schema finale audio

[venexian]

Nel circuito in [67] non è Vout = Vin?

E se è così, quale sarebbe la funzione di una reazione che non modifica la funzione di trasferimento?

[Piercarlo]

Anzitutto i miei complimenti (e tutta la mia invidia nel senso migliore) per il neo ingegnere!

Poi entriamo un po' nella discussione, anzitutto partendo da un fatto, più volte constatato di persona: una volta che sia dato un progetto elettronicamente onesto e decente dal punto di vista circuitale, adeguatamente ingegnerizzato dal punto di vista della realizzazione fisica del circuito stesso, il problema del suo "suono" se confrontato con quello di altri comunque concepiti e ingegnerizzati con scienza e coscienza, cessa di esistere (o, ad essere gentili e compassionevoli, diventa al più un problema di lana caprina), soprattutto per quel che riguarda la percezione di differenze qualitative oggettive reali.

Su questo punto ritengo che la maggior parte delle discussioni sulle varie circuitazioni proposte per gli amplificatori siano ormai un capitolo concluso, soprattutto per quanto riguarda i problemi fondamentali reali di questi circuiti - mentre, ovviamente, per quanto riguarda tutte le problematiche relative ai dettagli e alla loro più o meno tenue influenza sul risultato finale, le discussioni non finiranno mai... a meno di non cominciare a fregarsene e ad accettare non solo i limiti della tecnica ma anche i pregi e i vantaggi che si porta appresso (che sono un bel po'!).

Sarò audiofilicamente poco fine ma, in tutta onestà, gli unici circuiti audio che ho trovato suonare male che non fossero vecchie cose saltate fuori da qualche cantina o direttamente da qualche bidone della indifferenziata (un tempo si trovavano!), sono stati o circuiti guasti, o circuiti concepiti col sedere oppure costruiti con criteri eccessivamente "industriali" (ovvero con economie costruttive un po' troppo "economiche" come la mancanza di schermature efficaci tra gli stadi che lasciano i singoli circuiti a combattere le interferenze con la sola "forza" dei valori locali di impedenza dei vari punti che in un circuito fungono da ingressi, voluti o spurii che siano nei confronti di segnali "diversamente desiderati"); oppure ancora semplicemente... installati male, senza curare dettagli importanti come le distanze tra le elettroniche per minimizzarne le interferenze reciproche (alle volte comunque già presenti internamente alle elettroniche stesse: a chi non è capitato alle volte di sentire, nel silenzio della sorgente scelta per l'ascolto, l'inserirsi di una nominalmente "esclusa" ma dimenticata accesa e in funzione?).

Tutto questo, se affrontato con cura e criterio, ovviamente costa sia in termini di manodopera costruttiva sia in termini di lavoro mentale da parte di chi concepisce e progetta una elettronica, soprattutto nella difficile fase del passaggio dal pezzo di carta al pezzo di ferro, di vetronite, rame ecc. Ma è un costo che viene ripagato dai risultati, soprattutto in quei campi dove non serve inventarsi nulla di veramente nuovo ma soltanto di saper fare bene o meglio le cose vecchie.

Detto tutto questo... sui circuiti rimane comunque qualcosa da dire, almeno per sgombrare il terreno da equivoci e perdite di tempo che purtroppo in questo campo abbondano. Per quanto riguarda la mia esperienza empirica da hobbista, i punti fermi a cui sono bene o male giunto si possono riassumere in:

1) Garantire il miglior rapporto segnale/rumore (compatibilmente con i limiti, stringenti e invalicabili, posti dalla fisica - a cui siamo ormai prossimi ai minimi teorici da decenni) in tutte le condizioni operative, cosa che significa andare ben oltre (molto, molto ben oltre!) lo scegliersi il transistor o l'integrato con la più bassa cifra di rumore disponibile sulla piazza.

2) Perseguire livelli di prestazione ragionevoli: non ha alcun senso ottenere livelli mostruosamente bassi (e secondo me pure mostruosamente dubbi...) di distorsione quando, ad andar di lusso, sono ottenibili solo in circuiti estremamente curati e particolari quali ad esempio gli oscillatori di riferimento per le misure. Così come non ha alcun senso "misurare" (a furia di filtri e pesature) livelli di distorsione che come livello sono in realtà ben al di sotto del puro e semplice rumore termico.

3) Bande passanti limitate al necessario e non oltre: 50 kHz a -3dB sono strasufficienti per tutte le necessità, tenendo pure conto che NESSUNA sorgente audio (nemmeno quelle digitali) vanno realmente oltre i 20 kHz canonici della "banda audio ufficiale" (che in realtà se in un adulto medio arriva a 15 kHz è già tanto!)

4) Massimizzare, SULL'INTERA BANDA PASSANTE AUDIO, l'uso della controreazione ovunque sia possibile, senza la quale non si va semplicemente da nessuna parte: i pochi circuiti "furbi" che raggiungono livelli di distorsione realmente trascurabili all'ascolto senza fare uso di controreazione nemmeno a livello locale, non scendono molto al di sotto di una parte su mille di distorsione (0,1% o, è lo stesso, -60 dB) e non ci rimangono nemmeno in maniera stabile con la temperatura ambiente - provate a verificarne i valori in due stagioni climaticamente differenti per rendervene conto (certo, se si usano solo gli SRPP a triodi la differenza è minore ma...).

In proposito vi è qualcosa da dire sui casini che comunque esistono nell'uso della controreazione sull'intera banda audio che, va sempre tenuto presente, copre dai 20 Hz ai 20 kHz la bellezza di tre decadi di frequenza, ciascuna delle quali, per ottenere i migliori risultati, andrebbe processata indipendentemente dall'ingresso alle uscite (che costituirebbero così un sistema multiamplificato). Poiché questo è il più delle volte decisamente esagerato, ci si "accontenta" di ottenere lo stesso risultato con una sola catena di amplificazione, suddividendo il segnale solo dove è inevitabile farlo, cioè internamente alle casse tramite i crossover passivi.

Il principale di questi casini consiste nel fatto che, per ragioni di stabilità, NON È POSSIBILE ottenere allo stesso tempo alti tassi di retroazione sull'intera banda passante di un amplificatore audio, almeno se si usa il modello classico (e secondo me privo di varianti o alternative realmente valide) dell'amplificatore operazionale di potenza - quello per intenderci descritto al meglio nel libro di Self "Audio Power Amplifier Design".

In questo tipo di amplificatore, l'estensione di banda passante di intervento costante della retroazione la si ottiene in due modi: 1) riducendo il guadagno ad anello aperto in modo da poter spostare, al prezzo di una minor efficacia complessiva della retroazione (che si riduce a quella che già possiede nella parte alta della banda audio), il polo dominante ad una frequenza di intervento più elevata (sperabilmente già esterna alla banda audio); 2) adottando una compensazione a due poli (di cui la descrizione più esaustiva che ho visto la si trova qui) che, nonostante i suoi numerosi vantaggi, offre una maggior esposizione al rischio di instabilità indotte da carichi reattivi balordi, come purtroppo sono molti diffusori.

La prima strategia, molto pubblicizzata una quarantina di anni fa, ai tempi in cui erano in voga le tesi di Matti Otala relative a banda passante, slew rate e tenuta della controreazione negli amplificatori, è in realtà un fuoco di paglia che non risolve nulla (la distorsione più molesta di un amplificatore - quella d'incrocio - richiede, per essere combattuta al meglio, un tasso di retroazione PIÙ ELEVATO ad alta frequenza e non lo stesso tasso che comunque ha anche con una normale compensazione a polo dominante) e anzi introduce un problema in più peggiorando (di molto) la SVRR di un amplificatore, al punto da rendere spesso il suo ronzio nettamente udibile anche in assenza di segnale.

A mio parere, finché si resta nell'ambito di un amplificatore ad "operazionale di potenza" più o meno pedissequamente copiato sul modello di un operazionale generico, semplicemente non se ne esce: la coperta rimarrà sempre troppo corta su uno dei due lati. Per ottenere una coperta "giusta" vanno appunto aggiunte delle pezze, di cui la più semplice è quella di separare l'alimentazione degli stadi di segnale (VAS e stadio di ingresso) da quella dei finali, in modo tale da consentire una buona reiezione ai disturbi di alimentazione della parte più delicata del circuito senza dover per questo aumentare il guadagno ad anello aperto al punto da essere obbligati ad aumentare il numero degli stadi racchiusi nell'anello che inevitabilmente inasprisce i problemi di instabilità, costringendoci ad appesantire le compensazioni e facendoci passare dalla padella alla brace con tutti i "piaceri" del caso.

Per ora non mi viene in mente altro; "l'effetto" della brioche di stamattina si è esaurito ed è ormai ora di passare ad altro!

[lelerelele]

Per ottenere una coperta "giusta" vanno appunto aggiunte delle pezze, di cui la più semplice è quella di separare l'alimentazione degli stadi di segnale (VAS e stadio di ingresso) da quella dei finali, in modo tale da consentire una buona reiezione ai disturbi di alimentazione della parte più delicata del circuito...

Questa soluzione l'ho sperimentata direttamente ed ottiene ottimi risultati sul finale.

saluti.

[elfo]

Qui sotto ci sono due amplificatori anni '80 che impiegano la reazione positiva.

1) Il primo e di Linsley Hood pubblicato sulla (allora) rivista WW.
2) Il secondo e' l'Hafler 9500

1) l'elemento che introduce la reazione postiva e' la resistenza da 22 k cerchiata in rosso

2) l'elemento che introduce la reazione positiva e' il collegamento tra i due punti A
Questo amplificatore ha un'altra particolarita':

Gli stadi di guadagno sono alimentati a +/- 24 V (quindi "vagamente" compatibili con un operazionale)

I transistor di uscita sono alimentati ad "alta tensione" (HV cerchiata di rosso) e la potenza dell'Hafler e' di 250 W @ 8 ohm.

Come e' possibile avere 250 W con 24 V?

I transistor finali (mosfet) sono collegati a "emettitore comune" cioe' guadagnano in tensione.
Se notate i source dei mosfet sono connessi alla massa dell'alimentatore degli stadi di guadagno +/- 24 V.

Questa configurazione richiede che l'alimentatore di alta tensione dei finali sia "flottante" -> vedi schema

[BrunoValente]

..Questo amplificatore ha un'altra particolarita':
Gli stadi di guadagno sono alimentati a +/- 24 V (quindi "vagamente" compatibili con un operazionale)
I transistor di uscita sono alimentati ad "alta tensione" (HV cerchiata di rosso) e la potenza dell'Hafler e' di 250 W @ 8 ohm.
Come e' possibile avere 250 W con 24 V?
I transistor finali (mosfet) sono collegati a "emettitore comune" cioe' guadagnano in tensione.
Se notate i source dei mosfet sono connessi alla massa dell'alimentatore degli stadi di guadagno +/- 24 V.
Questa configurazione richiede che l'alimentatore di alta tensione dei finali sia "flottante"

Ecco, come vedi questo è un modo furbo per pilotare i finali superando brillantemente il problema della bassa tensione di alimentazione dello stadio pilota.

[Piercarlo]

Ecco, come vedi questo è un modo furbo per pilotare i finali superando brillantemente il problema della bassa tensione di alimentazione dello stadio pilota.

... in cui però non ci vedo nessuna retroazione positiva (c'è soltanto quella negativa solita) e in cui la vera tensione fornita tramite gli alimentatori flottanti è comunque quella richiesta sul carico per avere i 250 watt di potenza di uscita. I 24 volt di alimentazione, insomma, rispetto alla potenza di uscita non devono rispondere di nulla...

Più perplesso mi lascia invece il circuito di Linsley Hood in cui la "retroazione positiva" sottolineata nello schema mi sembra priva di senso; attendo spiegazioni da chi ne sa qualcosa in più!

[lelerelele]

I transistor di uscita sono alimentati ad "alta tensione" (HV cerchiata di rosso) e la potenza dell'Hafler e' di 250 W @ 8 ohm.

Come e' possibile avere 250 W con 24 V?

perché 24 V? i finali sono alimentati a 60V. Dopo lo stadio di ingresso ho l'amplificazione di tensione alimentata a 65V duale.

I transistor finali (mosfet) sono collegati a "emettitore comune" cioe' guadagnano in tensione.
Se notate i source dei mosfet sono connessi alla massa dell'alimentatore degli stadi di guadagno +/- 24 V.

i source dei mosfet non son collegati sull'uscita? lavorando ad inseguitore? (magari l'età gioca brutti scherzi.)
Non so come funzionerà la polarizzazione dei mosfet di uscita, però mi piace.

saluti.

[Piercarlo]

i source dei mosfet non son collegati sull'uscita? lavorando ad inseguitore? (magari l'età gioca brutti scherzi.) Non so come funzionerà la polarizzazione dei mosfet di uscita, però mi piace.

No, in questo caso i source sono connessi a massa, a source comune appunto. Il carico viene pilotato dai drain dei MOSFET. In realtà lo schema è più o meno lo stesso di un amplificatore uscente di collettore, drain o anodo (lo schema era già noto ai tempi dei tubi... ed è stato impiegato anche per alcuni amplificatori valvolari di diffusori elettrostatici di parecchi anni fa) attraverso il trasformatore di uscita... che in questo caso non c'è perché al suo posto vi è l'alimentatore di rete flottante che (in AC) fa da "ponte" tra i drain e il carico da pilotare.

[elfo]

Più perplesso mi lascia invece il circuito di Linsley Hood in cui la "retroazione positiva" sottolineata nello schema mi sembra priva di senso; attendo spiegazioni da chi ne sa qualcosa in più!

Io NON ne so di piu' ma provo a risponderti per quello che mi sembra di ricordare dall'articolo dell'epoca - non mi chiedere di ritrovare l'articolo originale.

Il "problema" nasce dal fatto che I mosfet in uscita "perdono di piu' - guadagnano meno - sono peggio (mettila come vuoi)" di un bipolare e quindi hanno bisogno di un guadagno maggiore negli stadi precedente (massimamente il VAS) per mantenere lo stesso tasso di controreazione -stessa distorsione - stesso quello_che_ti_pare.

Hitachi, che e' stata la prima a tirare fuori I mosfet di potenza, aveva fatto uno schema di riferimento (copiato poi a mani basse da "tutti " - massimamente Perreaux) in cui nel VAS c'era uno "specchio" per massimizzare il guadagno dello stadio.
JLH nel suo schema ha adottato la soluzione della reazione positiva per "aumentare il guadagno in tensione".

L'Hafler adotta lo stesso "trucco" (la reazione positiva e' data dal collegamneto tra I due punti A - se non la vedi devo farti un disegno in FidoCad) anche perche' gli stadi di guadagno sono fatti a mosfet (questa affermazione e' falsa riguardando lo schema - mi sembrava di ricordare che quando l'ho visto la prima volta fossero mosfet (che lo schema postato sia una versione MKII?)- devo ritrovare la rivista ravanando nella rumenta ) e qundi guadagnano ancora meno che se fossero a bipolari.

[Piercarlo]

Io vedo solo tre punti "C" (sullo schema). Dove vada a finire il punto "A" sull'ingresso di retroazione del differenziale non lo vedo, ma non va certo dove lo hai indicato te con "A" (che è invece un altro "C"). Cosa a poi serva del guadagno in più in un circuito in cui i mosfet di uscita già guadagnano in tensione per conto sinceramente non ci arrivo... tanto più che i livelli di distorsione dichiarati (0,1 per cento) rimangono quantomeno mediocri.

Magari se fai lo sforzo di ridisegnare TUTTO il circuito in Fidocad forse si capisce meglio...

AGGIUNTA - Sul Linsley-Hood la tua spiegazione sui "perché" dell'utilizzo di una retroazione positiva mi lasciano ancora più perplesso di prima: gli inseguitori di tensione non guadagnano nulla in tensione in ogni caso, quale che sia il dispositivo di uscita usato... Quindi?