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Un CLASSE A realizzato con semiconduttori

di gwynnett [user #9523] - pubblicato il 15 gennaio 2010 ore 23:50
Normalmente usiamo distinguere gli amplificatori in due categorie destinandoli ad usi diversi come la riproduzione di supporti che siano vinilici e a lettura ottica o magnetica oppure la rivelazione diretta di frequenze generate da strumenti musicali che non godono di una equalizzazione preventiva ma sono riprodotte direttamente per un uso "live" o per un pianificato "recording".

Nel disegno la parte finale di un amplificatore a semiconduttori realizzato insieme con una sofisticata alimentazione altamente stabilizzata e che fornisce la massima erogazione in volt con un calcolato ritardo per evitare quel fastidioso e pregiudizievole "tock" nella cassa che a lungo andare danneggerebbe il cono.

Dirò solamente che il circuito fa uso di transistor NPN al silicio tipo 2n3055 o di similari come quelli delle famiglia dei TIP, molto performanti e resistenti nel tempo, e di altri componenti assolutamente usuali e di bassissimo costo che quotano l'intera piastrina al di sotto dei 15 euro.

Le misure della piastra sono 16x10 alimentazione compresa, trasformatore ed aletta di raffreddamento esclusi, si tratta di un purissimo classe A con corrente di riposo regolabile ed eroga circa 12 watt con una distorsione valutabile nell'1%.

Qualcuno certamente dirà: e la dinamica?

Qualcun altro: e la saturazione? e la botta? e l'immediatezza? e l'attacco?

Ho parlato di un finale, ma per farlo suonare a dovere è necessario aggiungere un pre che potrebbe essere valvolare e progettato per dare quelle risposte oppure a FET in modo che tutto l'ampli, trasformatore ed aletta compresi non tocchi i 60 o 70 euro per 12 robusti watt in primissima classe.

Per una piccola descrzione del circuito indichiamo a sinistra l'alimentatore con alcuni transistor su piastra e quello finale da collegare alla sommità sempre sinistra opportunamente raffreddato: a destra, invece, l'ampli vero e proprio sempre con alcuni semiconduttori montati e le uscite sul lato destro dei finali, due NPN identici e possibilmente accoppiati come le valvole.

Cosa aspettarsi da un circuito del genere non so valutarlo anche se l'ho ascoltato ma per una risposta clean certamente di più rispetto ad una EL84.

In attesa di un giusto linciaggio il vecchio Gwynn vi saluta.


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Linciaggio un cavolo!
di Zangolaccio utente non più registrato
commento del 16/01/2010 ore 09:5
Alla faccia dei tanto osannati point to point - full valve - vintafe reissue! Io da elettronico quale sono non posso che apprezzare i tentativi di svecchiamento della parte più "preistorica" della strumentazione di un chitarrista. Adesso non devo fare altro che buttare il mio valvolare ;-) PS: visto che mi sembri decisamente pratico di amplificazione, hai mai sentito parlare di amplificatori per chitarra in classe D, cioè se ho capito bene dalle spiegazioni (ovviamente in inglese) trovate in rete un ampli che usa i transistor in modalità switching. Sarei moooolto curioso di sentire cosa si può ottenere...
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Re: Linciaggio un cavolo!
di gwynnett [user #9523]
commento del 16/01/2010 ore 12:4
il problema della classe D negli amplificatori audio è che hanno bisogno di un qualcosa, sempre un circuito elettronico, che limiti la risoluzione ottimale delle frequenze alte che per i nostri usi non possono eccedere una caratteristica peculiare è che funzionano con correnti bassissime e ciò ne consente l'uso a mezzo di batterie, quindi massima portatilità per un risultato non certo hi-fi il segnale in origine contiene una componente sinusoidale ed una triangolare (quella a denti di sega, per intenderci) ed ambedue vengono immesse in un comparatore costituito da un operazionale ad andamento logico che li compatta generando una forma d'onda di tipo "quadra con creste asimmetriche" per immetterla nello switching che hai nominato e che mette i due mos in condizioni o di interdizione o di massima emissione creando un "duty cicle" ma di natura asimmetrica un terzo circuito costituito da bobine e condensatori ricompatta il tutto accomunandosi quasi ad un trasformatore di uscita ed invia all'altoparlante un segnale molto vicino a quello originario lo scopo di questa classe a mio parere non molto valida per i nostri usi è quello di contenere il consumo di corrente e di far uso di piccole alette di raffreddamento per i mos di cui uno solo in ogni momento si trova in condizioni di massima emissione per poi tormare all'interdizione totale e questo per un ciclo infinito la qualità di tutto il sistema dipenderà dalle caratteristiche del filtro passa basso al culmine della catena certamente non è molto chiaro ma non so enunciarlo diversamente
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Re: Linciaggio un cavolo!
di Zangolaccio utente non più registrato
commento del 16/01/2010 ore 18:0
Come sarebbe non è chiaro, io direi che è chiarissimo! Quindi diciamo che il vantaggio principale è il consumo ridotto (se non l'unico nel caso di amplificazione di chitarre elettriche). Vabbè, vedremo se in futuro qualcuno si inventerà un applicazione valida, nel frattempo ci si può sempre concentrare su di un certo finale a transistor ;-) PS: prima mi ero dimenticato, complimenti per il progettino!
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Re: Linciaggio un cavolo!
di gwynnett [user #9523]
commento del 16/01/2010 ore 21:2
E' così, il vantaggio principale e proprio questo dato che riducendosi la richiesta di corrente si riducono le dimensioni ed i pesi dei magnetici di alimentazione che nel campo dei semiconduttori non scherzano e delle alette di raffreddamento valutabili in circa 20x10 centimetri ad alta dissipazione ad esempio per i due finali del prototipo. Sulla resa musicale non saprei dirti perchè non ho avuto esperienze dirette con questa tipologia ma da quel poco che so non dovrebbe essere di gran pregio, naturalmente salvo verifica. Il filtro finale ha un funzionamento molto simile a quello di un crossover nel senso che opera tagli di frequenza e si richiedono altre attrezzature come un impedenzimetro ed un buon capacimetro per una messa a punto ottimale, strumenti non molto comuni in un qualsiasi laboratorio.
Rispondi
Re: Linciaggio un cavolo!
di Cukoo [user #17731]
commento del 16/01/2010 ore 22:0
SR Technology JAM 400 (quello che usa Paolo Pilo) è in classe D. Gli amplificatori per chitarra jazz Henriksen (oltre 100 W) e Acoustic Image (scatolette da oltre 600W) sono in classe D. E' appena uscito un finale classe D INTEGRATO da 600W!!! (cerca TAS5630 su google e stupisci).
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Re: Linciaggio un cavolo!
di gwynnett [user #9523]
commento del 16/01/2010 ore 23:5
***Sulla resa musicale non saprei dirti perchè non ho avuto esperienze dirette con questa tipologia ma da quel poco che so non dovrebbe essere di gran pregio, naturalmente salvo verifica*** C'è veramente poco da stupire da parte mia rispetto a questa classe di amplificatori perchè, ripeto, non ho avuto esperienze diretta in merito pur conoscendone perfettamente il funzionamento. Entrando nei dettagli so che è importantissimo drogare i semiconduttori impiegati e gestiti dallo switching usando la metodologie "n" piuttosto che "p" arricchendo con atomi di arsenico in alternativa a quelli di fosforo che non sempre favoriscono a pieno i legami nel reticolo cristallino del dielettrico. So anche che abbiamo un risparmio di corrente pari a circa 15 volte favorendo l'estrema portatilità di questi apparecchi che dovrebbero essere sensibilmente più piccoli e pesare meno oltre da consentire il funzionamento a batteria. So ancora che la forte componente digitale presente che costituisce l'anima di quel sofisticato comparatore al primo stadio in un ideale diagramma a blocchi dell'amplificatore segna una svolta certamente epocale nel mondo dell'amplificazione elaborando due diverse forme d'onda per produrne una terza, asimmetrica ma compatibile con lo stadio successivo. Questa peculiarità ed il fatto che sfruttano tecnologie digitali li rende idonei per enormi livelli di amplificazione, per questo si possono avere quei wattaggi, ma per un uso prettamente nell'ambito "audio" bisogna ricorrere ad una specie di cross nella parte finale per attenuare un eccesso di frequenze alte che potrebbero pregiudicare qualcosa nella resa totale. E qui subentrano pareri e propensioni personali: chi mi ha letto in passato conosce la mia opinione in materia di filtri prima dello speaker, opinione che non voglio nè cercare di imporre nè di avvalorare in alcun modo ma, mi chiedo: se la classe D che non è stata inventata ieri riduce i pesi, i costi e gli ingombri oltre ad avere la prerogativa di dover stupire, perchè la maggior parte degli ampli prodotti si avvalgono ancora delle pesanti, voluminose e scomode valvole?
Rispondi
Re: Linciaggio un cavolo!
di Cukoo [user #17731]
commento del 17/01/2010 ore 00:2
Io sono rimasto veramente stupito dall'annuncio di un amplificatore integrato in classe D da 600 W (mi sono fatto mandare come sample gratuito la versione da 300W e ce l'ho nel portafoglio). Pensavo che ogni elettronico davanti ad una meraviglia del genere un po' di stupore lo provasse, ma evidentemente mi sbaglio. Considera che il comparatore per fare la PWM è già integrato, e quindi si entra direttamente col segnale analogico in uscita dal preamp. I filtri (prima degli speaker) consigliati sono dei passabasso LC con L=10 microH e C= 1 microF, quindi non sono dei crossover dato che intervengono a frequenze intorno a 50 kHz, largamente fuori banda audio. Come ho detto prima, la classe D è già impiegata negli amplificatori per acustica e chitarra jazz di grande potenza. Potrebbero essere impiegati anche per basse potenze, attorno ai 100W e inferiori? Bisognerebbe fare bene i conti. Ma forse qui intervengono altri criteri che conosci molto meglio di me. Ciao grande Gwynnett.
Rispondi
Re: Linciaggio un cavolo!
di gwynnett [user #9523]
commento del 17/01/2010 ore 01:2
Io penso che sia già possibile l'uso di apparecchi del genere in tutti i vattaggi e conta molto poco la mia personale opinione a riguardo non essendo un chitarrista e non amando i cicuiti che si avvalgono di tecnologie digitali. Speriamo solo che il mercato operi per le nuove tecnologie una adeguata informazione consigliando l'acquisto di due finali e tre pre e non quello di cinque ampli completi come è stato per l'analogico. L'amplificazione per chitarra con l'uso di semiconduttori, i mos nello specifico, a mio parere avrebbe potuto sostituirsi alle valvole per risultato sonoro ma purtroppo non per affidabilità. La classe D pare che abbia superato questo pesante ostacolo adottando l'uso dello switching che non prevede un equilibrio maniacale delle correnti in gioco puntando nell'abilitazione e nell'interdizione del componente in un dato periodo avvalendosi anche del controllo da parte del digitale quindi è solo il filtro finale che la fa da padrone e decide quale sarà la voce dell'ampli. Ho detto "filtro" e ripeto "filtro" perchè un'induttanza ed un condensatore costituiscono un "filtro" anche nell'ambito di un circuito di alimentazione ed a me un "filtro" prima dello speaker non piace.
Rispondi
Una curiosità...
di gibsonmaniac [user #21617]
commento del 16/01/2010 ore 19:5
...premetto che sono un elettrotecnico vecchia maniera e quindi di elettronica capisco a malapena come funzionano una resistenza, una induttanza, un condensatore ed un transistor. In passato ho avuto diversi ampli a transistor: Fender Stage 90 - Peavey Bandit 112 - Roland Cube 60 - Yamaha - Marshall Valvestate - M3 e nelle varie sale prova che frequento Stinger (aaghhh!), Ibanez altri Fender e Marshall vari: la costante comune di questi almpli è sempre stata che, dopo 1/2 ora, 3/4 d'ora che suonavano a volumi sostenuti (chi più chi meno ma sempre oltre il 4 - 5 di volume) cominciavano a perdere leggermente di volume ed il suono diventava leggermente gracchiante. Qualcuno mi ha spiegato che nei transistor è normale perchè con il calore dovuto all'uso il transistor cominciava a lavorare male e quindi si verificava questo inconveniente.... Domanda: questo è vero? e se questo è vero è possibile che si verifichi l'inconveniente anche sul finale schematizzato sopra? ed ancora: è per questo motivo che molte case producono ampli con pre a transistor e finale a valvole? Sono curioso perchè mi è capitato di provare il LINE 6 con finale a valvole Bogner (!) e non era per niente male, almeno dopo una veloce prova. Ti ringrazio se vorrai rispondermi. Ciao
Rispondi
Re: Una curiosità...
di gwynnett [user #9523]
commento del 16/01/2010 ore 22:4
E vuoi che io non risponda ad un quesito così goloso? ... non sia mai. Il qualcuno che ti ha dato l'informazione sbaglia perchè il comportamento che descrivi non è affatto normale: se aumenta il calore all'interno del transistor, e voglio sottolineare che questo avviene solo per una errata attribuzione del coefficiente di dissipazione, aumenta anche la sua resistenza interna, e ne consegue una maggiore richiesta di corrente alla quale forse l'alimentatore non riesce a sopperire reagendo con una erogazione non costante che potrebbe anche danneggiare irreparabilmente il componente. Il semiconduttore non deteriora se le condizioni di funzionamento sono rispettate, non ha lo stesso comportamento delle valvole che si esauriscono con una usura prolungata. Se la dissipazione del calore non è idonea è inutile sperare che tutto vada per il meglio, piuttosto bisogna aumentarne il coefficiente ricorrendo ad un raffreddamento forzato o ad alette più capaci. Gli amplificatori che hai menzionato perdevano volume e si denotavano disturbi indesiderati non sempre e solo per i validi motivi che abbiamo citato ma anche per un malfunzionamento del circuito di alimentazione come, ad esempio, la normale decadenza in capacità dei condensatori elettrolitici o la generale scarsa qualità delle componenti impiegate. La richiesta di corrente in uno stato solido è mediamente venti volte maggiore rispetto a quella di un valvolare a parità di watt erogati quindi si impone un controllo più frequente della funzionalità in generale quando si opera in ambito professionale e le sale rientrerebbero in questa categoria. Per quanto riguarda il giusto dubbio che il mio prototipo abbia lo stesso comportamento nel tempo posso rispondere che sono stati eseguiti appropriati calcoli di dissipazione riducendo di proposito la potenza in watt a vantaggio di una più idonea dissipazione del calore generato a patto che si rimanga in un coerente regime di utilizzazione. ***don't expose your device at his maximum*** diceva il saggio Leo Fender, ed aveva proprio ragione.
Rispondi
Chiaro come il sole...
di gibsonmaniac [user #21617]
commento del 16/01/2010 ore 22:5
Thanks. Ciao
Rispondi
in punta dei piedi
di lorenzof [user #17952]
commento del 17/01/2010 ore 01:4
Sarei molto molto felice di mettere alla prova un simile progetto, al prossimo contratto potrò permettermi di commissionarti un prototipo, con il tuo benestare. Comincio ad essere seriamente interessato a progetti alternativi alla valvola nel finale. Domanda sempliciotta: come si sposerebbe il pre di un Fender Twin con un finale simile?
Rispondi
Re: in punta dei piedi
di gwynnett [user #9523]
commento del 17/01/2010 ore 13:1
Attualmente sono impegnato in un progetto più grande di me altrimenti avrei assemblato volentieri un prototipo per sottoporlo al giudizio della comunità. Certamente si sposerebbe rendendo fruibili una decina di watt molto puliti in considerazione della risposta oltremodo lineare di questo piccolo pre frutto di una progettazione concettualmente elementare ed applicato alla quasi totalità della produzione Fender degli anni sessanta. Se hai letto il mio articolo sulle forme d'onda generate e monitorate con l'oscilloscopio lo puoi vedere montato e lo puoi anche ascoltare anche se in un finale a valvole. La questione dei medi in questo pre già allora, negli anni sessanta, è stato oggetto di polemiche interminabili per la dubbia validità di questo controllo presente solamente nel Twins e non negli altri modelli - Blackface, Brownface, aa763, ab763 considerati nelle innumerevoli versioni che si differenziavano solo per una diversa potenza in uscita molte delle quali non furono commercializzate in Italia -. Quello che ricordo è che veniva messo in condizioni di non nuocere privilegiando una posizione flat nell'uso normale di un potente amplificatore come il Twins molto usato in situazioni live spesso in alternativa al vox ac30 anche molto presente nella realtà del periodo. Volendolo analizzare semplicemente diciamo che si tratta di un pre con uscita anodica ad alta impedenza dove il pot dei medi poteva essere sostituito da una piccola resistenza terminata a massa e mi sento di preferire questa soluzione anche alla luce di ripetute prove e la sua estrema versatilità consentirebbe anche una ulteriore regolazione in uscità aggiungendo un altro pot che fungerebbe da master.
Rispondi
non ti credo ;) ihihihih
di Kata_ts [user #2290]
commento del 17/01/2010 ore 22:0
*Cosa aspettarsi da un circuito del genere non so valutarlo anche se l'ho ascoltato ma per una risposta clean certamente di più rispetto ad una EL84.* ;))) LOL 201 SaluToneS
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