Da buon appassionato di "alta" fedeltà, ma soprattutto smanettone ex-riparatore radio TV ex-suonatore di batteria.... un ex di tutto insomma!... smisto il penultimo progetto di ampli a SS a cui ho lavorato:

Schema

Funziona ed e' stabile anche con prepiloti-piloti diversi. Manca la parte di protezione....classico doppio TR ma che deve shuntare il cascode......

La maggior parte del lavoro e' stato effettuato al simulatore.....possibile? Urca!!!...l'importante e' sapere cosa cercare da esso e non fidarsi mai.

La prima cosa che volevo da una circuiteria era una bassa distorsione in tutti gli stadi, quindi limitato sovraccarico (sante valvole..come strillano se non si cullano a dovere ;-), grande capacità di pilotaggio, bassa THD, bassa TIM..con o senza controreazione....e soprattutto che non mi affaticasse con ascolti prolungati, quindi, "alti" puliti nitidi ma non invadenti. Dello smorzamento non mi importava nulla...non e' mai stato un problema....almeno mio....attualmente ho tutte casse a sospensione AR18, ESB 7/08II, ESS AMT1B (senza quel bassone rimbombante causa passivo, tolto e occluso il bucone!! ;-))..... visti i miei volumi di ascolto l'ho potuto fare. In definitiva lo smorzamento e' piuttosto elevato grazie alla bassa impedenza di uscita dei dispositivi ed alla, seppur limitata, NFB.

Ricomincio da zero

Un amico mi aveva fornito lo schema di un ampli a MOS che voleva costruire.

Questo lo schema

Da quel momento ho iniziato a simulare il circuito cercando di migliorarne le caratteristiche.....avevo fatto qualcosa ma non era sufficiente. Ho cercato spunti ed ho trovato degli schemi "simili" (EROS su CHF, WOLKSAMP, ELEKTOR,  Fare Elettronica, Internet etc). Ho così iniziato ad intravedere soluzioni interessanti.....poi?    Ho abbandonato.
Qualche tempo dopo ho ripreso cercando lo schema base, senza precludere nessuna prova....a parte i dispositivi (stato solido) e la classe di funzionamento in AB....volevo potenza al di sotto dei  50 kili di amplificatore ;-).
Ho analizzato molti circuiti...doppi differenziali, singoli, a transistor a fet...diversi VAS ed alla fine sono tornato al vecchio circuito....era l'unico ad avere una distorsione veramente bassa ad anello aperto...in certe condizioni.

Non ho usato specchi di corrente e generatori di corrente costante, ho cercato solo di ottimizzare una tipologia che di base dava dei buoni risultati...simulati.

In pratica....il differenziale vede un carico formato dai bc550c/60c (hfe > 500) con una resistenza di degenerazione di 100 ohm. Questo valore e' il miglior compromesso tra amplificazione del cascode e distorsione sul differenziale (con i modelli che avevo a disposizione). La corrente del cascode si attesta tra 7 ed 8 mA, quindi i transistor possono lavorare senza alette di raffreddamento. Il cascode viene piombato a massa dalle resistenze da 22K con un abbattimento dell'amplificazione ed aumento della banda passante ad anello aperto. I 2C da 330pF limitano la banda e definiscono la frequenza di taglio (open loop!) a 20kHz...inoltre, essendo loro la capacità predominante, l'amplificazione decresce  di 6dB/ott e sfasamento contenuto....magari!..poi iniziano ad intervenire gli altri stadi, per cui ci sono le compensazioni sul differenziale e sulla  R di  NFB. Il cosone deve arrivare ad avere un amplificazione minore di 1 con uno sfasamento inferiore a 180° altrimenti si puo'  utilizzare come oscillatore di potenza ;-)). Cmq non sono un ingegnere e di piu' nin zo'...dovrei riportare cose lette sui testi e poi dimenticate ;-)).
Questo e' l'amplificatore di tensione vero e proprio ed ha una impedenza di uscita piuttosto elevata. Nella maggior parte dei progetti questo viene direttamente caricato con i mos..oppure interponendoci un inseguitore...ma non basta. In questo modo la distorsione generata da questo stadio diviene altissima o cmq non la migliore ottenibile (la controreazione non riesce ad abbattere tutto il segnale di errore... specialmente perchè il suo valore, in questo coso, è contenuta). C'e' poi una domanda che non ha risposta....ma la distorsione che mi trovo riflessa sul differenziale che opera la correzione (con valori che vanno da 0.5% a 3%!!! con carichetti ridicoli) ....non disturba proprio nulla?
La soluzione e' aumentare la corrente. Questo porta dei benefici in termini di carico ma non sono proprio sicuro che ne porta sulle performance dei trasistor bassi....poi ci perdo tempo....e cmq, la disto non si abbassava di molto.
Dovevo mettere qualcosa che non caricasse lo stadio.... un tridarli ;-). La distorsione era finalmente contenuta..come previsto...ma i valori erano ancora alti. Un amplificatore non deve avere molti dispositivi in uscita solo perche' deve dare correnti di 30A...a parita' di potenza si puo' avere una coppia come 10 coppie...dipende da cosa si cerca (classe A in genere....linearità negli amplificatori che hanno fatto la differenza IMHO). Cmq, messa la seconda coppia, la distorsione si e' "abbattuta" nei limiti prefissati....a parità di carico la differenza di corrente al pilota e' quella della polarizzazione (55-60mA per dispositivo finale)....piu' o meno 0.5mA, dipende dall'hfe dei finali...in pratica un niente. Le resistenze sugli emettitori sono da 0.196 ohm (parallelo di 3 R) per minimizzare ancora la disto di crossover....con questi valori, lo scostamento della corrente di riposo, a regime (ossia con segnale applicato e misurata immediatamente allo spegnimento dello stesso senza riscaldamento dell'aletta di raffreddamento) non e' proprio contenutissimo ma non e' neanche esagerato al punto da portare i transistor a lavorare con maggior distorsione. I diodi compensano poi la deriva termica. Le R da 2.2 prevengono eventuali oscillazioni sui finali...... fossero MOSFET? ;-)...idem per le resistenze da 33 in serie ad i C da 330pF, ma per il cascode.

       Dati del Simulatore

Il simulatore e' una bellissima cosa...si spinge un bottone e lui calcola.....la speranza e' che lo faccia sempre come si deve ;-))

I simulatori vengono utilizzati per progettare le apparecchiature piu' disparate e complesse...ma non credo sara' mai possibile chiedergli come suona un amplificatore :-P. Come dicevo, ho progettato "sto coso" tutto al simulatore...e l'aiuto veramente grande me lo ha dato per il calcolo della stabilità.

Cmq, questa e' la banda ad anello aperto (A circa 1700, 20kHz -3dB). Inserendo poi l'anello interno (100K) dallo stadio pilota, la banda diviene (A circa 600, 65kHz -3dB). 
In definitiva mi ritrovo ad avere uno stadio pilota che amplifica circa 600 per un ampli che a regime deve amplificare 38-39. La controreazione (out-in) non e' elevata e soprattutto nella zona 20-20k gli sfasamenti sono contenuti. E' possibile fare meglio diminuendo le capacitaà da 330p a 270p ma sarebbe necessario rivedere tutte le compensazioni. Il Coso non deve esplodere se gli attacco un condensatore da 2uF!
Questa e' la risposta dell'amplificatore (prima della rete LR) con un carico di 7 ohm e 2uF in parallelo. In verde la risposta senza C. Il puntatore A si trova nel punto di fase a 180° (con C)...senza e' molto oltre.

Per pura curiosità, riporto la distorsione su 7 ohm con  2vPP e  16vPP... In pratica le misure vere danno altri risultati come valore assoluto, ma e' facile constatare quanto l'andamento armonico venga rispettato. Senza compensazione dinamica tutte le armoniche sono monotonicamente decrescenti (a meno della 7°)....mi domando se veramente questo e' sinonimo di buon suono...mah!..cmq sembra andare di moda ;-).

ps: Per la simulazione ho usato modelli che probabilmente non rispecchiano la realtà ed anche modelli diversi...non avevo i quelli dei 2sc3xxx!!! Ho verificato pero' che anche sostituendo i transistor..zetex, motorola etc, l'unica variazione si aveva sulla distorsione...imputabile alla linearità per lo stadio cascode ed all'hfe dei transistor pre-piloti. 

        Dati delle misure Reali

Queste sono le misure del prototipo con componenti selezionati e soprattutto senza spurie dovute al ritorno tra PC ed oscilloscopio. Inoltre ho rivisto le masse ed e' stato eliminato il ronzio. In pratica, all'accensione, non si sente nulla neanche stando con l'orecchio dentro gli altoparlanti.
Ho usato i BF471/2 ed i BD791/2 (con hfe di circa 140 per i BF e 200 per i BD) in quanto meno costosi e soprattutto perche' (prima di fare prove distruttive) avevo sentito uscire da questo ampli un suono tutt'altro che anonimo proprio con essi. Ho ascoltato per ore e con musiche completamente diverse....stavo sempre col volume sostenuto senza rendermene conto. Il basso frenato e preciso, la trasparenza e soprattutto la gamma alta definitissima, ma non pungente, mi hanno convinto della superiorità dello stadio finale (accoppiato ai piloti toshiba).
Cmq, le misure di THD sono in linea con quella simulate. 

 ps: questi finali toshiba sono veramente dei dispositivi eccezionali. Per pura curiosità li ho messi in un canale dell'ampli che andro' a smembrare, uno yamaha ax500 con finali sempre toshiba ma vecchi....i livelli di distorsione erano comparabili..un pelino meno questi nuovi...ma all'ascolto il canale (sentito in mono ed invertiti anche i canali) con quelli nuovi risultava piu' "nitido" e la gamma media sembrava "esaltata"....cmq, poteva anche dipendere dall'hfe abbastanza diverso...a favore dei nuovi....a dare una mano ai piloti.