Un amplificatore Hi Fi minimalista con IRF830, fatto con quel che c'era, by Mario




Questo amplificatore, nato per confrontare l'ascolto con un S.E. di EL34 presente sul sito, da non credere utilizza un singolo stadio a MosFet, con risultati molto buoni.

Ho deciso perciò di pubblicare anche questo progettino sul sito affinché qualcun altro ci si possa divertire.



Una vista parziale del posto che divido con la stazione Radio di casa, dove trascorro parte del mio tempo libero, spaziando in lungo e in largo nel campo dell'elettronica, procurandomi sempre qualcosa da studiare.

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Esperimento reso possibile da una coppia di trasformatori recuperati da due strumenti di misura obsoleti, modificati con l'aggiunta del traferro, simile a quello utilizzato in quest'altro progetto, un S.E. con EL34 raggiungibile cliccando sul pulsante quì a fianco:




Come avete letto dal titolo, anche questo amplificatore è nato dalla disponibilità di tutto il necessario per la sua costruzione, forse non proprio i componenti esatti, ma erano quelli disponibili, a determinare un po' tutto il progetto sono stati i trasformatori di uscita, smontati assieme ai T.U. dell'amplificatore con EL34, da due antichi misuratori di fase di B.F. a valvole.

Trasformatori rimasti inutilizzati da tempo per la mancanza del traferro indispensabile in un S.E. o per la mancanza della presa centrale necessaria ad un controfase, del resto non erano nati come trasformatori di uscita, comunque sulla scorta dell'esperienza acquisita dalla modifica dei trasformatori utilizzati con la EL34, ho deciso di modificare anche questi inserendo il traferro, lavoro non semplice, ma alla fine tutto è andato per il verso giusto.

Dopo la modifica ho misurato un'induttanza primaria alla corrente di 200 mA di 9 H circa, valore scarso, ma fidando che a pilotarlo ci avrei messo un MosFet, decisi di andare avanti provando con un 2SK1058, ottimo componente nato per impiego audio e con le curve di carico ben equidistanti alle differenti tensioni di gate, il che significa buona linearità, non dissimile da una 300B, comunque: alimentato l'amplificatore a 130 V ci ricavai 2 W scarsi e neanche tanto belli da vedere all'analizzatore di spettro, causa il T.U. inadatto, per risolvere avrei dovuto aumentare la tensione di Drain, purtroppo la Vds max di 160 V del 2SK1058 non lo avrebbe permesso.

Che fare? normalmente avrei avvolto un nuovo trasformatore, ma non disponevo dei lamierini adatti e tutto sommato non ne avevo voglia, perciò: obtorto collo decisi di sostituire il 2SK1058 con un IRF830 dotato di una VDS di 500 V, che sapevo disponibile, rovistai nei cassetti e ne saltò fuori qualcuno rimasto dopo la costruzione di alcuni amplificatori modulabili da 100 W per le Onde Medie, conscio che la loro tensione Vds max di 500 V permetteva un ampio campo di manovra per trovare la tensione ottimale di alimentazione.

Collegai un alimentatore regolabile pure lui con limiti di 500 V e 1 A settandolo a 100 V, proseguendo aumentando gradatamente la tensione e  contestualmente tramite X1, regolando la corrente assorbita dal IRF830 per rimanere all'interno della Safe Area, trovando un buon punto con 120 mA assorbiti a 226 V di Drain, da cui sottraendo la tensione di 6,8 V ai capi della resistenza di Source, si arriva a una dissipazione dello stadio di 26,3 W, ancora accettabile considerando le dimensioni del case.

Con questo punto di lavoro misuravo su carico di 8 Ohm, con distorsione del 2,5 %, una tensione di 8,2 V corrispondenti a 8,4 W, verificai inoltre con l'uscita ridotta a 7 V, un decadimento armonico praticamente perfetto e qui mi fermai.

Osservai anche con termometro il classico comportamento della classe A, dove ad amplificatore eccitato con segnale continuo al limite della massima uscita, la temperatura del case risultava inferiore, in quanto parte dell'energia assorbita è sottratta alla dissipazione dello stadio, e inviata in uscita, per sicurezza, sottoposi l'amplificatore a stress termico con pistola ad aria calda per controllare il derating del punto di lavoro, rilevando una instabilità, a mio parere troppo grande rispetto alle varie temperature indotte, decisi perciò di risolvere.

Dallo schema di Figura 1, noterete che nel partitore di polarizzazione del Gate lato massa, ho inserito una resistenza NTC, che, per chi non ne fosse a conoscenza, diminuisce la propria resistenza al salire della temperatura, effetto quì sfruttato per diminuire la tensione di polarizzazione del Gate al crescere appunto della temperatura, realizzando un controllo automatico se pur approssimato della dissipazione dello stadio in relazione alla temperatura del case.

In questa condizione l'amplificatore si è dimostrato stabile purché il Mosfet sia adeguatamente dissipato, si controllerà perciò che la temperatura della parte in plastica del Mosfet non ecceda i 70°, facendo attenzione a non prendere scosse e a fare corti circuiti con il termometro, "non quello della febbre naturalmente" ricordo che il terminale centrale e la parte metallica del case, corrispondono al Drain dove è presente la tensione di alimentazione.

Se volete: è possibile sostituire il Mosfet con altri modelli, generalmente questo comporterà se non l'adeguamento dei valori dei componenti, sicuramente una regolazione appropriata della tensione di Gate e quindi della corrente assorbita.

Se però siete interessati ad un progetto Hi End: quì sul mio sito ne trovate uno cliccando sul pulsante qui a fianco.




Lo schema dell'amplificatore è un classico che più classico non si può.


schema amplficatore

 
Alcune informazioni interessanti per i principianti e non:
Come accennato Il piedino centrale e la parte metallica del Mosfet si trovano polarizzati con alta tensione, quindi attenzione ad appoggiarci il dito, perché oltre a scottarvi potreste ricevere una pericolosa folgorazione.

Ricordo che trattandosi di un amplificatore in classe A, con l'assorbimento massimo anche in assenza di segnale, occorre fare attenzione alla realizzazione della "stella di massa", un suo cablaggio errato potrebbe indurre ronzio dai diffusori, vi dico subito che aumentare i condensatori di filtro non è la soluzione, forse migliorerà qualcosina, ma il problema resterà, non perdere tempo, la soluzione è solo un cablaggio corretto.

Il trasformatore di uscita deve essere di buona qualità, con l'impedenza del secondario adatta alle casse impiegate e quella del primario non superiore a 2 KOhm e se possibile alla corrente di 120 mA, avere una induttanza primaria non inferiore a 20 H, queste non sono caratteristiche stringenti, si può sempre giocare sulla tensione anodica e la corrente di lavoro per ottenere i migliori risultati anche con altri trasformatore, il MosFet è abbastanza elastico in questa configurazione.

Il trasformatore di alimentazione deve essere a basso flusso, dotato di schermo elettrostatico interno e magnetico esterno, deve disporre di potenza sufficiente a lavorare in modo continuo, la classe A non lascia scelta, se non toroidale, deve essere orientato in modo da evitare il concatenamento delle linee di flusso disperso, con il cablaggio o parti elettroniche, naturalmente l'amplificatore deve essere montato su telaio di alluminio.

Un dissipatore di 20 cm X 12 cm X 6 cm, montato all'esterno, è il minimo necessario per raffreddare un solo stadio, quindi per lo stereo sarà necessario raddoppiare la superficie dissipante.

La resistenza R7 ha il compito di limitare il picco di corrente a carico del T.A., del ponte raddrizzatore e del primo condensatore di filtro, al momento dell'accensione dell'amplificatore.

Mentre R8 provvede a scaricare i condensatori di filtro dell'anodica quando l'apparecchio viene spento, ma dato che la scarica completa di questi condensatori si raggiunge anche in un quarto d'ora e inoltre questa resistenza potrebbe interrompersi, la tensione di alimentazione potrebbe rimanere anche per molte ore, o giorni se avete montato dei buoni condensatori, perciò prima di toccare qualsiasi cosa dell'amplificatore, munirsi di tester e controllare che le tensioni nei vari punti del circuito sia scese a zero, diversamente scaricare con prudenza i condensatori con una resistenza 1 KOhm 5 W.

Le resistenze NTC da me utilizzate, non hanno il case adatto a questo impiego, così per mantenerle a contatto con la parte isolata dei Mosfet ho impiegato dei fermagli deformati in modo tale da formare una sorta di dito pressante dotato di una certa forza, fissati poi al dissipatore con delle 4 MA, non ho ritenuto adatto l'impiego di composto al silicone, a mio parere ormai superato a causa della sporcizia che attira, ma ho utilizzato degli isolanti in gomma siliconica.

Come devono fare sempre i principianti prima di alimentare i circuiti: controllare che i componenti siano stati montati nel verso e nel punto giusto, verificando anche l'assenza di corto circuiti e errori nei collegamenti.

La regolazione della tensione di Gate si effettua ad amplificatore spento, regolando X1 in corto circuito, quindi si accende l'amplificatore, si ruota X1 controllando con un tester che al punto di test la tensione aumenti fino ad 1 V, si farà lo stesso con l'altro canale, ora, dato che per via dell'assorbimento aumentato, la comune tensione anodica sarà diminuita, si tornerà al canale precedente e si ripristinerà tramite X1 la tensione di 1 V al punto di test, di nuovo all'altro canale ripetendo la regolazione... e si continuerà fino a quando i piedini di test saranno entrambi a 1 V, ora si lascerà passare un quarto d'ora o più per dar tempo ai dissipatori di raggiungere la temperatura di esercizio, dopodiché tramite X1 si porterà la tensione di test a 1,2 V in entrambi i canali, a questo punto, se avete fatto bene i compiti, l'amplificatore sarà in ordine di marcia, pronto soddisfarvi sia con l'ascolto sia di averlo costruito.

Ora ammessa regolare la tensione di rete, si ha una dissipazione del IRF830 di 26,3 W, valore a mio parere già elevato per questi case, i quali raramente ammettono una dissipazione in funzionamento continuo maggiore di 30 W, quanto scritto è da leggersi in dipendenza della temperatura e della efficacia del dissipatore, personalmente utilizzo per questa prova una pistola aria calda e termometro alla mano, verifico sempre che i sistemi sotto la mia giurisdizione rimangano stabili con temperatura indotta sul dissipatore di 40° e oltre, sistema costoso in termini di alluminio, ma in decenni non ho mai perso un finale per temperatura eccessiva, HI, mentre ho visto molti transistor passati a miglior vita per essere stati montati imprudentemente su dissipatori insufficienti.

Nelle prove di ascolto rispetto all'amplificatore con la EL34, si nota immediatamente maggiore prontezza e controllo della parte bassa dovuto essenzialmente alla maggior potenza disponibile, mentre la parte media non ci ha mostrato particolari differenze, a differenza della parte medio/alta e alta, resa da questo amplificatore con maggiore precisione, per cui abbiamo deciso di assegnargli il podio.

Nella figura 2 si nota il tipico decadimento armonico di un amplificatore S.E. in classe A, se poi confrontate la stessa misura dell'amplificatore con la EL34, noterete che a fronte di una potenza di 4,2W, una distorsione al 4,9 %, la II armonica a -24 dB e la III a -32 dB, questo amplificatore con IRF830 pur erogando una potenza doppia, possiede come riportato in figura 3 una distorsione del 2,5 % con II armonica a -31 dB e III a -40 dB, mentre le armoniche superiori, non sono più visibili perché immerse nel noise floor dello strumento, mentre utilizzando un HP3580 si vedono benissimo, in quanto possiede una dinamica di 30 dB più elevata.

Figura 2

analisi spettrale amplificatore
Figura 3

distorsione dell'amplificatore



Inserisco altre due foto riguardanti le prestazioni dell'amplificatore, nella numero 4 si nota il livello della tensione di uscita di 8,5 V, che a 8 Ohm significano una potenza di V2/R = 9 W, mentre la forma d'onda visualizzata nella figura 5, si riferisce ad una uscita di 8,2 V corrispondenti ad una potenza di 8,4 W livello a cui ho misurato il 2,5 % visualizzato dal decadimento armonico in Figura 2.

Figura 4

tensione di uscita dell'amplificatore
Figura 5

segnale di uscita dell'amplificatore


Nella Figura 6 si vedono appoggiati sul preamplificatore in configurazione passiva HPV4P, sia l'impedenza di filtro sia il grosso trasformatore di alimentazione della potenza di 400 W, recuperato da un vecchio oscilloscopio HP, utilizzato quì solo perché in grado di fornire la tensione di 190 V richiesta, alla sua Dx si nota l'amplificatore, sotto il pre acceso si vedono i componenti del mio solito impianto: un HA100I ibrido da 100 W per i medi e gli alti, sotto ancora un HA350 da 200 W per la via bassa e a DX il crossover a valvole a due vie HEC1V, le casse sono le stesse già accennate nella pagina del S.E. EL34, questa volta con i loro tweeter a foglia "Technics Leaf EAS-10TH1000", che ogni tanto per gioco tento invano di sostituire con altri modelli.

Nella Figura 7 è visibile il montaggio delle NTC per mezzo di graffette deformate e fissate su un dissipatore che ha visto tempi migliori.

Figura 6

dove si trova l'amplificatore
Figura 7

casse acustiche di prova a quattro vie


E' tutto per ora, alle prossime, forse con ancora qualcosa allo stato solido.


Mario