere ich mit zwei Kapazitätsmultiplizierern, die mit einstellbaren Referenzspannungen ausgestattet sind. Damit kann ich die Betriebsspannungen auf einen definierten Wert stellen und stabil halten, unabhängig von der aktuellen Netzspannung.
Ich habe die Endstufe so dimensioniert das sie eine Ausgangsleistung von 10W/8Ω erreicht.
Netzteil
Das ungeregelte Netzteil beginnt mit der Netzbuchse mit integrierten Sicherungen. Die Netzspannung wird anschließend durch einen 230V/AC DC-Filter von eventuell vorhandenen Gleichspannungsanteilen befreit. Dies verhindert das der Transformator in die Sättigung getrieben wird.
Der Ringkerntransformator wurde extra für diesen Verstärker von mir spezifiziert und in gewohnt exzellenter Qualität von der Müller Elektrotechnik GmbH gebaut. Ich habe mich bei den Endstufen für einen Trafo entschieden. Jedoch hat jeder Kanal seine eigenen Sekundärwicklungen. Ab dem Trafo ist das Netzteil in Dual Mono Bauweise aufgebaut.
Der Rest des ungeregelten Netzteils für einen Kanal ist auf einer Leiterplatte untergebracht. Nach dem Anschluss der beiden Sekundärwicklungen folgen Snubber Netzwerke. Daran schließt sich der Brückengleichrichter mit Ultra-Fast Soft-Recovery Dioden im TO-220 Gehäuse an. Jede Diode ist auf einen Kühlkörper geschraubt. Nach dem Gleichrichter geht es in eine C-R-C Filterung mit 4x 22000μF und 0,2Ω. Durch die konstante Stromaufnahme der Single-Ended Class A Endstufe gibt es an den Widerständen keine Modulation der Musik. Somit kann man diese Filtertechnik verwenden, um Restwelligkeit aus der Gleichspannung herauszufiltern.
Einschaltstrombegrenzung
Die Leistungsaufnahme dieser Endstufe ist nicht wirklich sehr groß, trotzdem habe ich mich entschlossen, den Rush Strom des Ringkerntransformators beim Einschalten zu begrenzen. Zumal auf dem entsprechenden Board von mir auch die Schaltungen für das Remote Ein- und Ausschalten untergebracht sind. In einem Mehrwegesystem ist es wirklich sehr hilfreich, wenn man nicht alle Endstufen von Hand einschalten muss.
Einbau in ein Gehäuse
30. Mai 2024
Selbstverständlich habe ich ein Gehäuse aus Italien verwendet. Dieses Mal mit 4 Höheneinheiten und einer Tiefe von 400mm. Die Kühlkörper sind in der Lage die Abwärme der Endstufe zu verarbeiten, ziemlich warm werden sie aber trotzdem. Was natürlich für eine Single-Ended Class A Endstufe auch normal ist.
Auf dem Foto oben sieht man die Innenansicht der Endstufe. Ich setzte eine Montageplatte mit einem Lochraster vom Hersteller der Gehäuse ein. Links und rechts, direkt auf den Kühlkörpern verschraubt, kann man die beiden Endstufen erkennen. Unten mittig sitzt der Ringkerntransformator. Das Montageblech des Trafos ist mit Gummipuffern auf der Montageplatte befestigt. Links davon erkennt man die Einschaltstrombegrenzung und rechts den 230V/AC DC-Filter. Oberhalb des Trafos sind die beiden ungeregelten Netzteile zu sehen. Rechts von den Netzteilen befindet sich der zentrale Erdungspunkt.
Die Rückseite der ES5, auf dem Foto oben zu sehen, ist wie für eine Endstufe erwartungsgemäß bestückt. In der Mitte die 230V/AC Zuleitung. Links und rechts davon die Audio Ein- und Ausgänge. Zudem findet man noch die beiden Buchsen für die Remote Steuerung.
Die Frontplatte (siehe oben) ist auf Wunsch schwarz gehalten. Als einziges Bedienelement findet sich dort eine Leuchtdiode, die den Betriebszustand signalisiert.
Zur besseren Handhabung sind auf der Vorder- und Rückseite Griffe angebracht. Die Griffe auf der Rückseite schützen zudem die Buchsen.