Qualche foto

sempre l'ampli:trafo,finali e dissipatore

L’ampli descritto
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Due ultime note: L’alimentazione.

Oltre quella stabilizzata del driver quella dei finali è decisamente tradizionale con qualche particolare in più, in serie al cordone di rete si trova un filtro rete che agisce sulle alte frequenze, in oltre nel trasformatore con nucleo costituito da lamierini a grani orientati, tra primario e secondario si trova uno schermo connesso al telaio dell’apparato,in questo modo si elimina la capacità tra i due avvolgimenti poiché la medesima viene “fugata” a massa. La cosa è interessante perché i disturbi presenti sulla rete elettrica che riescono a passare non ostante il filtro, vengono deviati a massa e non interagiscono con la parte di amplificazione. In più tutta la parte di amplificazione è isolata rispetto alle frequenze alte (radio frequenze e disturbi) da impedenze toroidali da 300 uH. Questo per evitare il più possibile di “sporcare” il segnale audio con segnali non desiderati. Esiste anche un relè di potenza che oltre a ritardare l’inserimento delle uscite, sgancia le medesime in caso di presenza di segnali in continua,subsonici ed ultrasonici a protezione dei diffusori. A proposito di protezioni si nota la presenza di un disgiuntore termico tarato a 70 °C che spegne completamente l’apparato in caso di surriscaldamento. Ultima nota è presente un deviatore che permette di sganciare il comune (lato freddo) del segnale audio dalla terra a cui è connesso il segnale dell’ampli per evitare il formarsi di anelli di massa. Di seguito riporto i valori del rapporto della potenza erogata su carichi diversi in regime impulsivo allo 0.1% di THD ovvero pacchetti sinusoidali costituiti da 20mS di presenza segnale intervallati da 60mS di assenza segnale:Il regime in presenza di segale a cui sono state effettuate le misure è di 52,56 WTT SU 16 Ohm i rapporti sono: W16/W8=2.00, W8/w4=1,94, W4/w2=1,79 per un valore di 366,92W su 2 Ohm allo 0.1% di THD Non Male! Non esistono protezioni di nessun tipo sulla limitazione riguardo alla corrente disponibile sul carico se non il fusibile di rete. Questo significa che in regime musicale l’ampli è in grado di pilotare anche diffusori (se esistono) che presentano minimi di modulo di impedenza di 1 (UNO!) Ohm!! Davvero notevole.

carico limite

THD image1

THD image2

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Questo era il risultato che volevo ottenere!

Perché ho scelto una tensione di alimentazione del driver più bassa di quella dei finali. Perché in questo modo il clipping dell’amplificatore avviene nel driver quando la tensione in ingresso passa un certo limite e non per saturazione dello stadio finale. Infatti se si guarda il grafico della distorsione armonica aumenta in modo monotonico, completamente differente dai grafici di amplificatori più convenzionali ove si nota quasi sempre una saturazione improvvisa e netta e spesso o quasi sempre non certo monotonica. In poche parole tutto questo significa che il comportamento di questo ampli è estremamente simile ad un amplificatore valvolare e che la sua potenza sembra di gran lunga superiore al dato di targa che è di 105 Watt equivalenti su 8 Ohm, esattamente come un valvolare. Quello che si discosta e molto ed in meglio da un ampli a tubi, è che qui si ha una capacità di erogazione in corrente enorme si arriva infatti a 410 Watt su due Ohm con lo 0.1% di THD ovvero poco meno di 14.5 Ampere efficaci ovvero circa 43 App. Non penso esista diffusore in grado di mettere in crisi, ad una pressione sonora terrestre, questo apparato. Ho provato a collegare diffusori dinamici come B&W,elettrostatici come Quad e MartinLogan oppure magnetodinamici come le Magneplanar con risultati superlativi. Unico appunto che le persone presenti a queste dimostrazioni mi hanno mosso, ed avevano pienamente ragione, era che sulle frequenze estremamente basse…il risultato non era così eccellente come sul resto della gamma che è stata unanimemente riconosciuta come superlativa! Il motivo non era certo legato alla velocità di resa del messaggio acustico né sullo smorzamento che è difatti di circa 130 da 100Hz a 10KHz,ma proprio sull’immanenza,se così si può dire del basso profondo. Il motivo è presto detto: mentre il trasformatore di alimentazione gestisce 500 VA in regime continuo, gli elettrolitici di filtro sono “solo” da 22.000 uF per ramo (negativo e positivo) Effettivamente l’energia immagazzinata potrebbe essere aumentata per ovviare a questo neo. Diciamo che comunque la limitazione sopra esposta, era avvertibile solo ad un livello acustico tale e in un grande ambiente. Livello da denuncia da parte dei vicini di casa di colui che aveva ospitato le prove. Con tutto quanto detto non voglio affermare di aver costruito il migliore amplificatore per uso audio del mondo,però di che per andare oltre bisogna disporre di una cifra decisamente molto molto alta! Ma….non mi fermo certo qui!!! È allo studio ed in prova un mostro,A cui ho dato il nome di Golem. che potrebbe porre la parola fine (forse) alla mia ricerca sugli amplificatori. Chissà.

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Cosa succede quindi?

 Quando il segnale da amplificare fa si che la caduta di tensione ai capi delle resistenze da 1,5 Ohm ecceda lo 0,6 Volt, i finali cominciano a condurre ed erogare corrente al carico in questo modo però la corrente erogata dalle triplette torna a diminuire e quindi le triplette tornano allo stato precedente; in pratica avviene che la corrente che fluisce sul carico è data dalla somma della corrente fornita dalle triplette e da quella fornita dai finali per cui guardando bene le triplette forniscono tutta la tensione al carico ma solo e sempre una parte della corrente la restante parte è fornita dai finali. Quindi i finali rappresentano un generatore di corrente, le triplette di tensione. In oltre se i finali tendono a lavorare in modo non lineare questa non linearità va a modificare il pilotaggio dei medesimi sino a che viene annullata. In pratica si instaura una controreazione locale sui finali stessi. Nel caso in cui il carico sia fortemente reattivo il discorso vale lo stesso e siccome (ricordare che la controreazione è debolissima e può anche essere eliminata) non si hanno fenomeni di instabilità dovuti ad una somma algebrica di segnali in-out dovuti al punto in cui segnale in ingresso e segnale proveniente dall’uscita riportata in ingresso si sommano:ovvero il differenziale di ingresso dell’ampli. Ho provato ad usare come carico un condensatore puro da 1 microFarad con un segnale seno+quadra come quello usato dalle riviste per i segnali di TIM(transient intermodulation distorsion) sino ad una tensione di 30 VRMS e l’ampli non faceva una piega! Alcuni amplificatori commerciali sottoposti ad un simile trattamento sarebbero diventati un oggetto fumante! Se date uno sguardo ai grafici di distorsione vedrete un comportamento simile ad un ampli valvolare si ma che eroga 15 Amperes RMS con 1% di THD !! Non è poco!! E’ estremamente difficile trovare un diffusore che tale amplificatore non sia in grado di pilitare! Morale della storia: si tratta di un ampli in grado di essere delicato come una piuma ma in grado di far muovere una roccia!

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LO STADIO FINALE

 Il cuore di questo stadio è costituito da due circuiti dette “triplette” perché composte ognuna da blocchi di tre transistor. Una tripletta può essere intesa come un super-transistor. In pratica vengono esaltate la linearità ed il guadagno in corrente. In questo caso non erogano l’intera potenza sul carico,ma solo una parte. I valori dei componenti resistivi delle triplette è stato scelto per avere due risultati: il primo la velocità del dispositivo ed il secondo avere un guadagno in tensione superiore all’unità. Questo è ottenuto con le due resistenze da 100 Ohm (una per il lato alimentato positivamente e l’altro per il ramo complementare alimentato negativamente. Infatti queste resistenze sono connesse a massa e non all’uscita: in questo modo la retroazione locale di ogni tripletta non è più al 100% ma inferiore. Il guadagno delle triplette è tale per cui con un segnale del driver vicino a 70vPP si ottiene la possibilità di modulare in uscita circa 82 Vpp per avere una potenza di circa 105W su 8 Ohm. ovviamente questa potenza non viene erogata dalle triplette ma da tutto l’apparato finale. Vediamo perché. Osservando lo schema si nota che contrariamente ad un circuito classico, oltre la resistenza connessa al carico in questo caso da o.33 Ohm e che rende possibile la retroazione del modulo “tripletta”,si trova un’altra resistenza da 1,5 Ohm in serie all’alimentazione, in realtà due resistenze, una per il positivo e l’altra per il negativo. In queste resistenze scorrono due correnti vale a dire la corrente di riposo impostata dal trimmer di bias e la corrente modulata dal segnale amplificato. Però la tensione presente sulle resistenze appena considerate, che non è mai nulla,determina anche la polarizzazione dei transistor finali 5+5; ogni gruppo dei 5 connessi in parallelo per il ramo positivo e negativo delle alimentazioni. Bene cosa succede: succede che sino a che detta tensione rimane inferiore a circa 0,6 volt i 10 finali è come se non ci fossero. Vale a dire che sino a che in queste resistenze da 1,5 Ohm non scorre una corrente superiore a 400mA, la bancata di finali non partecipa all’amplificazione! Il valore di 400mA circa,è in questo ampli il valore della corrente di riposo impostata ad apparato a regime termico. Il che comporta che la circuitazione dei dispositivi finali dissipa grossomodo 40 Watt senza segnale. Questo non significa che l’ampli lavori in classe A sino  40 watt; In oltre per determinare la classe di lavoro bisogna considerare solamente le triplette,infatti in assenza di segnale o per segnali molto deboli i finali di potenza ovvero la serie MJ sono SEMPRE in completa interdizione! Bisogna ragionare in questi termini: per potenze ridotte l’amplificatore si comporta come un classe A molto preciso e veloce( oltre 150 KHz): Il famoso First Watt come lo ha definito Nelson Pass, anche se qui la potenza prima dell’intervento dei finali di potenza è maggiore di un Watt diciamo intorno alla decina. E’ importante perché è proprio alle potenze ridotte dove si esprimono i dettagli musicali più delicati quelli che danno la differenza tra un amplificatore dozzinale ed un eccellente componente! Oltre questo livello,la tensione ai capi delle resistenze da 1,5 Ohm arriva alla soglia di 0,6 Volt e i finali di potenza cominciano a condurre. Vediamo alcuni dettagli 1) La distorsione di commutazione: Se il pilotaggio dei finali di potenza,ovvero la serie MJ fosse tradizionale avremmo anche il fatto che le capacità delle basi dei transistor legate al tipo di costruzione fisica dei dispositivi diverrebbe elevata (5+5 in parallelo) e ci si troverebbe ad assistere ad una continua carica e scarica di una capacità non lineare, avviene anche in questo caso ovviamente ma qui l’impedenza che pilota questi finali è di 1,5 Ohm e quindi questo problema diventa talmente ridotto da essere assolutamente trascurabile.

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Terminata la descrizione dello stadio di ingresso vediamo di analizzare lo stadio di amplificazione in tensione.

Troviamo di nuovo un amplificatore di tipo cascode rigido. Ci sono due particolarità degne di nota:La prima è che l’ampli in tensione considerato,che è simmetrico, è retroazionato localmente ( le due resistenze da 100K Ohm,una per ramo,che limitano molto il guadagno dello stadio. La seconda particolarità è che il pilotaggio avviene tramite due resistenze da 475 Ohm attraverso le quali scorre il segnale prelevato dal differenziale di ingresso. Normalmente queste resistenze non vengono inserite nei circuiti classici. Invece sono FONDAMENTALI e proprio di questo valore!! Questo trucco infatti evita che lo stadio precedente al cascode amplificatore di tensione,veda una giunzione secca B-E pilotandola in corrente,in questo caso il pilotaggio è quasi in tensione. La linearità del circuito ne giova molto. E’ stato verificato in moltissime prove che parlavano chiaro!! Tutto lo stadio considerato che implementa il driver di tutto l’ampli, è retroazionato verso il ramo del differenziale opposto all’ingresso tramite le resistenze da 68K Ohm ed i condensatori da 22pF. Tutto ciò rende lo stadio driver dotato di una eccellente banda passante, di ottima stabilità e contemporaneamente la sua distorsione a segnali non solo sinusoidali ma anche molto complessi quali multitono, seno più quadra, triangolare ed altri segnali che mi ero divertito a generare,eccellente. Non sono riuscito a notare fenomeni di intermodulazione in nessun caso. Chiude il discorso driver un moltiplicatore di beta che imposta la corrente di riposo dei finali. Per come è costruito tutto l’amplificatore, Tutti i componenti attivi sono alla stessa temperatura, cosa che ho notato influiva in modo benefico su modulazioni del bias dovuto a problemi termici .Alla uscita del driver ora analizzato è presente un blando filtro passa basso di tipo RC per limitare a frequenze inferiori a 100K circa il segnale da inviare ai finali. Non aveva senso,secondo me andare oltre.Volevo infatti che non fossero i finali a limitare la risposta in frequenza con la loro lentezza,ma che fossero in grado di riprodurre tutta la banda passante che gli arrivava e di conseguenza non ci fossero problemi con segnali che avessero una pendenza eccessiva! In oltre questa larghezza di banda è sufficiente per garantire una risposta in fase piatta sino alle frequenze(musicali) più alte:siamo quasi agli ultrasoni. Come si può notare dallo schema elettrico tutto il circuito di driver è alimentato da due stabilizzatori a componenti discreti uno per il ramo positivo e l’altro per quello negativo. Sono semplicissimi e non fanno uso di controreazioni esasperate,a mio avviso poco indicate per le alimentazioni del driver. Quel minimo che esiste serve solo a mantenere stabile la tensione erogata, in oltre un condensatore di tipo EKR,ovvero estremamente veloce serve a mantenere molto bassa l’impedenza dell’alimentatore a bassa tensione anche rispetto alle frequenze più alte. Iniettando in ingresso una frequenza di 10,20e30KHz,sino alla potenza massima disponibile non si notano modulazioni sulle linee di alimentazione del driver dovute al segnale e questo contribuisce non poco alla musicalità dell’ampli. Come si può notare dallo schema la tensione di alimentazione del driver è di +/-36Vcc ovvero circa 15 vcc inferiore a quella dei finali. Questa scelta comporta delle conseguenze che poi spiegherò.

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La descrizione dello schema elettrico.

Notare all’ingresso un amplificatore operazionale che rende bilanciato l’ingresso, questa soluzione era stata pensata per una applicazione particolare,mai usata in quanto si è poi deciso di usare solo l’ingresso sbilanciato. Comunque anche se costituiva una soluzione destinata ad un impiego particolare,l’ingresso bilanciato era implementato con un integrato tipo NE5534 che ai tempi veniva considerato come uno dei migliori disponibili per uso audio. Comunque l’ingresso usato era quello sbilanciato denominato “unbalanced input” Subito dopo notiamo un condensatore da 2u2 in polipropilene della Siemens. Ottimo componente, serviva per disaccoppiare dalla continua la sorgente dal circuito dell’ampli per motivi di sicurezza: l’amplificatore infatti, condensatore escluso, è in grado di lavorare anche in corrente continua. potete immaginare i guai per i diffusori se il pre avesse presentato un offset in DC! L’ingresso è oltretutto filtrato rispetto a frequenze ultrasoniche da un filtro passa basso  RC( 100pf e 3,57 K Ohm. A questo punto il segnale entra in un differenziale simmetrico (ovvero PNP e NPN) di cui il primo ramo,quello connesso all’ingresso, è un cascode rigido. I due rami del differenziale sono alimentati da due generatori di corrente:uno connesso al positivo e l’altro al negativo dell’alimentazione. E’ un circuito classico che presenta alcuni vantaggi: elevata banda passante, alta impedenza in ingresso e bassa distorsione.Oltre tutto si notano 4 resistenze di emittore (quelle da 100 Ohm) che implementano una reazione locale di questo primo stadio. I valori dei componenti sono stati scelti per la migliore linearità e per un’ampia banda passante. Su uno dei due rami del differenziale arriva anche la controreazione ingresso/uscita che è di circa 4.5 dB. E’ stata messa per ridurre il guadagno dell’ampli e si può tranquillamente eliminare. Infatti l’offset in uscita viene controllato da un integratore che lavora solo su frequenze  subsoniche ed in continua. Non sono comunque presenti condensatori sul ramo della debolissima retroazione.

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Una breve descrizione di un amplificatore costruito nel 1996, vedi schema elettrico

Questo ampli è stato lo sviluppo dei miei primi amplificatori,e poi in forma leggermente meno potente di quelli che sono andati ad equipaggiare il mio impianto. 6 di questi apparati sono ancora in funzione presso clienti che li usano con soddisfazione, e che, con mio malcelato orgoglio, hanno sostituito elettroniche molto più blasonate, e costose, delle mie!
Schema elettrico alimentazione

Schema elettrico parte amplificazione

 

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Esiste davvero!

Ovviamente tutto ciò che avete visto è vivo e si può ascoltare!

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E adesso vi mostro un ampli (dei miei)

Questo giocattolino l’ho usato sinora per i canali posteriori, ed anche per le vie alte, del MIO impianto.

Questo è il segnale dell'ampli al clipping/4Ohm

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