Preamplificatore a FET integrato - RIAA, Linea e Finale Cuffia
percorso di realizzazione
La realizzazione di questo progetto è curata dal mio amico Gianfranco al quale ho dato una mano per gli aspetti progettuali e, mal me ne incolga, anche realizzativi e vedrete quali. A un anno dall'inizio dei lavori su questo progetto finalmente siamo riusciti a fissare il coperchio.
Abbiamo avuto qualche problema legato al finalino per la cuffia che Gianfranco voleva assolutamente inserire nel contenitore, non si riusciva a trovare uno schema che funzionasse decentemente senza scaldare in misura eccessiva. Ora il problema è risolto, il finalino funziona molto bene e quello che lo precede non è da meno. Il fatto è che Gianfranco ha una cura maniacale dell'aspetto estetico e quindi quello che andiamo descrivendo sarà oggetto di pesante revisione non dal punto di vista caratteristico/funzionale ma da quello della presentazione (udite bene) dell'interno, ovvero ciò che si vede a coperchio rimosso. In realtà non ha tutti i torti, il cablaggio è veramente abbondante e la sua riduzione è quantomeno auspicabile. In sostanza rifaremo da capo il circuito stampato cercando di assemblare tutto su un'unica piastra più che altro per una questione di pulizia e facilità di montaggio; due saranno le varianti principali: il selettore degli ingressi dovrebbe esser collocato posteriormente e forse anche il potenziometro del volume e il selettore di uscita. Poi abbiamo deciso di separare la massa di alimentazione da quella di segnale.
Sarà così facilitato il cammino di chi volesse far suo questo progettino per costruirsi un pre coi controfiocchi spendendo veramente molto poco. Il progettino, comunque, funziona egregiamente sin da ora avuta attenzione a effettuare bene tutti i collegamenti. Sinceramente non so quando potrà esser disponibile il nuovo circuito stampato, il consiglio a chi fosse interessato è quello di non aspettarci.
Dunque, nulla di nuovo sotto al sole, il preamplificatore utilizza fet quali elementi attivi, hexfet nel finale cuffia e nell'alimentatore e un unico bipolare come generatore di corrente costante nell'alimentatore. Veramente nulla di originale, penso che se sfogliamo il datasheet del BF244B troviamo lo schema applicativo sul quale si basa questo pre. Una cosa però è veramente originale: il suono che questo bestiolino riesce a tirare fuori. Non a caso, abbiamo provato diverse polarizzazioni prima di finalizzare quella che suonava meglio. E guai a eliminare i condensatore di source. Forse diminuisce la distorsione per via della ritrovata controreazione locale ma il suono diventa scialbo, meno coinvolgente.
Entriamo nel vivo della realizzazione.
Approccio al progetto: ricerca del buon suono senza spendere una follia, cercando anzi di economizzare il massimo tenuto conto che le nostre case non sono dotate di apposito ambiente di ascolto e mai lo saranno; i componenti dell'impianto sono di buon livello ma non eccelso. In sostanza un pre dignitoso che non farà gridare "Al miracolo" ma che sarà capace di riprodurre il buon suono tanto cercato. La componentistica dovrà essere di buon livello, al bando tutti gli elettrolitici di bassa lega e, ove possibile, al bando gli elettrolitici. Nessun dimensionamento al "doppio" di tensioni ammesse e potenze sopportabili, nessuno dei componenti potrà riposare ma dovrà lavorare per quello che è stato pagato. Ci siamo permessi anche qualche frivolezza quali manopole e minuterie dorate che fanno lievitare un poco il costo finale ma che fanno d'un bene all'occhio da esser ritenute irrinunciabili.
Analisi funzionale: sei ingressi, tre uscite registratore bufferizzate, una uscita preamplificata, una uscita per cuffia, pre RIAA e finale per cuffia entrocontenuti, possibilità di escludere le uscite destinate al finale di potenza per ascoltare unicamente in cuffia.
Analisi elettrica: già fatta dalle case produttrici di FET, il nostro compito è quello di trovare la polarizzazione che fornisca il miglior suono naturalmente stiamo parlando di funzionamento single ended-classe A senza controreazione; la rete RIAA passiva è calcolata con l'utility presente sul sito. L'alimentatore che adottiamo ormai come standard è anch'esso un classico "Virtual Battery". Il finale per cuffia si riduce a un push-pull di hexfet in simmetria complementare polarizzato in modo di farlo lavorare il più possibile in classe A. Il buffer di uscita registratore è realizzato con due resistori.
Analisi estetica: si tratta di un apparato non propriamente "essenziale", con diversi comandi e elementi da piazzare sul pannello frontale che comunque ben si presta a alloggiarsi in un contenitore slim alto una sola unità, nero e con particolari che saranno dorati (manopole ecc.). A sinistra sarà posto il selettore ingressi, al centro il potenziometro del volume. La metà destra del pannello frontale sarà dedicata al selettore di uscita che stacca il segnale al finale di potenza, presa cuffia, spia a led blu e interruttore. Dalle foto si può vedere il bell'aspetto del prodotto finito.
Analisi topologica: Abbastanza complessa, lo testimonia il numero di buchi effettuati nel pannello di fondo del contenitore a causa di varie scelte e ripensamenti. Neanche quello che sta in foto è definitivo, l'unica decisione riguarda il piazzamento del trasformatore toroidale e dell'alimentatore che saranno disposti sulla parte destra. ll resto comunque, non presenta aspetti di criticità salvo non mettere il pre RIAA vicino al trasformatore.
Analisi meccanica: il contenitore scelto, uno slim line della HiFi2000 alto una unità, riesce a contenere agevolmente tutti gli elementi del nostro preamplificatore. Sul pannello posteriore metteremo i pin jack di ingresso e di uscita, una presa di terra per il giradischi e la presa di alimentazione; i fianchetti saranno utilizzati quali dissipatori per i finali cuffia e per il finale dell'alimentatore. Per il resto nulla che ci possa impensierire, la futura adozione del selettore ingressi e forse del potenziometro del volume collocati posteriormente ci daranno probabilmente un po' di filo da torcere e queste note verranno aggiornate in conseguenza.
Lista della spesa: i componenti elettronici necessari sono tutti referenziati sullo schema elettrico, in più occorre::
- contenitore slim line alto 1 unità e profondo 280 mm della HiFi2000;
- presa di rete IEC, meglio se comprensiva di filtro antidisturbo;
- pin jack femmina rossi e neri nel numero desiderato (12 di ingresso, 6 per le uscite bufferizzate, 2 per le uscite preamplificate) e altri 2 per chi volesse rendere variabile dall'esterno il carico da applicare alla testina MM;
- 2 resistori e due condensatori (il tutto è opzionale e variabile) da saldare dentro due pin jack maschi per fissare il carico alla testina MM;
- pin jack maschi nel numero desiderato;
- cavo di segnale (io ho scelto il Van Den Hul due conduttori + calza per realizzare cavi semibilanciati);
- potenziometro del volume Alps 100 KOhm logaritmico;
- selettore ingressi rotativo due vie sei posizioni con contatti dorati;
- selettore uscita due vie due posizioni con contatti dorati;
- due resistori 4,7 KOhm 0,25 Watt a strato metallico (per il buffer);
- due manopole “belle” (le mie sono molto grandi e dorate);
- una presa per cuffia;
- 6-9 metri totali in tre colori di cavetto sez. 18 AWG in rame OFC argentato e ricoperto in teflon;
- lastre di vetronite di dimensioni adeguate (vedere il layout dei circuiti stampati).
Inizio dei lavori
La maggior parte del lavoro è consistita nella scelta della tipologia circuitale (tra SRPP, cascode, mu follower, emitter follower ecc) e ricerca della polarizzazione ottimale del fet di guadagno una volta scelta la tipologia a emitter follower con stadio di guadagno a carico passivo e buffer che ci è sembrato quella che forniva la riproduzione più veritiera.
Altra grossa fetta di lavoro è stata la scelta del circuito finale cuffia. Un single ended in classe A garantiva ottimi risultati ma rappresentava un carico eccessivo per il trasformatore acquistato e poi sarebbe stato critico lo smaltimento del grande calore. Abbiano sperimentato con risultati contrastanti diverse circuitazioni per approdare a un push pull di hexfet che ci ha fatto sudare non poco nel tentativo di trovare una valida soluzione per il raffreddamento dei due hexfet.
Il resto dei lavori è consistito nell'assemblaggio delle piastre di circuito stampato dentro il contenitore. Non si evidenziano particolarità se si eccettua il fissaggio sui fianchetti degli hexfet del finale cuffia e dell'hexfet dell'alimentatore per dissipare il calore da questi prodotto.
La parola quindi alle fotografie.
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Scheda principale del pre, sul lato sinistro è alloggiato il pre RIAA (sino ai due condensatori rosa) e sul lato destro il pre linea |
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Scheda dell'alimentatore "Virtual Battery", si notino a destra i due condensatori in polopropilene da 47 uF ciascuno; l'hexfet finale non sarà lasciato sul circuito stampato ma montato su un fianchetto per dissipare meglio il modesto calore generato |
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Gli hexfet scelti hanno un contenitore che non prevede l'applicazione di dissipatore. La polarizzazione scelta, però, genera un calore tale che si rende necessario raffreddarli. Abbiamo dovuto mettere in campo una soluzione che prevede di imprigionare tra due piani di alluminio la piastrina del drain il cui calore sarà dissipato dal fianchetto del contenitore. A sinistra i pezzi occorrenti, a destra il sistemino montato. |
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Su ogni piastrina vanno montati due hexfet della stessa polarità, i loro drain saranno infatti in collegamento elettrico tra loro. Sulla piastrina di fondo, mm 50 x 35 pratichiamo due fori da 4 mm sulla mezzeria orizzontale a ridosso dei due lati dentro i quali infileremo, per ciascun foto, un passantino isolatore e una vite da 3 MA che andrà a avvitarsi in un dado annegato nella scanalatura longitudinale del fianchetto. |
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Sulla stessa piastrina di fondo praticheremo due fori da 3 mm su una linea che divide in quattro la piastrina stessa nel senso orizzontale svasando i fori sulla superficie destinata al contatto con il fianchetto. Avremo anche preparato quattro piccole pastrine da 30 x 15 mm che sono le ganasce destinate a imprigionare i drain, forate in modo che i fori coincidano con quelli della piastrina più grande. Applichiamo un sottile strato di grasso di silicone su tutte le superfici destinate a entrare in contatto. Inseriamo i drain dei due hexfet e immediatamente notiamo che serrando le viti (a testa svasata) delle ganascette queste non riusciranno a rimanere parallele. Prepariamo quindi un piccolo ritaglio di orpello di ottone (noi avevamo questo a disposizione) di spessore pari a quello dei due drain e inseriamolo nella ganascetta nella parte opposta ai due hexfet. Serriamo e controlliamo: Perfetto, i due hexfet sono prigionieri della ganascetta che ben presenta paralleli i suoi due piani. Lo smaltimento del calore è assicurato. Su una delle due viti di serraggio avevamo precedentemente infilato un capocorda a occhiello: questo sarà il "reoforo" del drain da collegare al circuito stampato. |
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Prepariamo il fianchetto stendendoci un sottilissimo stato di grasso di silicone, applichiamoci due file di silpad che rimarranno trattenuti dal grasso, infiliamo nella piastrina le viti di assemblaggio completi di passantino isolatore da un lato e dado appena appuntato dall'altro; infiliamo i dadi appuntati nella scanalatura e facciamo scorrere la piastrina sino a coincidere con la zona dove sono i silpad, mettamo in contatto i due pezzi (piastrina e fianchetto) e serriamo le due viti. Con un Ohmmetro controlliamo l'isolamento tra il blocco dei drain e il fianchetto. |
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Vista laterale di una ganascetta |
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Inseriamo anche l'alta piastrina con l'altra ganascetta e serriamo sul fianchetto badando a non creare contatto elettrico con la piastrina a fianco |
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Vista globale del pre, sulla destra la parte alimentatrice, dietro al centro la scheda principale, sulla sinistra la parte relativa al finale cuffia |
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Evidenza del finale cuffia (scheda di destra) e dei suoi hexfet finali montati sul fianchetto |
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Evidenza della scheda preamplificatrice |
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Evidenza dell'alimentatore |
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Vista d'insieme posteriore |
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Siamo a corto di manopole dorate ma non disperiamo. |
Certamente l'adozione degli hexfet da noi scelti quali finali per pilotare la cuffia obbliga a virtuosismi meccanici evitabili scegliendo una coppia complementare in TO220. Ma il buon Gianfranco ha detto che gli IRFD110/IRFD9110 suonano meglio di tutti e quindi non ha voluto rinunciare, tanto sapeva che i pezzi meccanici li avrei preparati io.
Fuoco alle polveri.
Nella piena certezza di aver effettuato tutti i cablaggi previsti, escluso soltanto il positivo al finale cuffia, ruotiamo a zero la manopola del volume e diamo tensione al nostro pre. Misuriamo la tensione di alimentazione che, dopo lo stadio stabilizzatore, deve mostrare un andamento crescente sino a stabilizzarsi al valore nominale in circa 60/90 secondi. In assenza di fumate provenienti dal contenitore colleghiamo il nostro finale di potenza, accendiamolo, colleghiamo una qualsiasi sorgente (io ho il lettore cd portatile), selezioniamo l'ingresso giusto e alziamo un poco il volume. Dovremmo udire il cd che sta suonando. Proviamo a verificare il funzionamento dello stadio RIAA selezionandolo con il commutatore, alziamo il volume e se tutto va bene dovremmo udirne il caratteristico e non eliminabile soffio di fondo. Se sino a qui siamo soddisfatti e le temperature in giro ci infondono tranquillità inseriamo un amperometro tra il positivo e il drain degli IRFD110 per verificare l'assorbimento del finalino cuffia. Per provare un solo canale per volta dissaldiamo momentaneamente i drain degli hexfet di un canale e proviamo l'altro. L'assorbimento deve esser prossimo ai 100 mA per ogni canale, se così non fosse ritocchiamo leggermente il valore di R2 diminuendolo se la correntew è più elevata o aumentandolo se è più bassa. Dissaldiamo ora gli hexfet del canale appena tarato, risaldiamo gli altri due e ripetiamo l'operazione su questo canale. Risaldiamo gli altri hexfet. Fine dei lavori.
Conclusioni
Dopo aver inserito il pre nel nostro impianto accendiamolo, facciamolo scaldare per una mezz'ora e godiamoci una seduta d'ascolto con la nostra musica preferita. Se "proveniamo" da un pre controreazionato non potremo fare a meno di notare una ritrovata sensazione di fedeltà rispetto all'evento musicale, la scena sonora ben salda, il piano che quasi si staglia davanti a noi, le voci femminili ben ariose e mai nasali.
Quasi un miracolo se pensiamo al poco denaro speso, alla complessità circuitale pressoché inesistente, alla semplificabile soluzione meccanica per dissipare i finali cuffia e alla meccanica generale del pre che è veramente molto semplice.
Il successo è garantito anche se non si possiedono profonde cognizioni di elettronica, è tutto già pronto e basta seguire gli schemi, i piani di montaggio e rispettare i consigli sulla disposizione delle varie sezioni funzionali.
Cordialmente.
Fabrizio Marignoni
Schemi elettrici, circuiti stampati e piani di montaggio anche in formato excel o zipped excel
