במסגרת פרויקט שאני מבשל לבניית מגבר גיבוי למרנץ שלי (לפני שאני מנסה לעשות לו re-capping) התחלתי לחקור את עניין הספקת הכוח לציוד אודיו DIY ובכלל.

אני מדבר בעיקר על ציוד דל-צריכה - DAC, מגברי-אוזניות ומגברים דיגיטליים (TA2020 וכד') שצורך עד 100W.

באופן מסורתי, ציוד אודיו, במיוחד בקטגוריות היוקרתיות, מצויד בשנאי טורואידלי רב-מימדים ומיישר זרם גדל-קבלים. הדבר הפך להיות למעשה לסימן הכר של ציוד אודיופילי וככל הנראה גם מקדם מכירות. קופסאות של ציוד אודיופילי נשלטות על ידי ספקי הכוח העצומים והמהדרים מגיעים עם קופסא נפרדת וגדולת מימדים לספק.

אופציה אחרת, פשוטה וקלה יותר, היא שימוש במקור כוח ממותג (SMPS) איכותי. ספק כוח 12V בהספק של 8.5A מחברה טובה עולה כ-$30 ושוקל כחצי ק"ג, זול וקל יותר משמעותית מספק טורואדילי מקביל.

לא מצאתי הרבה התיחסויות של "ראש בראש" של שני ספקי כוח אלו (בוודאי שאין השוואות ABX). יש התייחסויות מעורפלות לגבי היתרונות שבספקי כוח טורואידליים איכותיים, אולם כאמור אלו התייחסויות מעורפלות. ראיתי לא מעט פרויקטים DIY שמשתמשים ב-SMPS, כולל פרויקטים הכוללים אלמנט שפורפרתי.

הייתי רוצה לשמוע חוו"ד בעניין לפני שאני הולך על אופציה כזאת או אחרת לפרויקט שלי (TA2020 עם אופציה עתידית לקדם מגבר שפורפרתי ולוח DAC) וכמובן סתם כדיון כללי בעניין.

פתחת פה תיבת פנדורה. אני אנסה להסביר בצורה לא חופרת מדיי, ולא ארוכה מדיי. אני מניח שזה יתפתח לדיון לא קצר, אבל את זה עוד נראה

ראשית צריך לעשות הפרדה של עניין השנאים מול עניין הספק עצמו. נתחיל מהשנאי:

שנאים מגיעים במגוון צורות וגדלים עם מגוון סוגי ליבות E,R, ועוד הרבה. כל אחת בהתאם לצורך. כל הליבות הללו שסובלות מ"פינות" במבנה שלהן סובלות מנצילות נמוכה יותר כיוון שחלק מהאנרגיה בורחת החוצה. האנרגיה הזו לא רק שהולכת לאיבוד, היא אף גורמת בעיות נוספות כיוון שהיא מצומדת לשאר המעגל ויוצרת הפרעות. השנאי מאוד כיווני מבחינת השטף המגנטי שיוצא ממנו, ואתה יכול לקבל מקדם צימוד שונה בין סלילים שונים בהתאם לאוריאנטציה שלהם ולא רק למרחק שלהם זה מזה. אגב, השטף שבורח החוצה הוא הסיבה שבדר"כ שנאים איכותיים לאודיו מגיעים עם מכסה שמיועד למנוע את זה (חשוב לזכור שלצורך מניעת זליגה של שדה מגנטי נדרשים חומרים שונים מאשר עבור מניעת זליגה של שדה חשמלי). שנאי טורואידי סובל מהנושא הזה הרבה פחות, אבל הוא גדול יותר פיסית.

עכשיו נעבור לספקים:

ספקים ממותגים כמו אלה שאתה מדבר עליהם עובדים ישירות מהמתח של הרשת. לעובדה הזו כמה חסרונות, כאשר הראשון הוא עניין הבטיחות, ספקים שלא תוכננו טוב לא יהיו בטיחותיים. השני הוא העובדה שנדרש עומס מינימאלי תמידי. הרבה אנשים לא מודעים לכך, ולכן יוצרים מצבים מסוכנים כיוון שללא עומס מינימלי המתח במוצא עלול להיות גבוה מאוד. ניתן כמובן לפתור זאת על ידי נגדי הספק שיצרכו זרם תמידי (כפי שאני עשיתי בספק מחשב שהסבתי לספק מעבדה בסיסי).

עכשיו נעבור לעניין הספק שנדרש למגבר אודיו. על פניו, מגבר אודיו מגיע עם PSRR גבוה מאוד, ולכן ניתן לעשות שימוש בספק עם ריפל גבוה מאוד (יחסית) והוא לא יעבור למוצא. לדוגמא אם יש לנו מגבר עם PSRR של 100db, אפשר להשתמש בספק עם ריפל של 1V, והוא ישוקף ל-10uV בכניסה. עם זאת, הוא משוקף לכניסה של המגבר ישירות, ללא כל הנחתה, כך שבמידה והאות שלך בכניסה מונחת (והוא תמיד מונחת) הריפל הופך להיות רלוונטי מאוד. ועכשיו נניח שאתה רוצה שהריפל הזה יהיה מספיק נמוך בכדי לקבל SNR של 80db, אתה כבר מתחיל להיות בבעיה (וזה עוד בלי לדבר על תחום דינאמי גדול שידרוש מגבר עם SNR גבוה).

אבל חכה, שכחנו משהו. ה-PSRR של המגבר לא קבוע עם התדר, והוא מתחיל לרדת משמעותית בתדרים יחסית נמוכים (תפתח דפי מפרט של מגבר שרת ותבדוק את ה-PSRR ביחס לתדר). משמע בתדר של 10K ה-PSRR יכול להיות כבר 60-80db נמוך יותר, ואז אנחנו עוד יותר בבעיה.

כמובן שספקים ממותגים מודרנים נותנים נתונים ריפל טובים יותר לפחות בסדר גודל ממה שרשמתי, אך ספקים מיוצבים אפילו בסיסיים מגיעים לביצועים טובים יותר. ספק מיוצב יחסית בסיסי יכול להגיע לריפל של 1mVrms תחת עומס מלא (זה מדידות מספק שאני מדדתי, ספק בן משהו כמו 30 שנים!).

ספק ממותג מעצם היותו ממותג עובד על ידי מיתוג שמכניס הפרעות למתח המוצא. ההפרעות הללו יהיו בתדר המיתוג של הספק, לכן כמובן שאנו רוצים לעבוד עם תדר מיתוג גבוה כמה שיותר. אבל רגע, יש עם זה בעיה. ברגע שאתה עובד בתדר מאוד גבוה אתה מתחיל לפגוע בנצילות שלו. מה גם שספקים לזרם גבוה הם איטיים יותר מטבעם ולכן יש גבול לתדר שבו אפשר לעבוד.

ספקים ממותגים לאודיו הם משהו לא נפוץ במיוחד, לפחות לא בציוד איכותי יותר. לא מדובר רק על וודו, אלא על משהו פרקטי כפי שאני מקווה שהבנת. אין לי מספרים מדויקים לתת לך בעניין הזה, אבל באופן כללי זה המצב. זה נכון במיוחד כשאתה מדבר על הספקים נמוכים יחסית (עשרות וואטים ומטה), כשלייצר ספק איכותי גם לא עולה הרבה במיוחד.

יש כמובן אפשרות ביניים. תשתמש בספק ממותג בתוך ספק ראשוני שיוציא מתח גבוה יותר מהנדרש, תעביר את המוצא שלו דרך מסנן LC כפי שנהוג (אולי אפילו 2 כאלה), ואת כל זה תעביר באיזשהו ספק מיוצב שיבטיח לך שהריפל לא יעבור סף מסוים.

עוד דבר שהייתי רוצה להוסיף הוא בנוגע למה שרשמת בנוגע למגברי מנורות. דווקא מגברי מנורות הם מקום שנוח מאוד לעבור בו עם ספקים ממותגים. בדר"כ מנורה דורשת מספר מתחים, ומתח ההפעלה שלה בין האנודה לקתודה הוא גבוה יחסית, לכן נוח לייצר אותו עם ספק ממותג שעובד במצב boost בכדי ליצור את המתח הגבוה הזה, ולאחר מכן לייצב אותו היטב. מנורות בדר"כ לא דורשות זרמים גבוהים במיוחד (לא כולן, אבל באופן כללי) כיוון שהן מגבירות מתח ולא זרם, והמוצא מצומד עם שנאי שיוצר עותק של האות במתח נמוך יותר עם עכבה נמוכה יותר משמעותית, השנאי גם חוסם DC על הדרך. דבר נוסף שאני מניח שנפוץ מאוד הוא עניין ה-heater. יש מנורות שרגישות לאות AC שעובר בסליל החימום (מכניסות רעשים למוצא), לכן במידה ואתה יוצר אות DC אפשר ליצור אותו בקלות עם ספק ממותג קטן. בעזרת ספק כזה אין צורך בליפוף מיוחד בשנאי או בשנאי נוסף, והריפל בשימוש הזה פחות משפיע כיוון שהוא לא הולך ישירות למגבר, אלא לגוף החימום של המנורה.

אני בטוח ששכחתי דברים, ושיש עוד הרבה להוסיף, אבל כמו שאתה וודאי רואה יש פה דיי הרבה תוכן גם ככה, אז הגיוני שמשהו ברח לי.

תודה על תגובתך המלומדת. האמת שזה לא תחום העיסוק שלי ומונחים רבים אני עדיין לומד.

בנוגע למקורות הספק ממותגים - תוספת של מעגלי סינון מבטלת את היתרון הכלכלי ואת פשטות התכנון וההרכבה ביחס לספק מיוצב. נשאר ייתרון הגודל והמשקל - אולם במקרה שלי (מערכת שולחנית), יתרון זה פחות חשוב.

לציין שראיתי דוגמאות לספקי כוח ממותגים - דוגמא בולטת הוא ספק הכוח הממותג של LINN, שהם מהללים כבעל תכונות יחודיות.

בעניין השנאי עצמו - יש אזכורים לשימוש בשנאים ליבת R לשימוש אודיו, כאשר היצרן טוען ששנאי זה לא פחות טוב מטורואידי בעניין זליגת השדה החשמלי (בהנתן מעטה המתכת האליפטי שהוא מגיע איתו), זאת בזמן שהוא קופקטי ומעט קל יותר. הבנתי שהשנאים האלו, שהומצאו בשנות ה-70 ביפאן, נפוצים יותר במזרח. ראיתי שהם נמצאים בשימוש בציוד של D&M (דנון, מרנץ, מקינטוש) ובחברות נוספות, כולל חברות אודיופיליות "כבדות". מעבר למעטה הרגיל שלהם לא ראיתי שהוסיפו מכסה נוסף.

מבחינת המתח - קיימים שנאים כאלו במגוון מתחי יציאה - ראיתי שהנפוצים (בהספקים הנמוכים 30 עד 50 ואט) הם 9, 12, 15, 18 וולט.

למרבה הצער - בגלל שאני לא מתכנן את המעגלים בעצמי, אלא קונה מהמוכן ומרכיב, אני נתקל בלוחות עם דרישות מתח שונות. בעוד שהמגבר דורש 12VDC (מה שידרוש ממני בניית או קניית מיישר) מרבית ה-DAC שיש בשוק דורשים 15VAC+9VAC וכוללים בתוכם את הספק.

אין לי מספיק ידע ולא הצלחתי למצוא חומר מסודר על בניית פתרון משולב למערכת DIY עם מגוון דרישות, מלבד הוצאת ליין נפרד מהשנאי לכל לוח ובניית ספקי כוח נפרדים.

אני מצטער אם אני נשמע בור ועם הארץ.

אל תשכח את הייתרון הגדול של ספק משולב. הוא משתמש בשנאי קטן הרבה יותר כיוון שהדרגה הראשונה היא דרגה ממותגת. בגלל תדר המיתוג הגבוה אין צורך בליבות גדולות.

אני אישית לא רואה שום סיבה להשתמש בשנאי בודד לכל הרכיבים אלא אם כולם יימצאו באותו המארז. אתה רוצה כמה שיותר להפריד את הספקים. DAC לדוגמא מכיל בדר"כ 2 ספקים נפרדים מהסיבה הפשוטה שהרכיבים הדיגיטליים הם מאוד רועשים (מיתוגים רבים שיוצרים מתח משתנה על גבי הספק), בעוד שהחלק האנאלוגי דורש ספק מאוד שקט בשביל להגיע ל-SNR גבוה מספיק.

לצערי אני לא לגמרי מצליח להבין מה אתה מנסה להשיג. האם אתה שואל את זה באופן כללי, או כי יש משהו ספציפי שאתה רוצה לבנות? זה משנה הרבה, כי כמו שכבר הסברתי, יש רכיבים שהם קריטיים יותר ויש כאלה שהם קריטיים פחות מבחינת דרישות מהספק שלהם.

ספציפית --

מגבר - לוח של ארג'ן הלדר TA2020 סימן II. כבר הוזמן. בשלב הניסוי ספק הכוח יהיה של מחשב נייד.

קדם מגבר -

שלב ראשון - פסיבי (פוטנציומטר)

שלב שני - אקטיבי שפורפרתי (עדיפות נמוכה - בעתיד) - יהיה מבוסס 12AX7 מין הסתם, לדוגמא הקדם-מגבר שארג'ן מציע ל-TA2020 שלו.

DAC - אני מתלבט מזה זמן בין קניה של אחד מוגמר מהמדף לבין בניית אחד על בסיס לוח שאני אזמין (ייתכן מבוסס PCM2706 + CS4398). גם כאן אני מתלבט בין הכללת ה-DAC בקופסא אחת עם המגבר (בשילוב input switch בין מקור USB למקור אנלוגי) או בקופסא נפרדת - ההחלטה על כך תשפיע על בחירת ספק הכוח המתאים.

כל הטררם הזה יתחבר מצד אחד למחשב (דרך כרטיס קול בשלב הראשון או USB אחרי הוספת ה-DAC) או לנגן CD (תוך שימוש ב-DAC של הנגן) ולרמקולים שלי (L7) מהצד השני. בהמשך המגבר אמור לעבור לחדר השינה ולהיות בסיס למערכת משנית שתהיה שם. מגבר אוזניות יתווסף בעתיד הלא ידוע בהתאם לתקציב ולמצב רוח.

המערכת תהיה שולחנית, אולם לא אמורה לתפוס מקום רב מדי (טביעת רגל של גליון A4 יהיה גודל סביר מבחינתי).

אתה לא מדבר על מערכת ברמה מטורפת (בלי לזלזל, אבל מדובר על דברים דיי בסיסיים).

אני הייתי מציע לך לא לקפוץ מעל הפופיק ולחלק את עניין הספק לכל רכיב בנפרד. ד"א, אם זכור לי נכון ה-L7 נשמעים טוב יותר ממגבר שיש לו בשר, כדאי לשקול את זה.

אם כבר אתה מתחיל להתעסק עם המגבר לפני הכל, אתה מגיע ישירות ליחידה שבה יש דילמה בנוגע לסוג הספק שבו תשתמש. הדילמה נובעת מ-2 סיבות. ראשית זהו הרכיב שצורך הכי הרבה הספק במערכת לכן היתרונות של ספק ממותג הכי קורצים כשזה נוגע אליו. כמו כן, אם היה מדובר על מגבר כח בלבד (משמע דרגת ההגברה האחרונה שהיא הגבר זרם), אז הכניסה לדרגה הזו היא בעלת אמפליטודה גבוהה יחסית ואז ניתן לסבול קצת יותר רעש בספק.

אני במקרה שלך לא הייתי מתלבט הרבה בנוגע לשאר הרכיבים במערכת והולך על ספק לינארי נורמאלי לכל דבר.

המערכת המתוכננת אכן מאוד פשוטה. ההרכבה אמורה להיות בסיסית למדי, אולי בתוספת של שדרוג כמה קבלים וסלילים, פוטנציומטר של ALPS, אולי תוספת של relay להגנה על הרמקולים, אבל זהו בערך. לוח המגבר הזה אמור להשמע טוב מאוד בלי הרבה התעסקות.

עיקר העבודה תהיה על הקופסא, אבל גם שם מדובר בקידוח כמה חורים, הברגות ודי.

בנתיים אני אשתמש בספק כוח פשוט (מחשב נייד או ספק מומתג סביר שאני אזמין מאיביי) או בסוללת 12V.

נראה לי שאני אבנה בהמשך ספק כוח לינארי 220VAC -> 12VDC לטובת המגבר (זאת מאחר שאני שוקל כאמור להוסיף קדם מגבר ואם כבר בחרתי לוח מגבר איכותי + שידרוגים ותוספות שיעלו עוד 20 דולר ויותר, חבל שלא להשקיע בשאר המרכיבים).

ה-DAC יהיה בקופסא נפרדת ויקבל חשמל משנאי שיותאם לו וישב איתו בקופסא - אבל זה עוד חזון למועד.

לגבי התאמת המגבר ל-L7 - זה פחות רלוונטי, המגבר מיועד להיות גיבוי ובעיקר מיועד לחדר השינה, שם אני כבר אשבור את הראש על למצוא לו רמקולים הולמים. ה-TA2020 גם אמור להיות בשרני הרבה יותר מה-TA2024 (הצ'יפ של ה-T-AMP המקורי). ובכל מקרה - נחבר ונשמע...

אני אעדכן שה-TA2020 יגיע בדואר.