AMPLIFIFICATORE IBRIDO 20W ULTRALINEARE CON EL34

In questo progetto la mia intenzione era di ottenere un bassa distorsione senza rinunciare all’utilizzo del tubo termoionico, per soddisfare tale richiesta ho usato transistor in connessione differenziale per lo splitter preamplificatore e le valvole in connessione ultralineare per la sezione  finale. Il risultato ottenuto è andato oltre le mie aspettative sia a livello di misure che di ascolto; il suono sembra uscire con rabbia dai diffusori sfoggiando il meglio di se soprattutto sui   bassi che risultano profondi e secchi ma senza togliere nulla alla gamma medio alta che si esibisce con una rara brillantezza. La presenza dei transistor non si fa sentire data la loro intrinseca linearità, è come se il segnale d’ingresso fosse direttamente collegato alle griglie delle valvole finali, questo garantisce una velocissima risposta ai transienti che vengono di poco inficiati dai soli due tubi di uscita. Il rumore (fruscio e hum ) è bassissimo tanto da non essere ascoltato anche poggiando l’orecchio sul diffusore, tale risultato è stato ottenuto abbassando l’amplificazione del differenziale d’ingresso a quel tanto che serve e usando un mosfet per alimentare le valvole a connessione source comune che garantisce un ripple residuo di 2 mV il quale viene praticamente eliminato dal primario del trasformatore di uscita. Non ho avuto problemi di oscillazioni anche realizzando il tutto in aria come da foto, questo garantisce una buona stabilità d’insieme. 

ALCUNI DATI SALIENTI

POTENZA DI USCITA = 21W / 8 ohm

SENSIBILITA’ = 0.248mVeff

BANDA PASSANTE A -3dB = 10Hz – 40Khz

SEZIONE ALIMENTAZIONE

La sezione di alimentazione è costituita dal classico ponte di diodi da due condensatori elettrolitici e da un mosfet a connessione a source comune. I diodi devono essere schottky o Fast soft-recovery e devono sopportare almeno una tensione (repetitive peak reverse voltage, VRRM ) di 1000V e almeno una corrente media (average forward current, IF(AV)) di 1A , io ho usato i BYV96E (attenzione alla E) che dispongono dei parametri suddetti.

I condensatori entrambi da 100uF devono avere una tensione di lavoro maggiore o uguale a 450V.

Il mosfet da me usato è il STP4NK80Z, ma potrete usarne altri che dovranno avere le seguenti caratteristiche:

Tensione massima tra drain e source (Drain-source Voltage (VGS = 0), VDS) maggiore o uguale a 500V.

Tensione massima tra drain e gate (Drain-gate Voltage, VDGR ) maggiore o uguale a 500V.

Corrente massima di drain (Drain Current (continuous) at TC = 100°C) maggiore o uguale a 1A.

Qualunque dissipatore si usi o dovunque venga fissato il mosfet la temperatura del suo case che non deve superare i 70C° in qualsiasi condizione ambientale.

Il ripple ai capi del condensatore collegato al ponte dei diodi si aggira, con i due canali in funzione, attorno ai 20Vpp ,mentre quello sul source del mosfet si aggira attorno ai 2mV. Sul carico, per l’effetto della cancellazione del primario del trasformatore, esso assume valori talmente piccoli che risulta difficilmente misurabile con l’oscilloscopio perché si confonde con il rumore di fondo.

Le correnti, le tensioni e le potenze dei componenti sono riportate sullo schema seguente.

SEZIONE PREAMPLIFICATRICE

Questa sezione oltre a preamplificare il segnale funge anche da splitter. I transistor sono in connessione differenziale con una variante circuitale per diminuirne l’amplificazione; infatti se le due resistenze (R21 ed R22) fossero alimentate direttamente dalla tensione di alimentazione invece che connesse reciprocamente ai due collettori, essa sarebbe estremamente alta tanto da abbassare la sensibilità a valori di tensione di circa 20mVeff.

Questo porterebbe a dover fare uso di attenuatori per poter usare propriamente le sorgenti sonore più comuni che forniscono valori di tensione mediamente attorno ai 300mV e comunque l’alta amplificazione, oltre ad essere inutile, porterebbe rumore e instabilità.

Connettendo invece le due resistenze ai collettori si instaura una reazione negativa che oltre ad diminuire la distorsione diminuisce anche il guadagno dello stadio a valori più appropriati con tutte le benefiche conseguenze, inoltre se cambia la resistenza d’ingresso della sorgente (ad esempio variando il potenziometro del volume) o il valore dell’HFE di un transistor essa, insieme a R7, la retroazione ripristina l’equilibrio dei due segnali in controfase in maniera eccellente; in moltissime situazioni in cui ho forzato il differenziale (scaldando con il saldatore un solo transistor, variando le resistenze di carico in maniera diversa, ecc ecc) la differenze tra i due segnali è sempre rientrata dentro pochi mV istantaneamente.

I transistor che ho usato non hanno bisogno di dissipatore e dato che la tensione massima che sopportano non deve superare i 300V ho dovuto usare un diodo zener da 200V per poterli alimentare; esso dissipa circa 2W e ne ho quindi scelto uno da 5W. Tra le altre cose questo diodo stabilizza ulteriormente la tensione tanto che il ripple in essa contenuto è praticamente assente, l’ideale per poter alimentare sezioni di medio guadagno.

Se desiderate utilizzare un transistor diverso da quello che ho usato io, ne dovete prenderne uno con tali caratteristiche:

Tensione collettore emettitore (VCE0) maggiore o uguale a 300V.

Corrente di collettore (IC) maggiore o uguale a 500mA.

Guadagno statico di corrente (HFE) compreso tra i valori 30 e 240.

Le correnti, le tensioni e le potenze dei componenti sono riportate sullo schema seguente.

SEZIONE FINALE

Per quanto riguarda la sezione finale bisogna rispettare semplici regole; tenere i due tubi ad un distanza non minore del diametro di uno di essi. Dato che questo circuito non dispone di una regolazione di bias, occorre usare valvole selezionate a coppia (matching).

Per il trasformatore di uscita ho usato un Hammond 1615 che ha un costo abbastanza contenuto, anche se la sua potenza dichiarata è di 15W riesce a trasferirne 20 senza dare cenni di cedimenti.

Le caratteristiche sono le seguenti:

Impedenza plate-to-plate = 5k

Ultralineare 43%

Banda passante @ -1dB = 30Hz – 30KHz

Le correnti, le tensioni e le potenze dei componenti sono riportate sullo schema seguente.

CONCLUSIONI

Per concludere fornisco alcune regole fondamentali per non avere brutte sorprese.

I cavi che portano l’alimentazione ai filamenti vanno intrecciati per tutta la loro estensione e debbono avere una sezione di almeno 1mm^2.

I cavi che vanno dal connettore audio al potenziometro e da questo al condensatore d’ingresso debbono essere schermati.

Le masse vanno unite in un punto comune vicino al ponte raddrizzatore.

Credo che sia bene realizzare questo progetto che da molte soddisfazioni.

Fabio

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