audiohobby.ru audiohobby.ru

Аналоговый трансформаторный фильтр с выходным буфером на JFET

Идея использования трансформаторов в качестве аналогового фильтра уже была реализована в ЦАП AH-D7T, который я в своё время собрал, подключив к нему выходные буферы на JFET. С удовольствием «слушаю» эту конструкцию до сих пор, и меня очень устраивает получаемый от неё звук. Было интересно попробовать аналогичный фильтр с буфером в ЦАП AH-D16 Pro, и результат оправдал ожидания.

Схема выходного буфера заимствована у Joachim Gerhard, считаю её удачной, и я уже неоднократно использовал её в своих конструкциях. Буфер не обладает высокой нагрузочной способностью, но позволяет устранить влияние выходных цепей ЦАП на работу трансформатора.

Верхнее плечо буфера представляет собой истоковый повторитель с каскодным включением, позволяющим получить малую входную ёмкость. Нижнее плечо является динамической нагрузкой повторителя в виде источника тока и обеспечивает поддержание нулевого потенциала на выходе схемы за счёт работы однотипных транзисторов обоих плеч в одинаковых режимах.

Особенностью буфера, кроме применения исключительно JFET транзисторов и малого количества элементов, является отсутствие общей ООС — мне нравится «живое звучание» таких схем, и практически весь звуковой тракт у меня сейчас построен именно по такому принципу.

К недостаткам рассматриваемого буфера можно отнести дефицитность транзисторов BF862 и MMBFJ310 (покупать их на Алиэкспресс лучше и не пытаться), а также необходимость их подбора в пары по начальному току стока для верхнего и нижнего плеч. При большом разбросе этих параметров может возникнуть проблема с балансировкой схемы. От этих параметров зависит также результирующая величина тока покоя, который не регулируется, поэтому желательно подобрать транзисторы с одинаковыми параметрами для обоих каналов. Я использовал для этой цели китайский тестер M328. Несмотря на то, что измеренные им значения параметров JFET обычно не соответствуют реальным значениям, и тестер может даже «перепутать» расположение выводов стока и истока (последнее вызвано скорее особенностями транзисторов JFET, чем недостатком измерительного прибора), по его показаниям вполне можно подобрать близкие по параметрам транзисторы.

При сборке одного из каналов фильтра «сходу» подобрать транзисторы BF862 в пару не удалось — не помогла даже их перестановка в плечах, поэтому один из «неудачных» транзисторов пришлось заменить на более подходящий, хорошо, что был запас. Ток покоя в одном канале буфера получился 14 мА, в другом — 10 мА, и я посчитал такой разброс приемлемым. Уход «нуля» на выходе схемы при прогреве с правильно подобранными транзисторами не превышает 1 мВ.

Первоначальную установку «нуля» на выходе схемы (потенциометром R5) и проверку получившегося тока покоя (по падению напряжения на резисторе R3) удобнее производить без трансформатора, временно подключив вместо его вторичной обмотки резистор номиналом 300 Ом, эквивалентным сопротивлению обмотки. В этом случае, при необходимости, будет легче перепаивать транзисторы, расположенные снизу платы:

 

Транзисторы BF862 (VT1, VT3) характеризуются малым напряжением отсечки (-0,3..-1,2В) и довольно большим начальным током стока (10..25 мА), что позволяет получить достаточный выходной ток буфера (примерно до 20 мА) при относительно малом значении номинала резистора R3, через который проходит выходной сигнал. Транзисторы MMBFJ310 (VT2, VT4) также имеют «приличный» начальный ток стока (24..60 мА), и они работают при том же выходном токе. В свою очередь, напряжение отсечки у транзисторов MMBFJ310 больше (-2..-6,5В), и оно определяет рабочее напряжение между истоком и стоком транзисторов BF862 (с моими экземплярами транзисторов оно получилось в пределах 1,3..1,6В).

Схема должна работать и при закороченном резисторе R3, при этом для возможности балансировки схемы резистором R5 необходимо, чтобы начальный ток стока транзистора VT3 был чуть больше, чем у VT1. В этом случае выходной ток буфера будет максимальным и равным начальному току стока транзистора VT1 (при начальном токе стока напряжение между истоком и затвором транзистора JFET равно нулю). Работу каскада в таком режиме я не проверял.

Отсутствие общей ООС делает выходной буфер довольно чувствительным к качеству питания. Очень хорошо, что в ЦАП AH-D16 Pro применены качественные стабилизаторы ±15В. Опытным путём я установил, что для получения «чистого» звука необходимо использовать сетевой фильтр на синфазном дросселе с двумя конденсаторами ёмкостью хотя бы по 0,33 мкФ в первичной цепи питания ЦАП (по крайней мере — питания аналоговой части ЦАП).

Изначально планировалось использование трансформаторов собственной намотки на тороидальных сердечниках из нанокриcталлического железа, например, MSTAN-30S-TH. Намотка каждого трансформатора должна выполняться одновременно в 4 провода и содержать 500..1000 витков. Обмотки включаются последовательно, попарно, в результате и первичная, и вторичная обмотки получатся с секционированием.

Так как платы фильтров имеют ограниченный размер (40 x 25 мм), применение сердечников большего размера крайне проблематично. На фотографиях ниже приведены возможные варианты размещения тороидальных трансформаторов: горизонтально («плашмя») или вертикально. 

При горизонтальном расположении трансформатора концы 4-х обмоток обмоток (8 выводов) запаиваются в специально предусмотренные отверстия в левой части платы, а потенциометр регулировки баланса придётся «навесить» на выводах за пределами платы:

При вертикальном размещении трансформатора потенциометр поместится на плате сбоку, а сам трансформатор можно будет пристегнуть к плате пластиковой стяжкой:

Концы выводов трансформатора при этом варианте запаиваются в отверстия в верхней части платы:

При любом из этих вариантов, на мой взгляд, конструкция получается громоздкой и некрасивой. По этой причине я решил пойти «проторенной дорожкой», использовав готовые китайские трансформаторы R3 с Алиэкспресс.  Раньше я покупал их в магазине Zhifeng D electron Store, а в этот раз приобрёл в Pony Electronics Audio Store — оба варианта оказались хороши. Наверное, их можно купить где-то ещё.

Параметры трансформаторов следующие:

  • размер (Ш x Г x В): 26 x 25 x 20 мм;
  • материал сердечника: пермаллой с 85% содержанием никеля;
  • режим экранирования: медной фольгой вокруг сердечника;
  • сопротивление постоянного тока: около 304 Ом;
  • измеренная индуктивность: около 340 Гн;
  • частотный диапазон: 20 Гц ~ 80 кГц -0,2 дБ;
  • максимальный входной ток: 15 мА.

Эти трансформаторы по размерам идеально подходят под размеры плат фильтров, и самое главное — мне нравится с ними звук! Поэтому в результате я отказался от намотки собственных трансформаторов, хотя на платах описанная выше возможность сохранена. Кстати, при собственной намотке трансформатора на сердечнике MSTAN-30S-TH в 4 провода по 500 витков расчётная индуктивность первичной и вторичной обмоток составила бы всего примерно по 30 Гн, а это на порядок меньше, чем у готовых R3! Так стóит ли овчинка выделки? Тем более, что у меня нет возможности подобрать номинал резистора R2 по минимуму искажений. И номиналы элементов R1, R2, C1 я поставил без подбора в соответствии с рекомендациями по сборке ЦАП AH-D7T. Номинал резистора R4 должен примерно соответствовать реальному сопротивлению постоянному току вторичных обмоток трансформатора (у моих экземпляров — по 308 Ом).

При использовании собственных трансформаторов необходимо замкнуть припоем снизу платы перемычки J3, J4, J5, J6 — они подключают дорожки до отверстий под выводы трансформаторов на краях платы (если они не используются, то и незачем «тянуть» по плате лишние провода, поэтому по умолчанию эти соединения разорваны). Также на плате предусмотрена возможность отключения выходного буфера — для этого нужно разрезать снизу платы дорожку на перемычке J1 (по умолчанию она замкнута) и замкнуть припоем перемычку J2 — она соединит выход трансформатора напрямую с контактом выходного разъёма. Думаю, что в конструкции AH-D16 Pro такой вариант востребован не будет, так как в этом случае придётся исключить на плате ЦАП выходные T-фильтры, и под влиянием выходных соединительных кабелей звук безусловно деградирует. Тем не менее, для экспериментов с другими вариантами буферов такая возможность может оказаться полезной.

На плате фильтра предусмотрена установка подстроечного многооборотного резистора R5 номиналом 10 Ом типа SMD 3224W или выводного типа 3296W — навесным монтажом (выводы резистора лучше при этом наполовину укоротить):

Конденсаторы в фильтрах питания C2, C3 — плёночные SMD с диэлектриком PPS типоразмера 1206 или 1210. При увеличении номиналов этих емкостей возможно нарушение тембрального баланса (кстати, на плате самого ЦАП фильтрующие плёночные конденсаторы устанавливаться не должны). Для облегчения подбора емкостей снизу платы предусмотрены ещё два места под конденсаторы параллельно C2, C3, так что можно начать с установки меньших номиналов (например 10 нФ) и, в случае необходимости, добавить ещё, не выпаивая первые.

Так как фильтры получились довольно массивные, желательно предусмотреть в конструкции ЦАП какую-нибудь прижимную обойму для них:

Ссылка на заказ печатных плат в Китае.

Вложение:
trans-buffer.gif 43 Кбскачан 9 раз
Вложение:
bom-ah-fx-trans-buffer.xls 32 Кбскачан 9 раз
+45
+1
caleb caleb 1 месяц назад #

Дааааа ,  если бы и сюда все таки надумали мотать трансформаторы,  преклоняюсь перед вашей терпеливостью и усидчивостью.......

0
Rasmus Rasmus 1 месяц назад #

nice :) на счет BF862… можно ли заменить на CPH3910 или NSVJ2394?

или 2SK152, Ciss=8pF ?

+1
admin admin 1 месяц назад #

можно, на счет BF862 я замену с CPH3910 и 2sk209BL проверял в аналогичном применении

0
Rasmus Rasmus 1 месяц назад #

спасибо! попробую тогда CPH3910

+1
Pushok62 Pushok62 1 месяц назад #

CPH3910 по параметрам подходит, а у NSVJ2394 и 2SK152 максимальное рабочее напряжение 15 вольт, маловато может оказаться.

0
ivan1230 ivan1230 1 месяц назад #

Заинтересовал данный фильтр, но возник вопрос: измерялся ли частотный диапазон фильтра, что с ослаблением вч (частотный диапазон трансформаторов: 20 Гц ~ 80 кГц -0,2 дБ, на 80 кГц практически нет ослабления, что дальше неизвестно)?

0
Pushok62 Pushok62 1 месяц назад #

Нет, частотную характеристику я не снимал. 

0
segr segr 15 дней назад #

Транзисторы бы еще наши германиевые, их вроде пока еще не подделывают. джфеты лотерейно покупать, да (

0
Lokomotiv91 Lokomotiv91 15 дней назад #

Совместим ли данный фильтр с AH-D3.1?

0
admin admin 15 дней назад #

да

0
secofr secofr 11 дней назад #

Есть лишняя плата буфера. Одна!

0
Pushok62 Pushok62 11 дней назад #

У меня кстати тоже одна лишняя есть :)

0
secofr secofr 11 дней назад #

Вот и пара :)

0
telemaster2007 telemaster2007 8 дней назад #

Может кто видел, на Алиэкспрессе попадались панельки для смд транзисторов. Чтото не могу найти, ато как их в пары подбирать?

+1
Pushok62 Pushok62 8 дней назад #

Можно такие переходники использовать и прижимать к ним транзисторы какой-нибудь прищепкой.