实验一种串联稳压电源，以及解答高手提出的那13个问题

konrad

实验这种稳压电源的目的有两个：
一、做出在无电压反馈的前提下输出阻抗能与小型蓄电池媲美（约0.1欧姆左右）
二、实现脱离滤波电容对音色的影响，即不管前面使用什么滤波电容都不会对后面设备的音色产生影响

先说结果，第一点做到了，但第二点没有做到。这也是为什么我花了一个星期时间去听的原因，因为我使用的滤波电容是红宝石的ZLH系列。对这个电容的声音风格很熟，一开始高音飙得很厉害，然后慢慢收缩但中音一直都不厚润（参照松下签名版），其变化规律和使用78xx系列稳压加红宝石ZLH输出是一样的，所不同的是这里解析力却能一直保持很高水平。

下面是成品实物图以及稳压主要部分原理图，其中整流部分使用4支三肯的RK36肖特基整流二极管2A/60V，为统一风格另一组的桥堆也采用了三肯的RB-152，滤波电容是2200uf的红宝石ZLH，稳压输出是100uf的EKS。




原理如下，孪生三极管BCM847DS构成镜象结构，参考端在左边，输出端在右边。输出端射极接1K电阻用于预设初始电流10mA，集电极接100R电阻并在BD140的be间用于通过Vbe限定镜象输出端的电流在6-7mA。则初始电流10mA的剩余部分由BD140提供，使BD140处于开启状态，两管都进入线性工作区。当稳压输出100mA时，其主要由BD140提供，镜象输出端的电流只会增加不到1mA左右。又因电流的变化和Vbe的关系呈指数规律，这新增的1mA电流不会使镜象输出端的Vbe产生太大的压差，所以其要比一般达林顿结构或者单管输出所产生的压降要低，后面会实测一下。

konrad

在正式测之前先说点题外话，本次打板做的裸铜板，一改往常要么是银色要么是金色的单调乏味 。不过话说回来裸铜是很容易氧化变暗失去光泽的，但放了一星期我发现这板的所有焊盘都有一层橙亮色的光泽，好象是经过了某种处理的，表面导电能力都没有问题。不知道怎么做到的，有懂的说一下。



在这些焊盘中我特意留了4个过孔，用来测孪生三极管BCM847DS、BCM857DS的4个射极电位。就是前面成品图中的+REF、-REF以及输出电容旁的两个孔，后面测试会用到。



测试使用负载是PHILIPS的PAC03线绕电阻，阻值100欧姆功率3W，用于模拟100mA负载供电场景。



测试100mA输出时输出端压降的过程是这样的，将万用表开mV档跨接在孪生三极管的两个射极之间，黑笔接的是参考端即稳压管的电位，红笔接的是输出端即稳压输出的电位。因为在没有电流输出时，镜象结构的两端电流大致相当，对于参数匹配的孪生三极管来说输出端射极电位要比参考端射极高出十几个mV。这在上次制作1704牛IV实验板校正射极电位过程中已有过相关经验，具体请参考原帖第22、23楼：http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... p;extra=&page=2
在接上测试负载后迅速按下万用表的HOLD键，因为输出电流增大会使输出管BD140或BD139的温度慢慢升高HEF增大Ibe减小Vbe减小导致镜象结构的输出端电流减小而使输出电位重新抬高而导致不准确，记下压差。然后等温度升高到稳定状态后再记录这时两个射极电位的压差，断开负载同样迅速按下HOLD键，道理跟前面一样不过这次是温度降低产生的影响，记下断开时的压差。

正电源初始压差：

接上负载时的压差：

接上负载温度升高稳定后的压差：

断开负载时的压差：


负电源初始压差：

接上负载时的压差：

接上负载温度升高稳定后的压差：

断开负载时的压差：


根据上述结果，正负电源在输出100mA时约有7mV左右的压降，即输出阻抗在0.07 - 0.08欧姆到达预计要求。

konrad

接下来测试一下100mA输出和200mA输出时，整流滤波的纹波状态，这里要用到示波器。将CH1接在整流二极管的正端，通过外接一个独立的桥堆将CH2接在桥堆的正端



CH1开交流档，CH2开直流档观察纹波和全波整流的波形，先接上一个100欧姆的线绕电阻观察100mA输出时的波形


然后再并上一个100欧姆的线绕电阻观察200mA输出时的波形


从图上可以看出电流加倍后纹波的峰谷压差增加了将近一倍，同时全波整流波形的峰顶削得更多了一点。变压器只有在纹波的上升段才会提供能量，纹波的下降段是由2200uf的滤波电容来提供能量，电容的电流电压关系式为：I = C * (dU/dt)，其斜率符合上述观测结果。因为我这里电源变压器的输出能力是两组12v/1.5A和一组24v/0.5A，所以在纹波的上升段有足够的电流来给滤波电容充电同时给负载供能。若我这里使用的变压器输出电流较弱内阻偏大，则电流增大后纹波会出现在上图红箭头标记的位置即半波的Pi/4和3Pi/4附近，平均电压Uo与峰值电压Up的关系为：Uo = Up * sin(Pi/4) = Up * 0.707 = 12v，即交流电压标称值的附近

konrad

现在来回答那13个问题，原贴：http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1359748

根据前面观测结果，回答问题如下

1) 前級需要的功率很小，為何有廠商要用超大的變壓器?

因为变压器大其输出的线阻低输出电流大，在大动态时不易造成较大的压降。与之匹配的整流器电流也要大

2) 大變壓器配大水塘，與小變壓器配小水塘，對前級的聲音有何不同?

没有比较过太小的变压器，但50W的变压器在力度、动态和解析都表现良好。

3) 78系列的穩壓原件，已有廣泛使用多年的經驗。 對輸出電壓的穩定，效能不可否認。
    但為何音響廠商很少使用 78XX 作為模似電路的穩壓?  又快又簡單，有什麼不好 ?
    採用 317 與 電晶體穩壓，又有什麼好處 ? 聲音上有何差別 ?

我之前使用的就是7809、7909做稳压，高音上去困难，输出端要靠红宝石ZLH这种电容，而且细节不够。
317没有比较过，但通过晶体管分立稳压，高音表现好了，现在用红宝石ZLH显得多余，细节也提升了。

4) 貓版主不喜歡有反饋的穩壓，為什麼? 這樣輸出端就不穩定了呀 !

有反馈的稳压一般是指有电压负反馈的稳压电路，这种电路的原理都是基于压差再调整策略的。
其瞬态反应的能力会影响细节，所以我做了无电压反馈的晶体管分立稳压。

5) 什麼是高級穩壓? 穩壓電路，顧名思義， 輸出電壓在任何音量下都聞風不動。 這是好穩壓嗎？
    一個完全顛覆電子學的思考

我不认为闻风不动是好的稳压，比如电池内阻再低输出电流变化的时候还是会有压差的。另外PCB的走线，接线端子都是存在很小电阻的，即便稳压能做到闻风不动但这些电阻上还是会形成压差，因此闻风不动是没有多大意义的。

6) 假如串連電壓源不是好聲音的來源，那為何電流源，也就是併聯穩壓，有時聲音也不為人喜歡，也就是不怎麼樣 ?
    否則大家都使用電流源了呀！
    那好聲的電源標準，到底是如何?

我现在做的晶体管分立稳压是串联稳压，但使滤波电容不再影响后面音频信号电路的音色这个目标没有达到，并联稳压还没做，做过后再比较

7) 為何有人說不作穩壓，全波整流聲音較好 ?
    穩壓電路到底問題在那裡 ?

这个可能更多是因为第3和第4个问题的原因导致的吧，我这里的晶体管分立稳压没有问题

8) 為何有些穩壓是兩段式? 前級電流變化又不大。

没见过两段稳压，是不是就跟二次稳压一样的，我使用二次稳压是为了减少电源组数

9) 複製名牌廠機時，我手上的變壓器稍微高出幾伏特。但穩壓後電壓一樣。穩壓半導體稍微熱一點而已，但完全在安全系數內。這樣 O.K. 嗎？需要再買變壓器嗎？

没有试过，若耐压、温度均安全，从一般理论角度讲是没有问题的，至于音色改变无法判断。

10) 很多論壇提供套件的製作，似乎對變壓器電壓的要求，都允許小幅度的範圍。
      這樣聲音有不同嗎？這樣好嗎 ？

跟第9个问题一样

11) 為何有人建議讓穩壓電晶體有個 三 到五 伏特的壓降? 大一點，緩衝區更多，只要半導體不過熱就好 ?
      一定有人會說，越燙越好。
      但是名機的穩壓半導體都燙的手不能碰嗎？

因为一个稳压电路里恒流源要工作在恒流段，晶体管工作在线性区必须有一个最小电压。只要保证最小压差即可。

12) 穩壓電路裡的大電容，為何沒有人解釋容量選擇的依據。選用的標準到底是什麼?
      對非木耳朵而言，不同容量，聲音會不同。 電路中，到底什麼重要參數影響到聲音 ?

滤波电容太小，输出电压很容易拉低。滤波电容太大，变压器充电时间短对输出电流要求高，与第1个问题相关联。
相同输出电流情况下，容量大充电时间短，放电时间长，容量小则相反。不知这个是不是就是减少电容声的原因，充电时间长则更多的时间是由变压器直接供能的。

13) 最後一個問題，什麼是晶體聲 ？這真的是三極管的缺點嗎？

关于晶体管声，不知道标准的定义是什么样的，如果WIMA电容的表现算的话那真不一定就是晶体管造成的。

konrad

下面借用某高人在157楼的神比喻来预告该帖的续集：http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... page%3D1&page=8

因为这个稳压的第二个目的没有达到，因此我再根据NAIM152这个跟随器的原理做一个并联稳压在续篇中测试它
其实这贴中的稳压电路也是基于这个灵感


把上图中管子的极性倒过来改下参数，再加上一个参考源就成了并联稳压如下图
我拿这个图问过一个香港的高手，他说这图中5mA电流源要换成1 - 1.2K的电阻，电流源会使声音劣化，声音会回来。我不懂声音会回来指的是什么，反正用MMA0204的晶圆电阻和贴片恒流二极管尺寸相当，到时候都试下就知道了

NicoleNicole

还能优化一下，譬如控制覆铜区域，保证电流必须经过电容引脚，更加有效过滤更多电容能过滤的频率

tsh

最高电压能到多少？个人觉得板子还能再小点，毕竟不是所有机器内部空间都很宽裕的。。。

XLS119

konrad 发表于 2019-1-19 20:29
待编辑

BD140能否用场管试下？

qinfeng

楼主是技术派

日王贝才

楼主没有测量100ma输出时，假负载上的上纹波？

konrad

日王贝才 发表于 2019-1-20 11:22
楼主没有测量100ma输出时，假负载上的上纹波？

示波器精度不够，被底噪掩盖了看不出来，波形都没办法触发锁定

日王贝才

也是，没有屏蔽隔离室里测量很小的纹波和噪声是不准确的，外界的电磁辐射和220V交流闯入干扰都可能比这个纹波大

awei0822

konrad 发表于 2019-1-19 20:27
在正式测之前先说点题外话，本次打板做的裸铜板，一改往常要么是银色要么是金色的单调乏味 。不过话说 ...

这是一种叫OSP的制板工艺，无铅，适合SMT，成本底，适合量产稳定的产品，板子不宜长时间存放。
楼主的测试方法很奇特，电压不在负载两端测，而在孪生对管的e级？
而且楼主有严重的概念错误，首先，这种串联线性稳压电源没有输出阻抗这样的指标参数，你做的实验其实是负载调整率测试，即负载上电压的变化对电流变化之比。
如果你要硬算电源内阻，也应该这样算：输入15V减去输出10V后的5V，再除上0.1A，等于50，在这种情况下，你的稳压电路相当于50欧的电阻，怎么可能0.1欧呢？

awei0822

konrad 发表于 2019-1-20 11:36
示波器精度不够，被底噪掩盖了看不出来，波形都没办法触发锁定

什么叫底噪？底噪能盖过纹波？那这电源还怎么用？再次的示波器也能随便测出纹波，哪里还用调什么触发锁定。

konrad

awei0822 发表于 2019-1-20 15:06
这是一种叫OSP的制板工艺，无铅，适合SMT，成本底，适合量产稳定的产品，板子不宜长时间存放。
楼主的测 ...

谢谢你的回答，从你的回答看出你是相关行业里的人。这里负载接出来要经过两次接插件，而且还有pcb布线，接触电阻会累计到一起。同时万用表的档位在测量负载两端近10v的电压时显示精度是不能到mV级的，因此只能测输出点和参考点的压差，专业一点的应该有专门的测试用负载电路，从示波器观察输出点的变化。另外我是把它等效于一个10v电池看，相当于黑盒测试，就是你不知道盒子装的是稳压电路还是电池。

konrad

awei0822 发表于 2019-1-20 15:12
什么叫底噪？底噪能盖过纹波？那这电源还怎么用？再次的示波器也能随便测出纹波，哪里还用调什么触发锁定 ...

我的示波器在探头短接的情况下就有几百uV的不规则高频噪声，如果和几百uV的纹波叠在一起是看不出来的，示波器也没有办法进行边沿触发锁定

awei0822

konrad 发表于 2019-1-20 15:29
我的示波器在探头短接的情况下就有几百uV的不规则高频噪声，如果和几百uV的纹波叠在一起是看不出来的，示 ...

看来你就没测过纹波，也不会测，建议你找本电源的书系统学一下，不要自己编出一些概念误导别人。

konrad

awei0822 发表于 2019-1-20 15:54
看来你就没测过纹波，也不会测，建议你找本电源的书系统学一下，不要自己编出一些概念误导别人。

我的器材有限，不能和专业的比，至少几百uV的波形是看不清楚的。至于是不是要用带增益的有源探头测也不得而知，一些稳压芯片的pdf手册上确实有用示波器测试的图片参考但并没有说明测试使用的何种规格的示波器以及探头的种类