Definizione del progetto

Sono un autocostruttore da sempre.

Autocostruttore di qualsiasi cosa possa interessarmi.

Autocostruttore puro: rifuggo i kit, le istruzioni, gli abominevoli opuscoli del faidate.

L'idea e il progetto sono le fasi più eccitanti, la costruzione é impegno puro, la macchina che funziona é la sublime soddisfazione.

Mi ha sempre appassionato l'elettronica, mi piace approfondire la comprensione e la descrizione matematica dei fenomeni e da qualche anno mi affascina il settore dell'Alta Fedeltà con tutti i suoi riti e i suoi interrogativi su risultati sperimentali non inquadrabili in regole elettroacustiche semplici.

Da ingegnere non credo comunque nelle stregonerie, ma in fenomeni che richiedono spiegazioni ed analisi più approfondite per essere compresi.

Non sono quindi un ascoltone, non ho orecchio finissimo, ma ho due critici inesorabili per ogni mia realizzazione: mia moglie e mio figlio, che è un buon pianista. Con loro assisto spesso e con piacere a concerti di musica classica e ho di conseguenza tarato il mio personale ed umano strumento d’ascolto sul suono “dal vivo”.

Mi accorsi quindi tempo fa che l'ascolto casalingo di musica con gira CD, ampli e diffusori consumer si risolveva in una pena micidiale che inevitabilmente sospendevo dopo 10-15 minuti di sofferenza.

Cominciai a documentarmi così come é nella mia indole: riviste, qualche libro.... e decisi che avrei costruito la ”Mia Catena Di Amplificazione”. Incominciai con un preamplificatore che chiamai naturalmente “Opera Prima”. La costruzione iniziò circa sei anni or sono ed il progetto è stato in continua evoluzione recependo tutte le mie successive esperienze tanto che lo ritengo ancora molto attuale nel mio parco di “Macchine per la Riproduzione del Suono”.

Il selettore degli ingressi

Il preamplificatore dispone di un ingresso bilanciato per CD più altri tre ingressi sbilanciati.

La selezione degli ingressi è affidata a relè che sono comandati da una semplice logica di controllo come descritto in seguito. L’utilizzo dei relè permette di tenere il percorso di segnale il più breve possibile. L’ingresso più importante (CD) è il più vicino allo stadio amplificatore, in questo modo si minimizza il pericolo di degradare il segnale. Inoltre i relè provvedono anche a scollegare, oltre che il segnale, anche la massa delle sorgenti non utilizzate. In questo modo si evitano i possibili loop di massa con tutti i benefici effetti che ne conseguono. Le resistenze R9 da 10 kohm evitano che le masse non collegate assumano potenziali elettrostatici diversi da zero rispetto a massa, mentre le R8 da 1 Mohm servono a evitare che le uscite delle sorgenti non collegate e munite di condensatore di disaccoppiamento della CC si allontanino dal valore medio zero causando lunghi transitori al momento della loro attivazione.

La scelta dei relè merita particolare attenzione perché essi devono trattari segnali a livello molto basso. Occorre quindi utilizzare dispositivi con un carico minimo di contatto dell’ordine dei 5-10 µA e resistenza di contatto inferiore a 50 mohm.

Tutti collegamenti di massa sono attestati su una barra di rame argentato di buona sezione come evidenziato sullo schema elettrico del preamplificatore

Lo stadio amplificatore di tensione

L’amplificazione di tensione è affidata ad uno stadio “cascode inverso” differenziale costituito da un transistor ad effetto di campo nella sezione inferiore e da un bipolare per quella superiore. Il cascode inverso e topologicamente identico al cascode tradizionale, ma ha il vantaggio di poter riportare l’uscita al potenziale di massa e quindi di evitare l’uso di condensatori sul percorso del segnale. Ho già illustrato questo circuito nella descrizione dell’amplificatore “Il Maestro” pubblicata sul numero 46 di CHF, quindi non mi ripeto. Nel LINK troverete qualche ulteriore notizia teorica sul cascode e sui vantaggi di questa interessante configurazione circuitale che nata ai tempi dei tubi a vuoto è sonicamente molto performante anche nelle versioni allo stato solido.

Lo stadio non ha controreazione eccetto quella locale costituita dalle resistenze di source non bypassate. Per questa ragione è richiesta un’accurata scelta dei dispositivi attivi ed in particolare del FET perché dalla loro linearità dipende la distorsione del segnale. Ho utilizzato dei BF245B selezionandoli accuratamente come spiego nel LINK.

Uno stadio differenziale necessita di un generatore di corrente o “pozzo di corrente”. Il generatore ideale di corrente è costituito da una sorgente di tensione infinita in serie ad una resistenza infinita. Potremmo approssimarlo bene nel nostro caso con una tensione negativa alta, supponiamo -240 V, in serie ad un resistore da 20 kohm ottenendo il generatore da 12 mA occorrente. La resistenza interna del generatore in questo caso é sufficientemente alta rispetto al parallelo dell'ammettenza dei FET che è di circa 12 mS (83 ohm) e la differenza di corrente di segnale nei due rami del differenziale con segnale sbilanciato in ingresso rimane contenuta in circa il 2 %; ne consegue inoltre che questa corrente (a circa –28 dB sotto il livello di segnale) circola nei condensatori di livellamento della tensione di alimentazione. Se volessimo invece utilizzare la tensione di alimentazione standard del preamplificatore e cioè -18 V  avremmo una resistenza serie del generatore di soli 1500 ohm con una sbilanciamento di segnale del 22% assolutamente non accettabile.

Per non utilizzare una tensione di alimentazione negativa dell’ordine di qualche centinaio di volt ho ricercato una soluzione alternativa con uno stabilizzatore di corrente a componenti attivi. In questo caso si deve risolvere un nuovo problema: abbiamo introdotto nel circuito una sezione fortemente retroazionata che, in generale, ha dimostrato di avere conseguenze negative sul suono.

Dopo vari esperimenti ho scelto il generatore di corrente che vedete nello schema: è una configurazione molto utilizzata dai costruttori inglesi ed è la meglio suonante. Ho aggiunto in serie al generatore un induttore L2 da 10 mH che, unitamente al condensatore C11 da 0.1 nF in parallelo al trimmer di regolazione della corrente di riposo, ha lo scopo di inibire l’effetto della controreazione locale del generatore di corrente alle alte frequenze (oltre 30 kHz). La modifica limita l’intervento della controreazione del generatore di corrente alla banda audio eliminando quindi la possibilità di sommare al segnale il rumore tipico dei circuiti controreazionati con i conseguenti effetti negativi di intermodulazione.

La regolazione del volume

La regolazione del volume è di tipo “shunt”, una configurazione inusuale e che non mi risulta sia mai stata utilizzata in un preamplificatore audio. Il potenziometro P1 connette i due rami dello stadio differenziale riequilibrando in modo variabile, in funzione della sua resistenza, la corrente che circola nei due resistori R1. Questa soluzione, oltre a permettere di utilizzare un potenziometro a due sole sezioni, fa sì che il contatto strisciante sia percorso da una corrente di valore relativamente elevato senza quindi dar luogo ai problemi della configurazione a partitore di tensione quando la corrente sul contatto è quasi nulla.

Il buffer di uscita

Lo stadio di uscita è stato oggetto di studi, ripensamenti e rifacimenti tanto che non vi propongo una sola soluzione ma ben quattro.

A)   La soluzione “tradizionale”: l’inseguitore di emettitore. Non penso ci sia niente da dire: due bipolari BC373 per ogni canale bufferizzano il segnale presente sui resistori R1 per poi presentarlo all’uscita con un’impedenza dinamica di circa 10 ohm. Potrete pilotare qualsiasi finale.

B)   La soluzione “minimalista”: nessun buffer. Se un’impedenza di uscita dell’ordine di 1 kohm è sufficiente per pilotare il vostro finale potete evitare di introdurre altri stadi sul percorso del segnale. Utilizzate cavi di collegamento più corti possibile ed il risultato sonico sarà ottimo!

C)   La soluzione “controcorrente”: buffer con circuiti integrati. So già che qualcuno storcerà il naso. Anch’io non ho mai utilizzato circuiti integrati nelle mie realizzazioni, ma non sono nemmeno tipo da avere dei preconcetti. Inoltre, se volete, l’amplificatore a controreazione di corrente LT1227 che ho utilizzato è molto più esoterico di certi circuiti che vedo talvolta pubblicati. Rimando al LINK per i dati tecnici. Il suo utilizzo originario è come amplificatore video e pilota di linee a bassa impedenza. È proprio questo che lo rende interessante: provate ad utilizzarlo come propongo nello schema disponendo il pre vicino alla sorgente e gli amplificatori, che dovranno essere necessariamente mono, vicino ai diffusori e collegate il pre all’ampli con un cavo bilanciato avente 75 ohm di impedenza (ad esempio il cavo Belden 9463 Blu Hose codice RS 331-8865) attestato su un carico di 75 ohm. La bassa impedenza del cavo di segnale e del carico rende il collegamento praticamente immune ai disturbi ed indipendente dalla qualità del cavo; inoltre i cavi di potenza tra ampli e diffusori molto corti costano poco anche in questo caso la qualità è sonicamente meno influente rispetto a un collegamento più lungo.  Naturalmente non ci crederete, ma questa è la soluzione che preferisco perché è quella che mi ha dato i migliori risultati sonici. Una piccola nota importante: il resistore da 330 ohm tra uscita e negativo della alimentazione ha lo scopo di forzare lo stadio di uscita dell’integrato a funzionare in classe A con evidentissimi benefici!

D)   Soluzione per uscita sbilanciata: il trasformatore. Se vi occorre solo l’uscita sbilanciata potete utilizzare questa soluzione che utilizza un trasformatore di uscita. È possibile, non collegando a massa il secondario del trasformatore, isolare galvanicamente pre e ampli evitando i soliti e perniciosi loop di corrente. Il risultato sonico dipende molto dal trasformatore usato: un buon compromesso prezzo/prestazioni lo potete trovare dal distributore RS Components col codice 210-6431.

Il servocontrollo offset di uscita

Il controllo dell’offset delle uscite è affidato ad un servocircuito utilizzante amplificatori operazionali integrati doppi OP285GP che confrontano la componente continua di tensione presente sulle uscite e se questa si discosta dalla tensione di riferimento (la tensione di massa) regolano la tensione di base del corrispondente transistor superiore dello stadio cascode per annullare l’errore.  La costante di tempo del circuito è di circa 0.5 s.

 I due condensatori C7 da 1 µF attestati sulle basi dei transistor T1 devono essere della massima qualità perché percorsi dalla corrente di base dei transistor stessi, corrente che è correlata con la corrente di segnale.

L’alimentazione

Il pre necessita degli alimentatori illustrati nello schema. I trasformatori sono alloggiati in un contenitore separato, mentre in circuiti di stabilizzazione sono cablati su una lastrina millefori alloggiata nel preamplificatore. Non meritano nessun particolare commento se non perché direttamente sul circuito stampato ospitante il pre è implementato un ulteriore filtro LC costituto da un induttore da 10 mH e da una terna di condensatori di differente capacità. Questo filtro ha lo scopo di isolare completamente il pre dai possibili disturbi a frequenze elevate generati dai regolatori di tensione utilizzati.

I circuiti della logica di controllo

La logica di controllo sovrintende alle funzioni di base del pre. In particolare all’accensione e durante il cambio di sorgente inibisce le uscite in modo che queste operazioni siano assolutamente silenziose. Questa funzione è necessaria soprattutto durante la commutazione degli ingressi perché essendo le sorgenti non utilizzate completamente scollegate dal pre (segnale e massa) si creano differenze di potenziale il cui riequilibrio richiede qualche decimo di secondo.

La logica è realizzata molto semplicemente in modo cablato con integrati CMOS ed ha una propria sezione di alimentazione indipendente ed è galvanicamente isolata dai circuiti audio avendo usato come interfaccia dei relè.

La realizzazione pratica

Come base per la realizzazione del preamplificatore ho utilizzato una lastra di Ergal (lega di alluminio per uso aeronautico) con lo spessore di 10 mm con tre piedini conici in ottone che consiglio di appoggiare su blocchetti di grafite. Utilizzo spesso questa configurazione che ritengo molto stabile e comoda. Sulla lastra sono fissate mediante distanziali in teflon due lastrine millefori formato eurocard: una per le sezioni di alimentazione e logica e l’altra per i circuiti veri e propri di amplificazione. Il frontalino, il pannello posteriore ed il coperchio sono sempre in Ergal da 4 mm di spessore mentre per le pareti laterali ho utilizzato lastra di ottone. Il tutto è completato da una cornice inferiore in legno con funzioni estetiche

L’ascolto

Il preamplificatore è stato inserito in catene di amplificazione utilizzanti sia amplificatori allo stato solido sia utilizzanti tubi a vuoto in configurazione push-pull. La caratteristica saliente è la neutralità e la grande velocità. Queste caratteristiche sono esaltate nella versione con uscite bufferizzate dagli amplificatori a retroazione di corrente che inoltre ha mostrato una notevole “indifferenza” al tipo di cavo utilizzato ed alla sua lunghezza.

La versione “minimalista” (senza buffer di uscita), se correttamente interfacciata con buoni cavi il più corti possibile ed un finale con impedenza di ingresso sufficientemente elevata, riesce ad unire alle caratteristiche prima esposte una disarmante naturalezza su tutta la gamma di frequenze.

Download schemi in formato DWG e file Excel per calcolo del punto di lavoro

 Per ogni informazione e commento potete scrivermi all’indirizzo sondulac@yahoo.it .

 

Elenco dei componenti

preamplificatore