Усилитель Холтона

Автор: Энтони Эрик Холтон, интерпретация Fjodor Kuhn (aka дядя Федор) 10.01.2007

Вот тут можно скачать необходимые файлы для изготовления усилителя.

Все потянуто с форума Вегалаб, из одноименной ветки, там это можно прочитать в подробностях, здесь же только наиболее значимая выжимка, что бы не читать много порожнего текста. В конце собрал все часто задаваемые вопросы по этому усилителю . Некоторые вопросы упростил, ответы несколько расширил. Они помогут разобраться и собрать его начинающим радиолюбителям. Специалисты же, есно, и сами разберутся, а в чем я буду не прав поправят меня. Сильно прошу не пинать.

Работающая схема усилителя. Оригинал я не собирал, собирал вариант от Владимира Перепелкина.

Она отличается от оригинала тем, что имеет драйверный каскад с более низким выходным сопротивлением, что позволило более быстрее перезаряжать входные емкости выходных транзисторов, а следовательно искажения меньше, полоса частот шире. Схема запустилась с пол пинка, устойчивость отличная, даже не смотря на некоторые ляпы в печатке (типа длинной земли).

От себя добавил:

Зашунтировал все электролиты пленкой, добавил межбазовый конденсатор, облагородил С13 резистором, и вместо диода vd1 использовал транзистор, шунтирующие стабилитроны в затворах оставил по одному, вторые заменил диодами 1n4148. R12 посадил на землю 12ком (так разводить плату было удобней), в эмитер датчика температуры вставил резистор 36 ом, для предотвращения перекомпенсации. В итоге получилась вот эта схема (Многие элементы не имееют нумерации, часть не имело их в оригинале - часть те что были добавлены, т.к. не хотелось перенумерововать оригинальную схему от WP- так сказать для back-совместимости. Эти элементы имеют просто имена - без номера, напряжения помеченные синим зависят от питания, красным не зависят):

Платы я делаю всегда под конкретный случай. Т.е. сперва корпус, радиаторы, трансформаторы, и тЭдЭ и тЭпЭ а потом начинаю крутить плату, чтоб влезла.Стараюсь, конечно, чтоб все пучком было, но как получиться. Многослойные не люблю, все как то по старинке. Понимаю, что все это не совсем правильно, но приходилось приспосабливать к тому что есть. Размер платы 125*90, просто имею кучу нарезанных, вот и подгоняю под этот размер, если нет проблем с местом.

И печатка в „Eagle“, чтоб могли сами подвигать детали. Можно скопировать ее, а можно и улучшить. Ляп там, это длинная «П»образная земля, которую я усилил, для снижения сопротивления, 2мм медным проводом. Всеравно, каждый старается сделать все по своему. Результатом всеравно будет отличный усилитель, если конечно по крупному не накосячите.

Мой БП: На входе стоит фильтр от постоянной составляющей сети, подобный как в усилителях "Lamm", т.е. Шушуринский. Я, конечно, сильно сомневаюсь в пользе данного девайса, но попробовал. Дальше, мягкий старт, аналогичный в усилителе " Корвет 048", трансформатор от усилителя «Kenwood», ну дальше все понятно.

Хочу сказать еще то, что многие его считают усилителем только для саба, это не верно. Очень широкополосный нормальный усилитель. Я его сравнивал с такими как " Rotel RB-970BX"; "Akai AM-A90";"Dual CU-1460" Усилитель Н.Сухова . Оказалось, что другие играют еще хуже. В порядке от хорошего к худшему

Холтон, Сухов, Rotel, Akai, Dual. Причем первые три играли почти одинаково ( зря ругают Сухова) у Rotelя мощность не дотягивала до первых двух. Akai имел больше сходства с ламповым звуком, такие же рыхлые низа и прекрасная середина и верха. (В нем выход на 2SK405 и 2SJ115). Dual, вообще ни чем не отличился, мертвый звук.

Теперь испытания на полную мощность.

Реостат двойной у меня под столом, нагрузку можно регулировать от 0 до 16 ом, ток держит до 15 ампер. Нагружал оба канала сразу. Просадка напряжения питания с 57,6 до 50 вольт (да, дохленький трансик), при этом мощность была (до ограничения амплитуды) 130 ватт на канал при 8 ом нагрузки. Чувствительность 1 вольт.

FAQ:

Обязательно ли лудить дорожки в усилители Дяди Федора?

Все не обязательно, желательно (не обязательно) усилить землю и "силовые" + и - медной проволокой диаметром примерно 2 мм и всё. Ну а если из эстетических соображений, можешь все пролуди

В районе С1 и R12 напаян кусок проволоки, типа перемычки? Что это за элемент?

По схеме применяется на входе два полярных конденсатора, я поставил неполярный. Поэтому один пришлось заменить перемычкой!

Выходное сопротивление как померять?

Rвых=Rнагр*(Uxx/Uнагр - 1), где Rнагр - нагрузочный резистор (3...8 Ом), Uxx - напряжение на выходе усилителя без нагрузки (на холостом ходу), Uнагр - Напряжение с подключенной нагрузкой. Подключаешь милливольтметр переменного напряжения на выход, подаешь на вход синус, записываешь. Подключаешь нагрузку, напряжение чуть падает. Записываешь и вычисляешь.

Нужно ли подбирать транзисторы, если да, то как?

Подбор транзисторов хорошо описан в этой статье. Теоретически все выходные транзисторы по параметрам должны быть одинаковые, но на практике транзисторы одной проводимости сильно отличаются от транзисторов другой, что делает невозможной их подборку. В этом случае я посто подобрал одинаковые транзисторы только по плечам. Важнее обеспечить похожесть Ugs между параллельными транзисторами. Для лучшей стабильности нуля на выходе (а он и так очень стабильный) можно подобрать одинаковые транзисторы в первом ДК. И прижать их друг к другу, через термопасту с помощью термоусадочной трубки. Транзисторы VT4; VT5; VT6; VT8, также желательно чтоб еще и второй транзистор токового зеркала тоже, стояли на радиаторе. Рассеивать этому радиатору придеться около 4-5 ватт мощности. Поэтому сильно не «жадничайте» с площадью. Если все же его будет маловато (типа нет ничего подходящего), можно (крайний случай) уменьшить ток покоя драйвера путем увеличения сопротивлений R13_18; R14; R19 (можно только R13_18, но лучше все) до 47-51 ома.

Чем можно заменить mje340/mje350 (ну кроме kse340/kse350, в смысле)?

Можно попробовать 2SC3600/2SA1406, 2SC3955/2SA1540, 2SC3503/2SA1381, 2SC3502/2SA1380, 2SC3467/2SA1370, BD139-16/140-16. Если это вариант не от ВП, то можно попробовать BF415/416, ну а если от ВП, то там помощней треба.

Чем можно заменить 2N5551? У меня в "кумире y-001" на коллекторе по схеме 10,5v,а у холтона судя по измерениям Дяди Федора 11,5 вольт, т.е. я так понимаю, что все-таки можно заменить одну пару транзисторов 2N5551 на КТ- шки. Сами кт 3102 бывают разные Uкэ от 20до 50 вольт (кт3102 в кумире стоят в металлическом корпусе ).

Да есть целая куча нормальных транзисторов: BC 546 BC 550 BC 639 MPSA 42 и многие другие. КТ3102 обладают малым уровнем шума только при Uce не более 5 В и Ic примерно 40 мкА. При больших напряжениях и токах шумят довольно сильно.

Как можно проверить работоспособность выходных транзисторов?

Опишу как это делаю я на примере транзистора с N каналом IRFP240. Цифровой прибор в режиме измерения падения напряжения ( значок диода). Напомню цоколёвку: Транзистор «лицом» ко мне, ножки внизу, слева на право: G D S , что по русский З С И. Плюсовой щуп ( красный) на «И» минусовой на «С», прибор должен показать примерно 0,5 вольт( падение напряжения на встроенном защитном диоде). Теперь перемкнём коротко «З» и «И», чтоб разрядить входную ёмкость. Теперь плюсовой провод на «С» минус на «И» прибор должен казать бесконечность. Теперь перенесем коротко плюсовой щуп на «З» (заряжем входную емкость) и обратно на «С» прибор должен показать падение от 0,03 до 0,1 вольт. Опять коротко соединим «З» и «И» и опять мереем + на «С» - на «И» прибор должен показать опять бесконечность. Значит транзистор целый. Также( только полярность обратная) проверяется Р канальный транзистор, только падение у него в открытом состоянии 0,3 вольта.

Дядя Федор как думаешь если в плече еще по одному полевику добавить?

Хуже не будет. А вот нагрев увеличиться при токе покоя. Потому что на дополнительных транзюках тоже надо выставить ток покоя 100 ма, а это при Uпит +/-60v лишние 12 ватт. Но при работе на нагрузку транзисторы разгрузятся. Так что - можно!

Катушка на выходе?

Безкаркасная, 15-20 витков на оправке д.1-1,5см в два слоя, проводом 1,0-1,5мм.

Какое напряжение должна давать вторичная обмотка в трансформаторе, что на усилок подать ±63 Вольта? Конденсаторы меняют же напряжение... Где-то 44,5 Вольта?

Нужно 63 вольта разделить на 1,41, получим примерно 44,7 вольта.

А какое номинальное напряжение может отдать этот усилитель при 2х транзисторах в плече и при питании ±70В на нагрузку 4 Ома? Какая при этом будет мощность и какие транзисторы можно ставить на выходе?

Номинальное напряжение зависит от многих факторов. Проще тебе расчитать его самому по формуле(проще замерить): Uам.= Uпит.- Uнас.- Uпр.- Ur, где Uам - амплитудное выходное напряжение, Uпит - напряжение питания (одно плечо), Uнас - напряжение насыщения выходного транзистора, Uпр. - напряжение просадки питания, Ur - напряжение падения на эмитерном или истоковом резисторе. Среднеквадратичное выходное напряжение = Uам/1,41. Вот и считай. А при таком питании, 2 транзистора в плечо будет маловато. Мощность - P=U*U/R, где U-среднеквадротичное напр. на выходе, R- сопротивление нагрузки. Остальное можно узнать из этой и формулой выше. Транзисторы можно ставить - 2SK1530; 2SJ201; IRF640; IRF9640. А если "закрыть глаза" можно и много чего другого. Эта схема стерпит.

Спасибо, за подробный ответ. Не ясно только одно: при расчетах используется Uпит и если оно меряется цифровым мультиметром (который и так показывает среднее значение), то надо ли делить затем амплитуду на 1.41?

Это относиться только к переменному синосуидальному току. К постоянке это не относиться.

Какой емкости ставить кондеры в питании, что бы все было в ажуре на нагрузке 200 Вт 4 Ом?

Не менее 20 000 на плечо, а вообще, чем больше тем лучше.

Я так слышал что КПД таких усилителей около 60%. Т.е. 48В*0.6=28.8В на выходе должно быть максимумом?

Зная КПД мощность расчитывается. Это если он, к примеру, потребил 2* 48V*3A= 288Watt, То выдаст в нагрузку 288ватт*0,6 = 172,8 ватт! Зная выходную мощность, можно вычислить КПД самому измерив еще потребляемую мощность усилителя. Для этого потребуется вольтметр постоянного тока и амперметр ( примерно на 10 ампер). Амперметр включаем в разрыв, скажем, + питания и вольтметр между землей и этим полюсом и снимаем показания при той же мощности ( до ограничения амплитуды и с нагрузкой) Всё это можно сделать вместе с измерением мощности. Потом измеренное напряжение множим на измеренный ток и умножаем на 2 ( двухполярное питание) получаем потребляемую мощность. Пример: Вольтметр показал 50 вольт, амперметр 2 ампера итого: 50*2*2=200 ватт потребляемой мощности. А КПД вычисляем по формуле: 100% множим на выходную мощность и делим на потребляемую. Пример: 100%*100вт/200вт=50% КПД!

Правильно ли я понял из документа MOSFET_amp_ru.pdf, что надо впаять резистор 10 Ом так как указано на рис 4. и можно подавать питание и проверять напряжения (кстати можно для проверки использовать те значения что у Дяди Федора указаны?) Надо ли закорачивать вход во время проверки? В каком положении должен находится подстроечник тока покоя?

Про резистор, все правильно. Вход во время проверки желательно закоротить. От положения подстроечника будет зависеть напряжение на кол и эм датчика температуры. Пока выходных транзюков нет, положение его безразлично, но когда ты их поставишь, то при первом включении подстроечник должен находиться в верхнем по схеме положении, что соответствует минимальному току покоя.

Сделал так Вы сказали: закоротил вход на землю, в разрыв цепи (+) поставил амперметр ток с 70мА за минуты три вырос до 135мА. Это нормально? Какой ток должен быть?

Ток покоя нужно выставлять для каждого транзистора 100ма, а не для всего усилителя.

Просьба написать подробно как мерять ток покоя для всего усилителя и отдельных транзисторах!!!

Достаточно померить напряжение на мощных истоковых резисторах ну и по закону ома I=U/R вычислить ток покоя. На каждом транзисторе он должен быть не менее 100ма. Ток покоя выставляется при закороченном входе. На выходе должен быть четкий ноль. Нагрузка должна быть отключена. Ток 100ма постоянный, на сопротивлении 0,22ома, падение напряжения должно быть около 0,022 вольта (постоянного) на каждом резисторе и отличаться не значительно.

Люди совсем понять не могу!!! объясните для тех кто в "вагоне"...если вычислять ток покоя или выставлять как описано в доках Лабовских по формуле I=U/R то получается: I= 0.018v/0.22=0.081A переводим в миллиамперы 0,081*1000=81Ма!!! Правильно??? 81Ма это не 100.... тогда получается что бы получить 100ма нужно: тогда по формуле : U=I*R = 0,1А(100ма)*0,22ом=22мв....так как все понять это понять??? Объясните ламеру!

Все вычисления у тебя правильные, просто не все люди следуют рекомендациям. Лабовские советуют 81ма, а я поставил 100ма, снижаются при этом искажения. Если поступишь по рекомендациям Лабовских , то твое право. Сильно хуже не будет.

Странности у меня с током покоя. В драйвере резики на 36ом, как по схеме. Регулировочное сопротивление находится почти в крайнем открытом положении (если оно находится в другом положении, то происходит перекос в плечах на 2-3 вольта), и при зтом выходники греются только при большой амплитуде сигнала.А то, что в плечах не по 4, а по 3,5 вольта - это не страшно?

Ну тогда у тебя в запасе еще два пути. Это увеличить сопротивление R15, до 8,2ком примерно, или уменьшить R17 до 470 Ом. Перекос в плечах, это нормально, и происходит в ввиду не одинаковости транзисторов с"N"и "P" каналом. А 3,5 вольта, этого напряжения как раз и нехватает для нормального тока покоя.

Нет предохранителей на плате и защиты выходных транзисторов?

Предохранители у меня стоят в БП, они, конечно, не спасают транзисторы от сгорания, но они спасают диоды выпрямительного моста, трансформатор, монтаж от выгорания, а это уже не мало, поэтому место им в БП, на каждый канал свои. От кз защиту не делаю (ну разве что эти предохранители), за последнии 20 лет я не припомню, чтоб на выходе у меня КЗ было, это какие сопли надо ж иметь. Да к тому же эта защита начинает срабатывать на пиках, внося свои искажения, с которыми мы всякими способами пытаемся избавиться. Так пусть уж лучше чтоб они не возникали. К тому же я проделал тот же эксперимент, который был описан на Сайте Ньютон Лаба: на полной громкости замкнул выход. Сгорели предохранители в блоке питания. Усилителю, хоть бы что! Так зачем огород городить?

А зачем ставить в БП ультрабыстрые диоды, а затем их "замедлять" параллельными конденсаторами?

Дело в том, что выпрямительные диоды при переключении генерят в широкой полосе. Чтоб задавить эту генерацию и применяют параллельно диодам конденсаторы или заменяют выпрямительные диоды на более быстрые. А самый эффективный метод, когда все вместе. Конечно их необязательно параллелить конденсаторами, в этой схеме много чего необязательного и свободно можно выкинуть. Я просто нарисовал как у МЕНЯ сделано, а там уж как хотите.

Дядя Федор, расшарь плиз схему только своего блока питания, и скажи плиз, что там можно упростить без потери качество?

Блок питание был сделан из того, что имелось под рукой, а не так как хотелось. Всю эту галиматью можно с успехом выкинуть и сделать как во всех усилителях. Качество от этого не пострадает. Может надёжнось только уменьшиться если не будет плавного старта. А фильтр от постоянной составляющей, я просто попробовал, будет ли толк. В жизни мирской,имхо, он не нужен (тем более, где я живу). Главное в усилителе , это мощный трансформатор (а лучше два) и большие емкости.

Заземления в розетке нет, вы писали, что можно без этого или поставить кондер(какой?) и зачем? Блок питания как я понял сделан на 2 канала, какую часть схемы придется переделывать для 1 канала и что именно?

Ну, нет заземления, так нет. Конденсатор один, такой же, между двумя проводами сети, для шунтирования высокочастотных помех. Для одного канала убираешь с каждого плеча по сопротивлению 0,22 ома и конденсатору 10 000 мкф. Но! Конденсаторы лучше оставить, тогда сопротивления заменяешь перемычкой.

Дядя Федор, посоветуй тогда схему плавного старта по-проще чем у тебя...мне для саба, просто при его выключении и включении, боюсь соседи будут пугаться, без корпуса динамик и то слышен, а че в корпусе будет даже страшно подумать. На одних кондерах(80000мкФ) саб играет секунд 10-15!

Схема что привел Дядя Федор не спасет тебя от звуков издаваемых сабом при включении и выключении. Схема предназначена для плавного пуска большой нагрузки. Чтобы с диодов БП снять часть нагрузки и чтобы пробки в квартире не повыбивало. Звуки которые ты слышишь это переходные процессы в УМ. Тут надо ставить схему задержки подключения динамика к выходу УМ. Просто тупо ждать несколько секунд после включения, а потом реле подключает динамик. А при выключении надо предусмотреть механизм мгновенного снятия напряжения с реле. Схем реализующих это полно. Ищи по словосочетанию Защита АС. У меня стоит уже проверенная временем, надежная и простая схема защиты колонок от усилителя «БРИГ», такая же стоит во многих промышленных усилителях.

И ещё не маловажный момент: Частенько при испытаниях забывают соеденить сигнальную землю с силовой, от этого и напряжения не те и усилитель не работает, Так что не забывайте и сохраните много нервов и времени.