ПалНик – рекомендации по сборке « схемопедия

Сразу оговорюсь, автор схемы – Алексей Корольков, я к ней не имею никакого отношения. Я всего лишь  хочу суммировать все Ваши вопросы по данной схеме и дать на них исчерпывающие ответы,  которые,  я уверен,  помогут  Вам собрать этот усилитель.

Если Вы после сборки  таких усилителей, как Ланзар, Холтон, ОМ, начинаете присматриваться к Д-классу, то этот усилитель как  раз для первого ознакомления  с Д-классом.

ПалНик обладает довольно неплохими характеристиками, несложной схемой и не требует никаких настроек. Если все собрано верно – ПалНик заводится сразу.

Схема усилителя

Простые примеры объясняющие работу схемы

На нижнем рисунке, роль компаратора выполняет транзистор, он сравнивает напряжения – входное и выходное. ( выходное напряжение поделено делителем R2, R3, этим делителем мы задаём коэффициент усиления).

Транзистор сравнивает входное и выходное напряжения. На коллекторе транзистора появляется результат сравнения, в виде импульсов рис2. График V(1). Импульсы управляют драйвером, на выходе ключей появляется ШИМ, график V(8), на выходе фильтра напряжение, подобное входному. Если напряжение на выходе отличается по форме от входного, то эта разница появляется на переходе БЭ входного транзистора, и он даёт импульсы соответствующей полярности.

На рисунке ниже то же самое, только один транзистор заменён дифференциальным каскадом.

Один транзистор даёт ошибку 0.5 – смещение БЭ, то есть форма входного и выходного напряжения будут отличаться на 0.5В. Дифференциальный усилитель или входной каскад, найдёте в поиске. Транзистор Q3, найдёте по ключевому слову “каскод….. каскодное включение”.

Графики напряжения на затворах VGS(M1), VGS(M2):

 

Выходная мощность усилителя зависит от напряжения питания УМ. Максимальное напряжение питания зависит от выходных транзисторов, при применении 100-Вольтовых (ключей) транзисторов (пример: IRF540) на выходе усилителя, питание нельзя поднимать выше +-45В, при 150-Вольтовых ключах нельзя поднимать выше +-65В, при 200сот Вольтовых ключах нельзя поднимать выше +-85В, при 250-Вольтовых ключах нельзя поднимать выше +-110В. Максимальное напряжение для IR2184   +-300В.

При +-85В получаем 800Вт на 4Ома. Если нужно меньше, то нужно уменьшить напряжение питания УМ в соответствии с таблицей (ниже). Таблица для

двухсотвольтовых ключей, корпус ТО-220!

Напряжение питания УМ, В	Сопротивление нагрузки, Ом
Макс.вых.мощность	2	4	8
+-35	240	120	60
+-45	400	200	100
+-55	640	320	160
+-65	900	450	230
+-75	1200	620	310
+-85	———	800	400

Также при выборе выходных транзисторов следует обратить внимание на максимальный рабочий ток транзистора.  Пример: напряжение питания усилителя +-85В, сопротивление нагрузки 4 Ома, тогда 85/4=22, 22+20%=26, т.е. выходные транзисторы должны быть рассчитаны на ток 26 Ампер при 100гр. Цельсия. Под эти требования подходят транзисторы, например: IRFB42N20 (200В, 30А), IRFB4227 (200В, 46А).

Следует обратить внимание на емкость затвора выходных транзисторов. Чем меньше емкость затвора, тем легче управляющей микросхеме (ШИМ-ке) IR управлять транзисторами, тем, естественно, больше можно поднять несущую частоту, но, как правило, меньший рабочий ток у таких транзисторов.

Еще один немаловажный параметр при выборе выходных транзисторов – это сопротивление открытого канала Rdc on. Чем меньше Rdc on, тем меньше будет греться усилитель. Если сравнивать тот же IRFB42N20  Rdc on = 55мОм (милиОм) и IRFB4227 Rdc on =  26мОм, то вторые (4227) будут греться меньше. Но не стоит забывать о потерях в транзисторах при работе на нагрузку.

Потери в транзисторах двух видов: статические и динамические.

Статические – это потери на открытом канале вследствие наличия некоего сопротивления канала в открытом состоянии Rds(on). Чем больше это сопротивление – тем больше потери в статическом режиме.

Динамические – это потери, обусловленные тормознутостью выбранного транзистора, вследствие большого времени Td(on), Td(off), высокой емкости затвора и заряда. Эти потери растут с ростом частоты и перечисленных характеристик.

В итоге оба вида потерь суммируются. При подходе к расчету и выбору транзистора следует помнить: при производстве невозможно добиться идеальных параметров (минимального Rds(on) при низкой емкости затвора и «шустрым» временем открытия и закрытия). Поэтому мы имеем либо низкий Rds(on) и большой ток, Но тормознутые скоростные параметры, либо шустрый транзистор и большой Rds(on), следовательно,  меньший ток. Например, взять 2 ключа, 42н20 (200-Вольтовый) и 23н15 (150-Вольтовый): первый мощнее в разы, но при повышении частоты выше 250кГц начинают сказываться динамические потери (греется даже в холостом ходу), а 23н15 имея сопротивление канала вдвое больше, не греются при 400кГц.

Тут следует балансировать и выбирать оптимум, идеальных решений нет. Найти компромисс иногда трудно, но выбор ключей сейчас  достаточный.

Следует отметить, что передача тепла от фланца транзистора к радиатору зависит от корпуса транзистора. Корпус ТО-247 отдает тепло на радиатор быстрее, чем транзистор в корпусе ТО-220.

Все эти параметры можно узнать, скачав даташит на нужные транзисторы или из таблиц

Варианты замены деталей

В затворах используются любые быстрые диоды не медленнее 50ns, напряжение не менее 20В, continuous forward current 0.5…1А. Из серий SF, HER, MUR, например, HER207, UF5408. Можно поставить Шоттки 1N5817-5819. VD4 любой не менее 200В, 50ns, continuous forward current 0.5…1А. Можно тот же HER207.

Если нет стабилитронов на 13В, можно поставить на 12В.

На схеме и печатной плате установлен параметрический стабилизатор для питания IR2184 на транзисторе MJE13007. Этот транзистор можно заменить на TIP41, TIP122 или наш КТ817Г(815Г) Цоколевка зеркальная!  Ток потребления IR2184 (частота квантования 200кГц) около 50мА.

IR2184 можно заменить на IR2104 – Цоколевка другая!  Драйвер чахлый – менять не советую.

Дроссель

Для расчета дросселя есть программы, которые легко можно найти в сети. Самая распространенная программа под названием Drossel 3000 и DrosselRing 2100 – Владимира ака (Starichok), которые можно скачать здесь. В этих программах, в базе уже есть куча самых основных импортных и наших отечественных сердечников.

Выбирается из базы имеющийся  магнитопровод. (в моем случае это ТПИ).

Для усилителей Д-класса устанавливается галка в строке «Дроссель другого применения».  Вводятся исходные данные:

1 Индуктивность дросселя 100мкГн.

2 Напряжение между плечами БП – 100В.

3 Напряжение одного плеча питания – 50В.

4 Номинальный ток в нагрузке: напряжение питания плеча,  деленное на сопротивление нагрузки – 50/4 = 12А

5 Частота, для «ПалНика»  150-200кГц, частота устанавливается конденсатором С11. При увеличении емкости С11 частота квантования (несущая) уменьшается, при уменьшении емкости – частота увеличивается.  У этой топологии больше 180-220кГц квантования, суммарные искажения начинаются увеличиваться.

6 Плотность тока устанавливаем 10А/мм2 (для звука можно и более, до 15А/мм2)

7Диаметр имеющегося в наличии провода, например: 0.8мм.  Для больших частот лучше намотать 12жил проводом 0.35, чем 1жилу проводом 1мм.

8 Ставим такой зазор, чтобы программа при расчете не ругалась (чуть больше требуемого  3,099мм) – 3.5мм

Расчетные данные:

9 Зазор – 3.5мм

10 Кол-во витков в дросселе – 29

11 Диаметр провода и кол-во жил – 0.8мм * 3 жилы

Здесь тема по дросселям Д-класса, там можно прочитать много полезного.

Печатных плат есть несколько видов:

От Peregar  на СМД компонентах.

Есть печатная плата и с защитой от КЗ в нагрузке, переделанная  под обычные (выводные) детали с перестановкой пленочных или керамических конденсаторов по питанию, ближе к выходным транзисторам  для лучшей стабильности. Также заменен токовый резистор 0.04 Ома на несколько соединенных резисторов  в параллель.

Т.к. защита работает от падения напряжения на токовом резисторе, то чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток сработки защиты и наоборот.  Номинал токового резистора зависит от напряжения питания и сопротивления нагрузки. Настроить можно путем подбора этого резистора при работе усилителя на АС. Сначала впаиваем три резистора 0.1 Ом*2Вт, если при работе на максимальной громкости слышен громкий треск в АС (результат подработки защиты), то добавляем еще один резистор 0.22 Ом*2Вт. Далее снова слушаем. Если пощелкивания остались, добавляем еще один резистор.

Или рассчитать: транзисторы открываются при БЭ 0,6-0,8В, нужно подобрать резисторы шунта так, чтобы падение на необходимом нам токе было в этих пределах. Мы знаем мощность, напряжение и нагрузку, найдем ток в цепи (к примеру 800Вт 4 Ом) 800Вт это 55В действующего на выходе, тогда I=554=14А. Зная этот ток, можем найти падение на шунте U=I*R => R=UI=0,6В/14А=0,04Ом. Делаем поправку, чтобы не срабатывала защита на пиках – 0,02-0,03Ом. Мощность шунта – ток на падение = 14А*0,6=8,4Вт.

Если Вы собрали плату с защитой, а нужно временно проверить работу УМ без защиты, то  транзисторы Т9, Т10 не запаиваются.

Есть плата разведенная Александром  Лысенко (superamplifaer),  здесь IR2184S в СМД корпусе и на выходе IRF540N. Автор платы советует снимать с нее не более 200Вт. Напомню, что для IRF540 питание усилителя не должно превышать +-45В.

Есть плата Дмитрия (Dimonis) c боковым расположением выходных транзисторов перпендикулярно плате. Также на плате есть предусилитель + ФНЧ на ОУ. ШИМ и ОУ в СМД. Плата двухсторонняя! В архиве схема, ПП, фото собранной платы.

Плата Максима Владимировича (Максим_Владимирович) Здесь тоже есть предусилитель + ФНЧ. Есть защита от КЗ в нагрузке. Выходные транзисторы в корпусе ТО-247. На плате установлен стабилизатор 7812 для питания IR2184S, питание осуществляется дополнительным источником на 15В. ШИМ и ОУ в корпусах СМД. Плата двухсторонняя! В архиве схема, ПП, фото собранной платы.

Более ранняя плата Максима Владимировича (Максим_Владимирович) Здесь ШИМ в корпусе  СМД, выходные транзисторы в ТО-247. На плате встроена защита от постоянного напряжения на реле.

Разработка  Дмитрия (Dimonis) ПалНик 311.  Гибрид – модификация ПалНика т.к. драйвер IR2184 применяется только в нем. 

Вместо транзисторного усилителя на входе – компаратор, усиление у него больше, соответственно глубже обратная связь, позволяет снизить искажения, по сравнению с комбинированной обратной связью, как в ПалНике, искажения уменьшились раза в три. Но, включив ОС  UcD 2-nd, удалось еще снизить около 2 раз, особенно  на малом уровне сигнала.

В отличие от ПалНика генерация начинается без сигнала. Частота около 160кГц, выше – искажения растут, сказывается дедтайм 2184 , а ниже если делать – размер дросселя вырастет.

Диапазон по уровню -3дБ  до 20кГц , UcD выравнивает  характеристику фильтра  Выходные транзисторы c боковым расположением перпендикулярно плате. ШИМ и компаратор в корпусе СМД. Светодиод Led1 информирует о начале генерации.  В архиве схема, ПП, фото  готовой платы.

Все ПП нарисованы со стороны деталей. Зеркалить не нужно!

Сборка усилителя

Перед впаиванием каждая деталь должна быть проверена на исправность, измерено сопротивление резисторов во избежание ошибки в номинале. Транзисторы проверены прозвонкой тестером и т.д. Искать ошибки на собранной плате будет гораздо сложнее, так что лучше не торопится и все проверить.  Перемычки делать изолированными проводами.

Выходные транзисторы установить на общий радиатор через керамические или слюдяные прокладки с использованием теплопроводной пасты.  После установки транзисторов на радиатор следует прозвонить  средние ножки  на отсутствие к.з. с радиатором. Т.к. на коллекторе параметрического стабилизатора масса, то его можно не изолировать от радиатора.

Т.к. на плате усилителя большие емкости не влезут, провода питания следует делать как можно короче, сечение не менее 1.5 см2, лучше 2.5 см2

Первый запуск усилителя проводить с лампой 220В*60-100Вт последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора и с токоограничительными резисторами в плечах питания усилителя (От 50 до 100 Ом*5Вт в каждом плече), тогда шанс спалить, что-то сильно уменьшается. Во время первого запуска усилителя проверяют 13В на 5 ноге IR2184 ( Относительно минусового плеча питания УМ). Проверяют отсутствие постоянного напряжения на выводах для подключения АС ( Допустимый уровень постоянного напряжения +- 0.2 – 0.3В ). После подключаем АС и подаем звук на вход УМ. Мощность при этом будет мала, т.к установлены токоограничительные резисторы. Тут самое главное – услышать в АС усиленный сигнал. Токоограничительные резисторы могут нагреется – это нормально. Если со звуком все в порядке, убираем токоограничительные резисторы, лампу с первички.

Полезная информация

Самовозбуждение усилителя: косвенно определяется по разогреву резистора в цепи Цобеля – R19.  Можно попробовать заземлить радиатор на банках БП или на входе земли в ПП усилителя мощности. Можно немного увеличить конденсатор С15 до 470пФ.

Усилитель позиционируется как сабвуферный, но и на ШП у него вполне неплохие хар-ки.   Входное сопротивление усилителя 10кОм.

На каждое плечо питания усилителя в БП нужно поставить по предохранителю. Ток зависит от напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Частота у ПалНика 150…250кГц, зависит от транзисторов, топологии, и немного от дросселя.

Чувствительность у ПалНика около 4-7В (зависит от питания), уровень выхода звуковой карты компьютера или DVD не хватит, так чтобы раскачать УМ на максимум, нужно будет ставить предусилитель с КУ=4-7. 

КПД усилителя более 90% зависит от выходных транзисторов (ключей), дросселя.

Осциллограммы. Первая до дросселя, в месте соединения сток – исток выходных транзисторов. Вторая после дросселя. Осциллограф:  Rвх=10МОм, C<15pF. Шкалы деления, 20В в первом случае, во втором случае 5В, по времени 5мкс.

Остаток несущей частоты на выходе в 1-1.5 Вольта – норма.  Для того, чтобы усилитель запустился (началась генерация несущей частоты), нужно подать сигнал на вход.

Есть такое «свойство» у этого усилителя: при работе на больших мощностях в клипе, в высокочастотных динамиках появляется высокочастотный шум – это связано с тем, что у усилителей с подобной схемотехникой (самоосциляция) в клипе несущая частота падает, вплоть до звуковой.

Но ведь режим работы усилителя в клиппе – это ненормальный режим. Для нормальной работы этого усилителя на широкую полосу нужен лимитер, который будет ограничивать амплитуду на выходе и не давать усилителю «входить» в клип.

Защита от постоянного напряжения на выходе усилителя

Для того, чтобы при аварии в усилителе не сжечь дорогостоящие АС,  усилителю нужна защита от постоянного напряжения на выходе.  Если при питании усилителя от +-50 – 60В еще можно применять реле с большим током контактов, то при питании усилителя +-80В уже крайне не рекомендуется применять релейную защиту. При аварии в усилителе, когда напряжение одного плеча питания пойдет на выход, при отключении релейной защитой АС, в реле может возникнуть дуга между контактами, которая сплавит их вместе.

Напряжение через сплавленные контакты пойдет в АС, которые сгорят в течение нескольких секунд при таком напряжении.

При питании усилителя большими напряжениями можно применить симисторную защиту от усилителей QSC.

При появлении постоянного напряжения на выходе УМ, симистор закоротит выход усилителя на массу, сгорит предохранитель и обезопасит АС от постоянного напряжения.

Важно! Для усилителя с защитой от КЗ в нагрузке не подключать минусовой провод выхода АС платы усилителя на массу защиты, а вести его сразу на разъем для подключения АС. Массу защиты брать со средней точки (общий) блока питания. См. схему выше.

Фото собранного платы, собирал Евгений (Dermengy)

Платы моей сборки:

Фото собранной платы на ПП Дмитрия (Dimonis), собирал автор платы

Фото  платы по ПП Максима Владимировича (Максим_Владимирович)

Фото собранной платы ПалНик 311 на ПП Дмитрия (Dimonis), собирал автор платы.

Скачать файлы к статье

Тема с обсуждением на форуме

Автор: Юрий Кузьменко (zuboka)

Простой однотактный усилитель Зена на полевых транзисторах

Нельсон Пасс — классический вариант однотактника, работающего в режиме А, от идеолога технологии Zen.

«Хотя при выборе компонентов аудиосистемы технические характеристики принимаются во внимание, ухо всегда будет главным арбитром качества звука, а обо всех нюансах музыкального звучания, о предпочтительном или нежелательном характере звуковоспро- изведения можно судить только субъективно. Результаты типовых аудиоизмерений никогда не имели ничего общего с музыкальной реальностью, а были лишь грубым ориентиром при разработке аппаратуры.
Пример однотактного лампового усилителя иллюстрирует ограниченность измерений в описании музыкальности аудиокомпонентов. Все подобные усилители обладают до смешного плохими техническими параметрами: у них большие нелинейные искажения, абсурдно низкая выходная мощность (чаще всего, менее 10 Вт на канал), не с любой акустической системой они способны нормально работать. И тем не менее, однотактный усилитель обладает такой непосредственностью в общении с музыкой, в которую можно поверить, только услышав».
(Роберт Харли, Энциклопедия High-End Audio, 2000).

Итак, стартуем. Тема сегодняшней нашей передовицы — транзисторные однотактные усилители, естественным образом, работающие в режиме чистого класса А.

И начнём мы знакомство с транзисторными однотактниками с конструкции Нельсона Пасса (Nelson Pass) — главного идеолога УМЗЧ по технолошии Zen (далее усилители Зена), а по совместительству — руководителя лаборатории «Pass Labs».

Во всей линейке транзисторных усилителей Нельсона Пасса данная реализация является одной из самых первых и, по мнению многих любителей однотактного лампового звука — наиболее приближённо повторяет звучание вакуумных одноклассников.

«Наша цель — не ракетостроение; наша цель сделать аппаратуру для прослушивания музыки. Если мы применим такой подход, называя его искусством, а не наукой — то это будет прекрасно.
Насколько простую схему мы можем сделать, чтобы она хорошо работала? Очевидно, усилитель с одной ступенью усиления будет самым простым.

А как мы сможем получить качественный звук от однокаскадного усилителя? Есть единственное простейшее решение: однотактный усилитель, работающий в классе А », — написал в преамбуле своей статьи уважаемый идеолог усилителей Зена.

Приведу схему со страницы сайта автора &nbsphttps://www.passdiy.com/project/amplifiers/the-zen-amplifier и многочисленное количество раз перерисованную на полях интернета.

Рис.1

Важно!!! Уважаемый автор, а вместе с ним и многочисленные «копировальщики» забыли указать на схеме жизненно необходимую деталюшку — антипаразитный резистор в цепи затвора R11.

Данный резистор следует подпаивать непосредственно к выводу транзистора (либо на расстоянии от затвора, не превышающем 5мм). В противном случае при значительном токе покоя полевика, необходимом для его работы в режиме А, практически со 100% вероятностью к полезному выходному сигналу приклеится паразитный, с частотой 15…18 МГц, который низкочастотным осциллографом ещё и хрен зафиксируешь. Результат — повышенные динамические и интермодуляционные искажения и комментарии на форумах типа: «А я спаял усилитель, а звучание чего-то не впечатлило».

А теперь описание от автора.

На Рис.1 показана полная схема усилителя.
На VT3 собран каскад усиления, на транзисторе VT2 — источник тока. Узел на транзисторе VT1 служит для регулировки режима транзистора VT2, а цепь R2R3С1 — для фильтрации пульсаций питания.

Ток, проходящий через VT2, вызывает падение напряжения на R2, и когда оно достигнет 0,66 В, транзистор VT1 начнёт открываться, что ограничит напряжение затвор-исток VT2 примерно на уровне 4 Вольт. Равновесие наступит при постоянном токе через VT2 около 2А.

Антипаразитные резисторы R4 и R5 улучшают стабильность петли регулировки и предотвращают паразитные колебания тока через транзистор VT2. Этот же постоянный ток 2 А будет протекать и через транзистор VT3. Резистор R8 и потенциометр R9 создают цепь обратной связи по постоянному току, которая управляет затвором VT3, поддерживая напряжение на нём около 4 В и позволяя установить напряжение на стоке VT2 равным половине напряжения питания (около 17 В).

Входной сигнал через R7 и С2 поступает на затвор VT3, а выходной проходит через С3 на громкоговоритель. Резисторы R1 и R10 служат для разрядки конденсаторов С2 и С3. Стабилитрон VD1 защищает затвор VT3 от вероятных высоковольтных помех, возникающих в моменты переходных процессов.

Рис.2

На Рис.2 показан рисунок печатной платы двух каналов усилителя. Фольга со стороны монтажа деталей не удалена и используется в качестве экрана.

Основным требованием, предъявляемым к МОП-транзисторам, является способность надёжно непрерывно рассеивать 30 Вт. Это означает, что паспортная мощность транзисторов должна быть не менее 125 Ватт. Транзисторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 50 В, и я полагаю, что их максимальный постоянный ток должен быть 10 А или более. Я выбрал транзисторы фирмы International Rectifier.

Крайне важным элементом является радиатор. Для каждого канала он должен обеспечить непрерывный отвод 70 Вт тепла при температуре окружающей среды 25 градусов по Цельсию. Менее эффективный теплоотвод сократит срок службы МОП-транзисторов.
Если в процессе работы усилителя вы обнаружите, что не можете коснуться радиатора, я рекомендую использовать вентилятор.

Силовой трансформатор должен обеспечить переменное напряжение около 25 В при токе 6 А для каждого канала. Ёмкость электролитического конденсатора, следующего после диодного моста — 22000 МкФ. Хотя фактическое потребление постоянного тока составляет ровно 2 А на канал, фактор мощности, создаваемый зарядкой конденсаторов блока питания, приводит к большему рассеянию мощности трансформатора, чем предполагалось, исходя из 2 ампер. В моей реализации силовой трансформатор имеет 2 отдельные вторичные обмотки для каждого канала, однако приемлемо запитывать оба канала от одной — общей.

Настройка усилителя Pass ZEN.

После того, как вы закончили сборку усилителя, подключите его через предохранитель к источнику питания. Если предохранитель питания не сгорит, вы должны будете установить напряжение около 0,66 В на резисторе R6, а постоянное напряжение на стоке VT3 — около 17 В. Подключив эквивалент нагрузки 8 Ом и подав на вход сигнал, с помощью потенциометра R9 добейтесь симметричного ограничения выходного сигнала. Проведите повторную регулировку после того, как усилитель полностью прогрелся.

Выходной импеданс усилителя составляет приблизительно 1 Ом с коэффициентом демпфирования около 8.
Не все громкоговорители подходят для однотактных устройств, потому что им нужен: либо более высокий коэффициент демпфирования, либо их импеданс ниже 8 Ом, либо для их нормальной работы требуется больше 10-ти ватт. Однако существует довольно много динамиков с импедансом 8-16 Ом и чувствительностью в диапазоне 90-100 дБ, которые вполне подходят для данного усилителя.

Входной импеданс составляет 4,75 кОм, а усиление — около 8,5 дБ. Это означает, что усилитель должен работать от активного источника, способного выдавать на выходе 3,5 вольт и иметь выходное сопротивление — не более 470 Ом.

Так как это звучит? С правильным динамиком — просто замечательно!

Нельсон Пасс, 1994.

Впоследствии описанный выше усилитель Зена был доработан автором — цепи ООС по постоянному и переменному току были разделены, что позволило несколько снизить коэффициент гармоник при максимальной мощности. Схема доработанного усилителя приведена на Рис.3.

Рис.3

На этом всё! А на следующих страницах будем знакомиться с другими реализациями однотактных усилителей на полевых транзисторах.

 

Фирменный усилитель Холтона — отлично зарекомендовавший себя усилитель мощности разработанный Эриком Холтоном

Фирменный усилитель Холтона

Фирменный усилитель Холтона — представляю в этом обзоре хорошо зарекомендовавший себя усилитель мощности разработанный Эриком Холтоном. Впоследствии схема была усовершенствовано Владимиром Перепелкиным и Дядей Федором, старожилами форума ВегаЛаб, где можно найти разделы обсуждения этого аппарата во всех подробностях

Полностью функциональная схема Владимира Перепелкина

Ее отличии от авторской заключается в том, что в ней задействован каскад драйвера имеющий выходное сопротивление существенно ниже оригинала, а это дало возможность быстрой перезарядки конденсаторов установленных в цепи выходных транзисторов и как следствие, меньше стало искажений, а полоса частот расширилась. Правильно собранная схема запускается без всяких проблем, великолепная ультра-устойчивость, даже невзирая на допущенные погрешности в разводке печатной платы, а именно: немного длинным получился проводник «земли». p>

Небольшая модернизация от себя:

Здесь все необходимое, чтобы изготовить фирменный усилитель Холтона: Все для Холтона

На все электролитические конденсаторы поставил шунтирующие пленочные емкости, между базами установил конденсатор, в цепь С13 добавил резистором, убрал диод VD1, а вместо его включил транзистор. Стабилитроны установленные в качестве шунтов в цепи затвора, оставил в каждом плече по одному, а вместо остальных двух поставил высокочастотные диоды 1N4148. Для удобства в разводки платы, резистор R12 посадил на «землю» 12ком, в цепь эмиттера температурного датчика включил постоянный резистор 36 Ом, с целью предотвращения избытка компенсации.

В конечном результате создал вот такую схему (На множестве компонентов отсутствует нумерация, некоторые из них не имели ее изначально в авторском исполнении, а другие это те, которые были добавлены.) Дело в том, что не было намерения всем электронным элементам в оригинальной схеме делать нумерацию по новой. Эти элементы обозначены просто именами — без указания номера, действующие напряжения отмечены синим цветом на схеме и зависят от напряжения питания, помеченные красным цветом не имеют зависимости от питания.

Печатная плата

Печатные платы я всегда изготавливаю под уже готовый корпус усилителя. То есть, после того как скомпоновал в корпусе радиаторы, блок питания и остальные комплектующие, только потом начинаю вычислять размеры будущей платы, чтобы рационально разместить ее. Так всегда удобней при создании конструкции, к тому же есть уверенность, что не ошибешься с размерами печатки. Габариты печатной платы 125мм на 90мм. Это для примера, так как у меня много нарезанного стеклотекстолита с таким размером, поэтому делаю подгонку под такой размер — у вас могут быть другие.

Вот здесь можно скачать печатку выполненную в „Eagle“ Holton_2, чтобы у вас самих была возможность компоновать детали. Если есть желание, то эту плату можно модернизировать, а можно просто скопировать. На данной печатке, как я говорил выше, неудачно получилась П-образная разводка «земли», она оказалась несколько длиннее, чем хотелось бы. Чтобы уменьшить сопротивление в этой дорожке можно на нее сверху припаять медную жилу диаметром 2мм. Ну как бы там не было, каждый радиолюбитель старается внести в конструкцию что-то свое, но конечным результатом в любом случае будет прекрасный усилитель, ну это конечно в том случае, если что-то серьезно не напортачите.

Блок питания

Во входной части схемы блока питания установлен сетевой фильтр от возможного появления постоянного напряжения в этой цепи (есть большие сомнения в целесообразности его установки). Далее встроен модуль плавного запуска, силовой трансформатор взят от усилителя мощности «Kenwood», ну остальное я думаю все ясно.

Хотелось бы сделать еще некоторые уточнения насчет усилителя. Дело в том существует мнение, что данный аппарат хорош только для сабвуфера — это не верное утверждение. Данная модель — это весьма широкополосный прекрасный усилитель, сравнивался по звучанию с некоторыми фирменными экземплярами, по заключению «слухачей», Холтон звучал лучше чем некоторые модели фирмы «Rotel»; «Akai»; «Dual».

Тест усилителя на максимальную мощность

В качестве эквивалента нагрузки я использовал мощный двойной реостат, сопротивление нагрузки можно устанавливать в диапазоне от 0 и до 16 Ом, ток свободно выдерживает до 16 А. При испытании оба канала нагружались одновременно. Падение питающего напряжения было с 57,4v до 51v — оказался слабоватым трансформатор, тем не менее выходная мощность составила 130 Вт на каждый канал при сопротивлении нагрузки 8 Ом и входной чувствительности 1v.

Усилитель мощности с компенсацией нелинейности амплитудной характеристики. | РадиоГазета

Статья опубликована с разрешения автора!

Как говорится, всё новое — это хорошо забытое старое. Прототип предлагаемого усилителя был опубликован в журнале «Радио» №12 за 1989 год. Статья называлась «УМЗЧ с компенсацией нелинейности амплитудной характеристики» автор В. Король. Основная идея схемы в следующем: обычно линейность усилителя повышают введением местных и общих отрицательных обратных связей. При этом слишком большая глубина ООС (более 30-35дБ) снижает устойчивость усилителя, что влечёт за собой массу негативных последствий.

Дополнительным способом увеличения линейности усилителя является использование двухтактной схемы, за счёт чего компенсируются чётные гармоники. Однако и здесь возникают проблемы: либо требуется тщательный подбор элементов, либо степень компенсации чётных гармоник будет ограничена разбросом параметров применённых элементов.

Идея.

Для устранения этого недостатка автор (В.Король) предложил ввести в усилитель, построенный по двухтактной схеме, общую отрицательную обратную связь с дифференциальной регулировкой её глубины в плечах, что позволяет получить хорошую линейность при умеренной глубине ООС, обойтись меньшим усилением в ее петле и использовать активные элементы без подбора.

Схема-первоисточник:

Но, это было более 20 лет назад…

Сегодня доступны комплектующие гораздо лучшего качества и схемотехника ушла далеко вперед.

И нашёлся энтузиаст, который провел реинкарнацию этой интересной схемы.

 

Схема.

В схему были внесены изменения:

• изменены элементы обратной связи,
• изменены элементы выходного каскада,
• изменены цепи термостабилизации.
• увеличен ток покоя предвыходного каскада.
• заменены шумные стабилитроны — светодиодами.
• добавлен модуль защиты АС.

В результате получилась следующая схема:

(Увеличение по клику)

 

Характеристики:

Мощность максимальная синусоидальная 160 Вт на 4 Ом.
Полоса 10 — 35000 Гц
Искажения:
— при 110Вт менее 0.015%
— при 160 Вт — 0.2%

 

Звучание:

Пустые цифры говорят мало, поэтому сразу приведу отзывы самого автора реинкарнированного варианта, людей принимавших участие в прослушивание усилителя и радиолюбителя, повторившего эту конструкцию.

От автора:

Усилитель порадует вас мощным, честным звуком без намека на «сухость», «зажатость» и прочих негативных эпитетов противников транзисторов, ОООС и т.д. Неглубокая и короткая обратная связь, симметричная структура обеспечивают усилителю отличную устойчивость, малые динамические, нелинейные и комбинационные искажения: у меня он спокойно работал на емкость 2мкФ.

Прикол в том что я собрал на макете 2 канала и на выход ставил РАЗНЫЕ!!! транзисторы в одном — указанные на схеме в другом аж КТ816,817+КТ818,819 После наладки оба канала звучали идентично, хотя искажения во втором случае были чуть больше. Для студии звукозаписи был собран аппарат на импортных комплектующих, в цепи ООС использованы прецизионные резисторы 0.5% (которые 6.2 кОм). Результат — тот же — отличный. И никаких заморочек с «маслом» шунтированием слюдой и проч…

От слушателей:

Звук точный, аналитичный без окраски — «прямой», как вода из брансбойта. Сцена глубокая и отлично пририсованная. Бас, кажется, бежит аж впереди музыки. Поэтому, может, для обычного слушателя не очень комфортный — на любителя. Идеальный вариант для мониторинга в среднем поле — дать мощу и отслушать: все ли правильно сведено, нет ли где ошибок.

От повторивших конструкцию:

В общем, резюме такое — звук очень точный, я бы сказал, методически правильный. Гонял на нем инструментал, вокал, погонял ПраймТест диск 1. Основная разница с автомобильной системой в басовой части.
В авто я в основном слушаю электрохаус и прочую клубную музыку, там нужен мощный завышеный бас, который, впрочем, несложно создать в замкнутом объеме салона. У этого усилителя басов несколько меньше, но самое главное — он другой. Пусть я повторюсь, но он точный, другого слова не подберёшь. Удар в барабан звучит именно как удар в барабан, а не как БУУУУУММММ, то есть сухо, плотно и четко. Поэтому на этой системе мне все больше нравится слушать именно вокал и живые инструменты.

Конструкция.

По монтажу — все транзисторы выходного каскада (включая 850 и 851 ) смонтированы на одном радиаторе (для каждого канала свой радиатор), датчик тока Q5 установлен рядом с одним из 8101 (2) провода к нему — «коса» длиной около 10см, транзисторы кт816,817 рассеивают мощность ок 0.6 Вт каждый. На них установлен небольшой теплоотвод из металлической пластины.
C7…C8 шунтируют датчик температуры (Q5) на верхних звуковых частотах и уменьшают (С7) переключательные искажения выходного каскада. Тип подойдет К73-17. С8 — 0.068…0.1 мкФ, С7 — 0.22…1.0 мкФ. Рабочее напряжение — от 63В.

С9… С10 — корректируют АЧХ для обечспечения устойчивости усилителя. Их тип не критичен — пойдет ВЧ керамика (однослойная, двухслойная) емкость 47…68 пФ напряжение не менее 63В (для питания 2×25…2×27В) Для питания 2×40В — напряжение не менее 160В.

светодиоды можно ставить любые (зеленые, красные и т.д. ) — отобрать по прямому напряжению 2В, или по сумме напряжений=6В

(примечание от главного редактора: я бы заменил цепочки светодиодов стабилизаторами на TL431. По шумовым параметрам будет не хуже, а то и лучше, подбирать ничего не придется. В одном плече стабилизатор сделать регулируемым, им и балансировать усилитель при настройке)

Все элементы (кроме оконечных транзисторов) монтируются на печатной плате:

Фото готовой конструкции (извиняюсь за качество — сделано мобильником):

 

Настройка.

1.После прогрева усилителя (30 минут) резистором R17 устанавливаем ток покоя выходных транзисторов (70-100 мА для каждого транзистора.

2.Резистором R10 выставляем на выходе усилителя «0» Вольт (±20 мВ допустимо). После этой операции возможно потребуется откорректировать вновь ток покоя выходных транзисторов. Лучше проверить.

3. Настраиваем компенсацию нелинейности.
На выход усилителя подключаем эквивалент нагрузки (резистор  8 Ом мощностью 25 Вт). С генератора подаём сигнал 5…8 кГц, увеличивая его амплитуду, добиваемся начала ограничения сигнала на выходе усилителя (контролируем по осциллографу или вольтметром переменного напряжения). После этого на генераторе устанавливаем амплитуду величиной 0,7 от начала ограничения.

На выход усилителя подключаем фильтр и микроамперметр:

При выключенном генератора ещё раз убеждаемся в отсутствии постоянного напряжения на нагрузке.  Включаем генератор и резистором R8 добиваемся нулевых показаний микроамперметра.

На этом настройка усилителя закончена.

Самую точную настройку компенсации можно выполнить, используя анализатор спектра. Но как показала практика  предложенный метод даёт очень хороший результат.

Если настроить компенсацию не получается, значит, увы, вам попались транзисторы с очень большим разбросом параметров. Попробуйте поменять транзисторы в одном плече из другого канала.

Для достижения наивысшего качества при монтаже следует уделить внимание подключению общего провода.

Общий провод усилителя, нагрузки, входных разъёмов необходимо подключить отдельными проводниками к средней точке конденсаторов фильтра блока питания.

Иногда, в зависимости от конструкции, минимальный уровень фона получается при соединении корпуса с общим проводом вблизи входных разъёмов ( а не у трансформатора питания, как показано на рисунке).

При настройке усилителя общий провод эквивалента нагрузки и фильтра также необходимо подключать к средней точке фильтра выпрямителя.

 

Дополнения.

Вариант схемы с меньшей выходной мощностью (30-40Вт):

Увеличение по клику

Рекомендуемые замены транзисторов на импортные:

Q2/Q4 — BC546B/BC556B
Q1/Q3 — 2SA1837/2SC4793
Q6/Q8 — MJE15032/MJE15033
Q7/Q9 — 2SC5200/2SA1943

Файлы печатных плат в формате Sprint-Layout:

(только для зарегистрированных пользователей)  

Удачного творчества и качественного звука!

**************************************************************

Похожие статьи: