名机 darTZeel，艺雅，和低温出炉的A类后级，对比一下提供一些设计经验和散热测...

bbp

darTZeel 最近非常火，瑞士的这家音响公司做出来的这款旗舰产品NHB-458，售价在国外甚至比奔驰S级别的车还贵，达150000美元。（当然在国内例外，国内关税和各种税高哈）
艺雅的旗舰MX-R推出也有一段时间了，stereophile将这款机器评为“史无前例的性感”，哈哈，售价不到两万美元，价格不错。
最近在研究后级，因为期望做到全频段全功率条件下都具备超低THD+N, 超低IMD以及相位失真，所以在设计末级时做了不少仿真和实验。下面有部分关于这个末级的测试数据，为无大环路负反馈的情况下测试。

有人认为低失真（各种失真，不单单是THD）是好声的必要条件；有人认为失真和声音是两码事，没有太多关联；有人认为THD高点无所谓，IMD低就OK，于是有"无大环路负反馈放大器”的盛行，例如darTZeel就是此类的鉴定执行者，同样美国厂艺雅也在其产品和宣传里面贯彻这个信念；日本厂金嗓子ACCUPHASE，其名字可以解释为“精确相位”；


当然宣传和产品实际情况可能有些许出入，darTZeel宣传他们的放大器不注重THD，而IMD则是声音劣化的元凶，于是他们采用无大环路负反馈的架构以避免IMD恶化，实际情况如何？
下面是一些实验数据的简单比对，名机数据以及图片来自发烧天书stereophile （www.stereophile.com）

1. THD+N VS. POUT， 谐波失真加噪声与功率输出关系图
darTZee
l

AYRE


Mine


2. THD+N VS. FREQUENCY, 谐波失真加噪声与频率关系图
darTZeel


AYRE


Mine
带宽限制在20Hz-22kHz，所以7kHz以上的数据下降为假象哈。
红色为50W，枚红色为20W, 蓝色为10W，8欧姆负载


看看IMD的情况
darTZeel


AYRE


Mine
第一图为AP驱动OPS，8Vrms(AP单端信号源最大幅值)，第二图为一个简单的电压Driver驱动OPS（约20Vp），可以看到OPS的输出驱动8欧姆负载时与Driver的输出几乎完全一致，不添加额外的IMD失真成分，暂时无条件做上面两名机同等功率对比，艺雅比达萧的IMD要低很多很多。



光看OPS的失真：8欧姆负载
使用工频变压器加整流滤波供电的情况下，噪声在图上读出来是7uV，THD+N最低约0.0005%在2.5Vrms的位置。这个性能有点超出预期，做优化之后应该会更好。有点期待全部管子都配对以后，8并输出时THD+N能在大功率输出时也达到-100dB。


这个OPS在闭环之后，失真FFT有点像AD1955之类的次顶级DAC小信号输出的情况，超级期待8并输出和优化LAYOUT之后的测试结果。


名机正脸，的确sexy。


低温零下40度做过实验出炉的实验板，在名机面前哆嗦....



关于这个OPS，应该可以YY一下进一步改进之后配合高性能的驱动级做无大环路反馈的功放，或者配合前级做到超低各种失真功放来用。

目前得到的几点体会：
1. 1kHz的THD低并不代表什么，频率高上去了，很多设计一般的功放在THD这点上就会飙升，可能会造成“燥”的声音不耐听
例如使用传统的高开环增益电压放大器级配合上面的OPS做测试，30W 1kHz FFT非常干净，二次三次谐波都几乎在-120dB以下，但是6kHz信号一来就原形毕露了，飙升升到-90dB的样子


2. 较好的设计应该是能较好地反映信号本来的“颜色”，不单只是轮廓。极宽的闭环频率响应从来都不是多余的，它带来的益处远远比频宽本身要多
很宽的闭环频率响应能带来非常正面的结果：低THD，低IMD，低相位失真，非常好的转换速率，而且很重要的是，失真对频率的关系可以处理得很好。下面是一个1.1MHz -3dB闭环响应的功放：
20W 6kHz 8欧姆测试时，输出分析的各次谐波只比AP信号源多“贡献”了4~6dB；


3. A类功放是首选，好处太多了，数据上，听感上......不好的地方就是不环保不省钱，哈哈

4. A类功放的电源，在功放电路设计本身上要下功夫，PSRR（电源抑制比）要做好，不然工频的噪声会很恼人；选择优化设计的低EMI特性肖特基二极管+并联RC阻尼网络或者干脆自己设计同步整流都是上选，大MOT整流桥功耗太大。

5. A类功放在末级静态电流的控制上要特别注意，温度补偿必须要做足功夫。计算好Vbe倍增器的温度系数，与末级架构配合好，将温补管与最热的那个大管身贴身安装。否则在低温冷机启动时，烟花特别多。

6. 对于A类末级，多管并联是必须的，除非你到半导体厂家去定制专用的超大面积超低热阻输出管，否则采用多管并联以降低整体热阻的办法就是不二之选。

7. 多管并联输出的末级，PCB上面可以安排每个输出管的C极配一个1000uF左右的电解，以进一步降低电源的内阻。

8. 初次设计出来的功放，做实验时有条件可以先用带限流波保护的试验电源，一来可以监测整机电流变化情况，二来发生自激振荡时提供及时限流保护，节省昂贵的输出管以及节省自己宝贵的业余DIY时间（烧一大堆管，拆吖装吖费时间）

9. 对于A类功放的散热器，10mm厚的铝基板还是不够的，通过热成像仪得到的数据是:
四并A1943/C5200，36V供电，静态电流1.3A，在25度左右的室温下工作4小时，使用15CM*40CM*5CM的散热，基板10mm，3.5KG重，8个管子靠中间分两排安装:  散热片中间的温度60度，散热片两头温度45度，最中央两个大管表面温度80度，两侧的大管表面75度。（一般实验室使用的热电偶用来测试大管的表面温度时，与热成像仪相差10多度，当然是热成像仪数据更为可靠，供大家参考下）
当静态电流提升到1.6A时，120W左右功耗，最热的大管表面达到90度左右。可见15*40*5的3.5KG散热器已经达到使用极限，再榨取就太危险了。这时候可以对应40W的8欧姆甲类功率。

有条件的烧友，可以通过使用厚铜均热板来降低各个大管之间的温差，或者寻找15mm以上基板的散热器用来做A类作品。

老土

强贴关注！

sanxia

瞻仰名机。
菜鸟想弱弱的问下，“低温零下40度做过实验出炉的实验板”，这个指做什么实验？零下40度了哦

hezh0769

神机?  在南极或北极用？

mzsrz

老兄的功放失真性能做得很不错，建议装机箱后再测试更严谨些，因为装箱后会存在很多变数。

做好一台功放难，做出好的性能更难，做出天籁之声更是难上加难．

bbp

sanxia 发表于 2013-6-10 10:13
瞻仰名机。
菜鸟想弱弱的问下，“低温零下40度做过实验出炉的实验板”，这个指做什么实验？零下40度了哦

测试静态电流漂移是最主要的，当然THD什么的噪声什么的也必须看

bbp

hezh0769 发表于 2013-6-10 10:15
神机?  在南极或北极用？

神州大地地大物博，东北的兄弟用得着吧，哈哈

bbp

mzsrz 发表于 2013-6-10 10:29
老兄的功放失真性能做得很不错，建议装机箱后再测试更严谨些，因为装箱后会存在很多变数。

做好一台功放 ...

多谢前辈指点。
昨晚贴出的数据其实严格意义上来讲还不算一个功放，只是一个输出末级＂OPS＂,output power stage.
做成整机的话，物理布局和布线会影响到噪声等等性能，如果有机会，再向前辈请教。

只爱石机

题目抢眼球，但测试设备不同，觉得可比性一般

bbp

只爱石机 发表于 2013-6-10 13:14
题目抢眼球，但测试设备不同，觉得可比性一般

啥设备不同，都AP哇@@

mzsrz

bbp 发表于 2013-6-10 11:01
多谢前辈指点。
昨晚贴出的数据其实严格意义上来讲还不算一个功放，只是一个输出末级＂OPS＂,output pow ...

客气了，我是来学习的．

thhtz

是不是零下40拿出来声音是天簌之声？

bbp

thhtz 发表于 2013-6-10 20:10
是不是零下40拿出来声音是天簌之声？

这个愿望估计要零下272度才可以达到

bbp

mzsrz 发表于 2013-6-10 18:41
客气了，我是来学习的．

前辈谦虚而已

gamwah

瞻仰名机,我来学习的........

6P13P

谢谢楼主做这个实验，看来散热器热平均的问题很重要，晶体管温度影响比配对还大，最理想是各管的温度均等，这可以经实验得到。

bbp

6P13P 发表于 2013-6-11 23:11
谢谢楼主做这个实验，看来散热器热平均的问题很重要，晶体管温度影响比配对还大，最理想是各管的温度均等， ...

铜材还是比较好的导热均热材料，有条件可以上。
世界上最好的导热金属材料是银，可惜价格不是用来做消费类电子的货，哎...

多管并联，考虑VBE配对比HFE配对要多一些，VBE直接影响静态电流。

6P13P

bbp 发表于 2013-6-11 23:41
铜材还是比较好的导热均热材料，有条件可以上。
世界上最好的导热金属材料是银，可惜价格不是用来做消费 ...

测试管子放大倍数的时候你就知道了，温度相差15度是什么样子。配对要同温，使用更要同温。或故意把放大倍数小的放在温度高的一侧？

bbp

6P13P 发表于 2013-6-11 23:47
测试管子放大倍数的时候你就知道了，温度相差15度是什么样子。配对要同温，使用更要同温。或故意把放大 ...

对的，HFE与温度是成正比关系