Preamplificatore RIAA a FET
Avendo in casa un piatto giradischi che qualche anno fa avremmo definito di buon livello, dopo aver costruito l'AkiLine soltanto linea ho sentito la mancanza di un pre RIAA per poter tornare a ascoltare i miei vinili. Ho rispolverato il lavoro di due mesi fa, fatto con il mio amico Gianfranco per realizzare un pre all FET all-in-one che, tra l'altro, prima o poi riuscirò a pubblicare. Ho tenuto buona la sola parte RIAA. Ecco cosa ne è venuto fuori: uno schema semplice semplice dal suono pulito. Non posso dire che il progetto sia nostro, abbiamo utilizzato i componenti in una topologia classica, decisamente "primitiva". Comunque, stavolta, è tutta farina del nostro sacco.
Analisi funzionale: l'obiettivo è di realizzare un pre che equalizzi la curva di risposta in frequenza di incisione dei dischi in vinile. Il pre deve essere semplice e l'equalizzazione deve essere passiva e più accurata possibile. Deve esser possibile apporre un carico alla testina magnetodinamica tale da smorzarne il picco di risonanza, il carico deve essere variabile in resistenza e capacità, deve essere annullato il ronzio derivante dal flusso disperso del trasformatore di alimentazione.
Analisi elettrica: i calcoli della rete di equalizzazione RIAA (passiva, ovviamente) sono stati effettuati con la procedura disponibile su queste stesse pagine (vedere l'indice). Ho tenuto a adottare valori non molto bassi per quanto riguarda i condensatori, è più semplice trovarne di buona qualità e a bassa tolleranza. Questo ha significato che i resistori hanno dovuto assumere valori abbastanza bassi. In sostanza, la rete costituisce un carico eccessivo per poter essere collegato all'uscita di drain del primo stadio. Mettendo in campo un secondo fet collegato a cathode follower (chiedo venia per il gergo valvolistico ma non ho mai sentito parlare di source follower) l'impedenza di uscita raggiunge valori abbastanza bassi per permettere l'utilizzo ottimale della rete calcolata. Questo vale per entrambi gli stadi che compongono il pre, ovvero anche il secondo stadio ha il suo cathode follower per poter pilotare tranquillamente quello che seguirà. L'interfaccia della testina con l'ingresso è implementata in maniera "parametrica" nel senso che ognuno può fare quello che vuole: ho previsto la duplicazione dei pin jack di ingresso e sulla seconda coppia di pin jack andremo a inserire due pin maschi al cui interno si trovano il resistore e il condensatore che costituiscono il carico ottimale per la nostra testina. Nel mio caso esiste soltanto un resistore da 56 KOhm. Il resistore che polarizza a massa il gate del primo fet ha il valore di 4,7 MOhm, tale da non alterare sostanzialmente il valore del carico posto esternamente.
Analisi estetica e meccanica: Ho preferito la realizzazione a due telai, uno per il pre e l'altro per l'alimentatore. Questo a evitare problemi di ronzio, sempre in agguato trattandosi di un componente a guadagno elevato da collegare in ingresso a un altro pre. Il problema del ronzio non è imputabile a eventuali anelli di massa che sono sempre eliminabili. E' legato alla qualità del trasformatore toroidale che potrebbe avere un notevole flusso disperso. Meglio sceglierne uno di qualità e montarlo esternamente e più lontano possibile dalla testina fonorivelatrice. L'estetica prescelta è quella che io giudico la migliore: needless free ovvero massima essenzialità; pannello frontale assolutamente vuoto; sul pannello posteriore sono montate le connessioni di segnale e dell'alimentazione. Nessuna vite di montaggio è visibile; è necessario utilizzare basette adesive e fascette serracavo sia per il montaggio del trasformatore sia per i circuiti stampati.
Lista della spesa: oltre a quanto riportato nell'elenco dei componenti che accompagna lo schema elettrico sono necessari e reperibili presso AudioKit:
- contenitori della HiFi200 serie Galaxy, GX147 per il pre e GX243 per l'alimentatore.;
- 6 pin jack femmina rossi e neri per l'ingresso, il carico della testina magnetodinamica e l'uscita destinata al finale;
- 2 pin jack maschi che conterranno resistori e condensatori di carico per la testina (senza considerare i pin jack maschi per i cavetti di connessione al giradischi e al pre linea);
- presa di rete IEC filtrata a vaschetta con relativo cordone;
- 3 metri totali in tre colori di cavetto sez. 16 AWG in rame OFC argentato e ricoperto in teflon;
- 2 metri cavetto 3 poli + calza (per l'alimentazione);
- 2 set di connettori quadripolari volanti e da pannello per il cavo di alimentazione cc;
- lastre di vetronite per fare i circuiti stampati;
- fogli PNP5 (Futura Elettronica) per realizzare i master;
- elementi adesivi e fascette serracavo per fissare trasformatore e circuiti stampati al telaio.
Presso una cartoleria acquistiamo un set di trasferibili per circuiti stampati utili per ritoccare il disegno del circuito una volta trasferito tramite il ferro da stiro.
Lavorazione dei contenitori.
Bisogna soltanto esser dotati di tanto olio di gomito per i fori dedicati all'alimentazione CC e a quella CA o acquistare le trance adatte (esiste anche quella rettangolare per la presa a vaschetta IEC. I fori dei pin jack sono da 9,5 mm quindi possiamo tranquillamente usare la punta da trapano sicuramente compresa nella trousse di punte da 1 mm a 10 mm che generalmente abbiamo in casa. I contenitori prescelti sono entrambi della HiFi200 serie Galaxy, GX147 per il pre e GX243 per l'alimentatore, entrambi alti una unità. Non hanno le dimensioni standard 19 pollici, sarebbero inutilmente giganti mentre invece sono di dimensioni molto contenute. Ricordiamoci che sul telaio del pre è necessaria una presa per collegare il telaio del giradischi. La presa si realizza semplicemente con una vite molto sporgente 3 MA 25 mm attraverso il pannello posteriore serrata da un dado autobloccante; un "dado" rotondo zigrinato per serrare la clip del cavetto del giradischi che avrà la sua "battuta" su un altro dado autobloccante avvitato sin dove necessario. Nel dettaglio la presa, a partire dall'interno, è così strutturata: testa della vite 3 MA, capocorda, rondella da 3 mm, pannello posteriore (foro 3 mm) rondella, dado autobloccante a serrare, dado autobloccante a mezza vite, rondella, capocorda cavetto telaio giradischi, rondella, dado zigrinato da serrare a mano.
Come fare il circuito stampato.
Innanzi tutto dobbiamo aver acquistato presso Futura Elettronica, anche tramite AudioKit, i fogli PNP5 che ci permettono di ottenere circuiti stampati in maniera facile e veloce.
Eseguito il download del file excel selezioniamo il foglio "CircuitoStampato" e mandiamolo in stampa verificando che sia correttamente impaginato. Se disponiamo di una stampante laser carichiamo ora nel suo cassetto uno dei fogli blu PNP5 e mandiamo nuovamente in stampa; se non abbiamo la stampante laser facciamo una fotocopia della nostra stampa caricando il foglio blu nella macchina fotocopiatrice. La stampa (o fotocopia) deve avvenire sul lato opaco. Abbiamo ora in nostro bel master sul foglio blu. Senza farci accorgere dalla moglie accendiamo il ferro da stiro e, mentre attendiamo che sia ben caldo (seguiamo le istruzioni sull'utilizzo dei fogli blu), individuiamo un telo di stoffa sottile e resistente (una vecchia camicia) che utilizzeremo interposto tra il ferro e il foglio blu. Tagliamo la lastra di vetronite un po' abbondante rispetto all'ingombro del circuito e carteggiamo con una carta vetrata dalla grana non troppo sottile il lato ramato. La carteggiatura serve a creare vie di fuga per espellere l'aria durante la fase di stiratura del master evitando che si formino rovinose bolle. A ferro ben caldo poniamo sul piano da stiro la lastra di vetronite con la superficie ramata in alto, poniamoci sopra il master blu fissandolo con nastro adesivo e copriamo tutto con il panno tenendolo ben teso. Iniziamo la stiratura evitando di fare forte pressione (le piste si slargano e le piazzole si spiattellano) e passiamo e ripassiamo sul panno per qualche minuto. Solleviamo panno e ferro, attendiamo che i pezzi si raffreddino e togliamo la pellicola del master. Se tutto è andato bene ora abbiamo il circuito trasferito sulla piastra ramata. Forse sarà necessario qualche ritocco su qualche pista un po' slabbrata; poco male, con i trasferibili la cosa è velocissima. Il passo successivo è quello di immergere la piastra ramata nella soluzione corrosiva che asporterà dalla piastra la parte ramata non protetta dalla pellicola blu. A corrosione ultimata, dopo aver abbondantemente sciacquato la lastra e averla asciugata, passiamo un batuffolo di ovatta impregnato con acetone sul circuito per asportare la pellicola ora non più occorrente. Pratichiamo i fori con punte da 0,7 mm per la maggior parte dei componenti e da 1 mm per i chiodini di entrata e di uscita. Generalmente io provvedo anche a stagnare tutto il circuito a evitare che il rame si ossidi con il tempo.
Esecuzione dei cablaggi.
Parliamo del pre: le masse dei pin jack di ingresso e di uscita non vanno collegate tra loro, risulteranno poi collegate tramite la massa del circuito stampato. Il circuito stampato sarà posizionato in modo da far risultare cortissimi i collegamenti del segnale di ingresso, evitando l'utilizzo di cavetto schermato. Collegheremo tra loro, nel seguente ordine, relativamente al segnale di ingresso, con unico cavetto: pin jack ingresso testina, pin jack carico testina, pin ingresso sullo stampato. Le masse, sempre con cavetto unico, saranno collegate rispettando lo stesso ordine. I collegamenti relativi al segnale di uscita saranno realizzati con cavetto schermato.
Per portare l'alimentazione dall'alimentatore al pre utilizzeremo un cavo con 3 conduttori e la calza. Il cavetto rosso rappresenta il positivo, il nero il negativo, il verde il telaio (i colori sono esemplificativi). Sui connettori quadripolari posti alle estremità del cavo di collegamento tutti i singoli cavetti e la calza sono collegati ciuascuno al suo pin rispettando le corrispondenze tra un connettore e l'altro, in modo che il cavo risulti reversibile.
All'interno del pre il connettore di alimentazione porta i seguenti collegamenti: positivo, negativo, telaio (il collegamento relativo alla calza è lasciato libero). Il positivo si connetterà al circuito stampato al positivo (ovvio), il negativo si connetterà alla massa (o negativo) sul circuito stampato ove è saldata la calza del cavetto schermato di uscita, il pin del telaio si connetterà al cabinet sulla presa (vite) dedicata al telaio del giradischi, che avrà un capocorda all'interno del contenitore; sul connettore di alimentazione collegheremo un resistore da 47-56 Ohm tra il pin di massa e il pin del telaio. Nel dettaglio, la presa sul telaio è realizzata con una vite da 3 MA fissata nel seguente modo, vedendola dall'interno: testa della vite, capocorda, rondella, pannello posteriore, rondella, dado autobloccante a serrare, dado autobloccante a metà corsa, rondella, capocorda telaio giradischi, rondella, dado zigrinato da serrare a mano.
All'interno dell'alimentatore il connettore di alimentazione porta i seguenti collegamenti: calza, positivo, negativo, telaio. Il positivo si connetterà al circuito stampato al positivo (ovvio), il negativo si connetterà alla massa (o negativo) insieme con la calza, il telaio si connetterà al cabinet sulla presa metallica di rete IEC (connettore di terra disposto al centro); sul connettore di alimentazione collegheremo un resistore da 47-56 Ohm tra il pin di massa e il pin del telaio. La presa di rete IEC dovrebbe essere del tipo che ha un filtro di rete all'interno e ha il corpo metallico; in questo caso la terra risulta connessa al telaio per via dello stesso corpo metallico. Qualora il corpo della presa fosse plastico collegare la presa di terra (centrale) al telaio utilizzando una vite e un capocorda.
La calza del cavo di alimentazione risulta quindi connessa soltanto all'estremità lato alimentatore. Tra massa e telaio, una volta connesso il cavo di alimentazione, ci sarà una resistenza pari alla metà di 47-56 Ohm. Se si percepisce ronzio provare a scollegare uno dei due resistori ma mai entrambi.
Ecco un po' di fotografie:
dettaglio degli elementi adesivi che sono attraversati dalle fascette serracavo;
pin jack con resistore di carico per la testina saldato al suo interno;
pannello posteriore del pre con presa del telaio in evidenza;
circuito del pre - monta ancora i condensatori in carta e olio risultati difettosi;
circuito dell'alimentatore - il fet finale in foto è saltato e il nuovo l'ho montato senza aletta
Fuoco alle polveri.
Prima di tutto dobbiamo verificare che l'alimentatore funzioni correttamente. Colleghiamolo un istante alla rete e verifichiamo che sul primo condensatore di filtro sia presente una tensione prossima ai 60 Volt. Successivamente lasciamolo collegato alla rete per più tempo e seguiamo l'andamento della tensione di uscita: questa andrà a attestarsi, dopo circa 120 sec. al valore di 40 Volt. Colleghiamo il pre all'alimentatore, al giradischi e al pre linea che avrà la manopola del volume al minimo. Poniamo un disco sul piatto giradischi e giriamo timidamente la manopola per aumentare il volume. Dovremmo iniziare a udire la musica. Tutto bene, alziamo pure il volume e ascoltiamoci il disco in tutta calma. Verifichiamo la temperatura dei due contenitori: risultano freddi in quanto non c'è alcunché che richieda grosse correnti di funzionamento. Anche il finale dell'alimentatore deve risultare freddo.
Prova di ascolto.
Naturalmente dobbiamo disporre di software adatto alla scopo, personalmente possiedo qualche disco half speed mastered che mi aiuta a capire. Inoltre sono finalmente arrivati i ricambi per la mia cuffia Beyerdynamic DT911 e, essendo notte inoltrata, ne approfitto (i nuovi padiglioni auricolari sono stati rodati per 6 ore almeno).
L'impressione che ricavo dal primo ascolto (anche il pre ha fatto un minimo di rodaggio) è di un dettaglio molto fine e aggraziato, un basso profondo e netto, voci femminili mai nasali, una lievissima esaltazione dei superacuti dovuta al carico troppo leggero imposto alla testina magnetodinamica. Ma era un po' quello che volevo.
Non sembra esser necessario dosare una certa controreazione locale (il pre ne è totalmente privo) né sembra esser necessario un taglio subsonico, almeno con i dischi provati che sono perfettamente piani.
La scelta di dividere il pre dall'alimentatore sembra giusta, non è presente la minima traccia di ronzio.
Conclusioni.
La costruzione di questo apparato richiede un certo impegno pressoché nullo né sono necessarie conoscenze approfondite di elettronica, il successo è garantito. Inoltre abbiamo speso pochi soldi. Se volessimo realizzare il progettino per dedicarlo all'acquisizione di LP su computer potremmo anche risparmiare qualcosa in termini di componentistica pregiata (vedi i condensatori in polipropilene sull'alimentatore, trasformatore toroidale, ponte a diodi fast discreti), a meno di non disporre di un computer con scheda di acquisizione professionale, nel qual caso la componentistica nobile è d'obbligo.
Per inciso, le prime foto del circuito del pre sono state fatte con condensatori di accoppiamento in carta e olio che, risultando in perdita, bloccavano di fatto il secondo stadio in saturazione. Sostituiti con elementi in polipropilene il difetto è sparito. Inoltre il circuito stampato prevede non diodi discreti ma un ponte raddrizzatore che, però, non mi è piaciuto.
Schema e circuiti stampati anche in formato excel o zipped excel