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Amplificatore finale a mosfet alimentato a batteria

Filosofia di progetto

Questo progetto nasce in una ottica di ascolto della musica ottimale, in cui il suono subisce le minori manipolazioni possibili. Quindi gli stadi di ingresso, preamplificazione e amplificazione vengono ridotti al minimo, i circuiti vengono progettati per il minimo numero di componenti possibile, tutte le scelte vengono fatte in funzione della minor alterazione possibile del suono originale. Per semplificare il tutto ed avere il massimo abbiamo scelto di utilizzare un DAC con controllo del volume direttamente collegato sullo stadio finale. La scelta finale a livello di DAC, dettata dalle specifiche tecniche dello stesso è caduta su un ASUS Xonar Essence One, che è un hardware nato espressamente per l'alta fedeltà.

Specifiche di progetto

Innanzi tutto si tratterà di un amplificatore finale, che quindi non comprende il preamplificatore e gli stadi di ingresso e commutazione. Questo per due motivi: per primo ridurre al minimo tutti i componenti per evitare alterazioni del suono e rumori di fondo, come secondo motivo, visto che il tutto sarà alimentato a batteria non vi saranno disturbi di tipo elettromagnetico ad inquinare il suono anche se la potenza gestita sarà abbastanza alta e il segnale in ingresso basso.

Gli stadi di ingresso (parte opzionale che serve solo se non si usa solo il DAC)

Lo stadio di ingresso prevede un selettore a relè comandato da un commutatore.
I relè sono a ridosso degli ingressi in modo da accorciare al massimo il percorso del segnale. Tutti gli ingressi sono messi a potenziale di terra da una resistenza dal valore tale da non caricare in nessun modo lo stadio che precede.
Quindi dell'ordine dei 470K.
I relè dovranno essere adatti a gestire segnali dell'ordine delle centinaia di mV.
La bobina dei relè è in parallelo ad una resistenza che bypassa a massa l'energia accumulata dalla bobina del relè quando questi è eccitato.
Questo per eliminare possibili cause di disturbi in fase di commutazione che produrrebbero fastidiosi ticchettii sulle casse.
La tensione di alimentazione dei relè sarà prodotta partendo dalla tensione di batteria con un circuito atto ad abbassare la tensione fino a 12V (tensione della bobina dei relè). Questa soluzione ci permette di posizionare il comando dei relè (il commutatore S1) dove ci pare senza modificare il percorso del segnale. Ci sono anche possibili soluzioni meno costose allo stesso problema, come posizionare il selettore S1 a ridosso degli ingressi facendo a meno dei relè e allungare il cinematismo di comando (l'albero che aziona il commutatore) per comandarlo dal pannello frontale.
Vista la natura del progetto (senza compromessi) ci è parso più logico utilizzare i relè
Resta da definire se utilizzeremo dei reed relè con contatti tipicamente placcati in argento (per ridurre la resistenza di contato) o dei relè standard con contatti in oro (i migliori relè hanno i contatti in oro per resistere all'ossidazione, cosa che non serve nei reed relè in quanto i contatti sono in una ampolla di gas inerte e quindi non soggetti ad ossidazione).
Faremo prima delle prove per quello che concerne la resistenza serie e la stabilità del contatto nel tempo.

Amplificatore finale a mosfet alimentato a batteria: stadio di ingresso e di preamplificazione

Scelte di progetto per amplificatore finale: scelta dei componenti

Tipologia di scelta Scelta

Componente attivo stadio finale

La scelta dei mosfet per lo stadio di uscita è nell'ottica di emulare a livello di timbrica il comportamento di un amplificatore valvolare, mantenendo nel contempo un buon fattore di smorzamento, secondo me necessario per pilotare convenientemente casse con un'alta dinamica, specie per quello che riguarda la gamma bassa delle frequenze.

Alimentazione

Batteria al piombo offiancata da batteria di condensatori elettrolitici. Questa scelta è dettata dalla necessità di eliminare ogni possibile fonte di ronzio, abbattere la resistenza interna dello stadio di alimentazione e di conseguenza limitare fortemente la diafonia. Unico inconveniente, occorre approntare un sistema di carica delle batterie che le mantenga cariche quando l'amplificatore è spento ed intervenga in caso di eccessivo scaricamento delle stesse. Questo sistema sarà automatico e avrà una potenza adeguata. In condizioni normali sarà completamente disgiunto e sarà posto in un telaio a parte completamente svincolato dall'amplificatore finale. Le batterie avranno una capienza tale da garantire almeno 4 ore di funzionamento. Per contro le batterie hanno una durata di qualche anno (nel nostro tipo di impiego 5-7 anni) poi vanno cambiate, hanno un ingombro e un peso notevole, quindi l'amplificatore non sarà proprio "portatile".

Protezione delle casse

In genere per proteggere le casse si utilizza un fusibile, soluzione poco soddisfacente perché il fusibile introduce due contatti striscianti (le linguette su cui è montato) e la sua stessa resistenza interna. La soluzione alternativa per proteggere le casse da un possibile cortocircuito di un mosfet è quella di utilizzare una alimentazione singola (non duale) per lo stadio di uscita e disaccoppiarlo con dei condensatori. Questa seconda soluzione mette il serie al segnale un condensatore in più ma ci è parsa la soluzione più praticabile anche perché così utilizziamo un solo ramo di alimentazione, quindi meno batterie al piombo. Avremo cura di mettere in parallelo più condensatori di disaccoppiamento in modo da aumentare la capacità (e di conseguenza abbassare la frequenza di taglio inferiore) e ridurre al minimo la resistenza serie.

Stadio di ingresso

Stadio completamente soppresso vista l'uscita massima del DAC a 2Vpp, il controllo del volume direttamente cablato nel DAC e la resistenza di uscita dello stesso molto bassa. Praticamente il DAC ha anche preso il posto del preamplificatore. A patto di rinunciare ad altre fonti, come ad esempio il CD e il giradischi per dischi in vinile.

 

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