S2PS - Solid State Power Stage
Ecco un progetto abbastanza impegnativo caratterizzato da un WAF decisamente basso visti gli ingombri e i pesi. Si tratta di uno stadio di corrente a BJT che trae spunto e ricalca il Superfinale di Aloia del 1983, concetto ripreso e semplificato dallo stesso progettista per dar voce al GY50.
Ma qui semplificazioni non ne vogliamo, o tutto o niente. Compromessi zero o quasi.
Caratterizzazioni imposte al progetto:
1 - controreazione zero;
2 - potenza: quella che serve;
3 - classe di funzionamento dello stadio finale: "A" (gli stadi precedenti neanche li cito)
4 - capacità di erogare forte corrente;
5 - costruzione dual-mono ma ingombro minimamente umano contenendo il tutto in un solo telaio;
6 - budget abbastanza ampio ma contenuto all'essenzialità massima;
7 - componentistica al top di quanto reperibile sul mercato ma senza esagerare;
8 - minima sperimentazione, utilizzo di esperienze consolidate e affidabili;
Perché SP2S?
Sul primo punto poco da dire, tutto è stato già detto relativamente all'uso della controreazione di anello. Non si deve usare. Non la userò.
Punto 2: l'oggetto deve stare in casa, inutile strafare con la potenza di uscita, 50 W con diffusori dall'efficienza medio bassa sono più che sufficienti. Gia ma... 50 W su 4, su 8 Ohm? Mi fisserei su 3 Ohm e forse anche meno. E allora mi sa che conviene rivedere il concetto dei 50 W, c'è anche il modo per non scegliere, basta leggere verso la fine dell'articolo.
Punto 3: dopo aver letto, riletto, straletto e finanche sognato sono arciconvinto che la classe AB possa andar bene su stadi finali che abbiamo sia anche un minimo di controreazione che provvede a minimizzare la distorsione dovuta alla commutazione dei finali e maschera la variazione di guadagno dei transistor imposti sotto tale classe di funzionamento. Tagliata via la classe AB e tutto quello che sta sotto, non rimane che la classe A. Eppoi io, mia moglie e anche i gatti siamo tutti freddolosi, una stufa che produce musica è roba da signori, sto cominciando una campagna informativa presso la mia consorte basate su questi elementi.
Punto 4: è immediatamente correlato con i punti 2 e il 3, l'amplificatore non si deve "sedere" per qualsiasi carico (tra quelli possibili) posto alla sua uscita evitando l'insorgere di fenomeni di compressione del suono.
Punto 5: temperature e correnti in gioco raccomandano di eseguire "l'opera" utilizzando due telai. Poi uno si rende conto che i telai diventano tre, c'è anche il front-end da alloggiare. Ora, tre telai mi sembrano troppi per questo finale e adatti per un solo tipo di finale: quello del mio matrimonio. Quindi il tutto va alloggiato in un singolo contenitore salvaguardando, però, la totale indipendenza dei due canali a vantaggio della qualità del suono. L'unica cosa in comune, a parte il telaio, sarà la scheda dei servizi (protezione e timing) e la presa di alimentazione.
Punti 6 e 7: per far le cose bene proprio non si riesce a spendere poco, la roba buona costa. Ma non voglio buttar via i miei soldi in assurdità tipo "morsetti di uscita di quella marca costosa", o "cablaggi interni con cavo da 100 euro/metro". Ci sono gli stessi componenti a prezzi molto più umani e caratteristiche di assoluto riferimento, i morsetti di uscita sono tutti comunque in ottone purtroppo dorato mentre per i cavetti possiamo trovarne di ottimi in rame ofc a prezzi abbordabili. Il pannello frontale sarà privo di qualsiasi costosa scritta o decorazione (migliora mica il suono). Spendere si ma con saggezza.
Punto 8: intelligenti (se avete scelto di impiegare qui il vostro tempo lo siete) pauca: l'elettronica nell'alta fedeltà è la mia passione da sempre ma sono un impiegato e rientro a casa alle 19. Casa che, ovviamente, è attrezzata per fare il suo mestiere, appunto, la casa. Eppoi chi l'ha detto che devo inventare qualcosa io?
Fissati questi punti mi sono messo alla ricerca di un po' di documentazione su internet e sulle riviste che possiedo per inquadrare bene la best-practice del momento. Che non esiste, o meglio, nel momento attuale disponiamo di componentistica sicuramente migliore rispetto a qualche anno fa ma le topologie circuitali quelle sono da molto tempo. Ho letto diversi articoli di Aloia e un progetto di Montanucci, ho ripreso le vecchie carte del superfinale e ecco qui cosa sono riuscito a mettere insieme. In pratica lo stadio di uscita del Superfinale di Aloia con l'unica variante del sensing della temperatura, aggiornato dallo stesso Aloia e da me scopiazzato.
Non starò a documentare la tecnica che sta dietro alla scelta progettuale, dovrei copiare pari pari quello che ci spiega Aloia senza modificare alcunché. Documenterò, invece, la realizzazione fisica di questo mostro che nella mia testa assume, per ora, quella connotazione di "definitività" che nell'accezione di noi autocostruttori dal saldatore che prude ha un significato del tutto particolare, con ampie concessioni alla "provvisorietà" che però teniamo ben nascoste sinanche a noi stessi.
Bene, entriamo subito nel vivo con i documenti relativi a schema e pcb.
Schema dei circuiti di protezione
Gli schemi sono abbastanza definitivi, non metto la lista dei componenti perché non ancora definita (so che li ci va un condensatore, la un resistore ma il valore devo ancora calcolarlo per bene)
Sullo stadio di amplificazione abbiamo già detto tutto, volendo aggiungere altro, possiamo dire che si tratta di una tripletta in configurazione complementare con due livelli di alimentazione, per i finali si sceglie una tensione più bassa per non dissipare inutilmente potenza, portando la tensione allo stesso livello dei piloti non ne avremmo alcun beneficio.
Per l'alimentazione vale la pena di dire che gli alimentatori sono quattro a canale e sono stabilizzati con una circuitazione che oggi conosciamo sotto il nome di "Virtual Battery" che comprende anche il generatore di corrente costante per alimentare lo zener, fatto che dà una piccola spinta a minimizzare il ripple alll'uscita.
Due parole anche per i circuiti di protezione: il cuore è il kit della Nuova Elettronica LX1166, riveduto e corretto in modo da farne una vera protezione a due canali che governerà sopra a un timer sequenziale fatto con il solito integrato che pilota la fila di led dei VU meter, messo a misurare la rampa di carica di un condensatore, che farà scattare i vari relè (soft start, accensione completa, elimina cortocircuito ingresso front-end, elimina cortocircuito ingresso back-end, abilitazione uscita diffusori) nei momenti opportuni.
Mentre tutto il resto è stato scopiazzato dalle solite fonti e armonizzato per poterne fare un apparato unico, una cosa è mia originale: proprio l'ultima, il circuito di temporizzazione. Almeno io non l'ho copiato da altra parte ma mi sono spremuto le meningi per come fare a sequenzializzare più eventi senza mettere in campo chissà quanti componenti. Funzionerà? Sulla carta si ma...
I Pcb prevedono il montaggio superficiale (anche questa è una mia pensata), questo ci permette di montare i transistor e i diodi direttamente sul dissipatore (in realtà su una contropiastra che poi fisseremo al fianco diossipante del cabinet) occupando il minimo spazio possibile all'interno del contenitore. Chi si fa il pcb utilizzando la vetronite normalmente reperibile in commercio farebbe bene a rinforzare tutte le piste di corrente con un cavetto di rame. Inoltre è bene interporre una striscetta di materiale isolante e resistente al calore sotto i reofori dei transistor, a evitare corti circuiti con le piste di collettore.
Fin qui abbiamo parlato del solo stadio di potenza che esibisce un guadagno in tensione pari a "1", ovvero non guadagna alcunché.
Ma con cosa lo pilotiamo? Io ho scelto l'Aikido e penso che possa essere la soluzione migliore, se vi saranno problemi relativi alla corrente di pilotaggio l'Aikido può essser trasformato in Supertotem in un attimo. L'Aikido esibisce un guadagno di 10 volte in tensione; ciò significa che il finale sarà un po' duretto, gli eventuali 100W su 8 Ohm si ottengono con 2,83V in ingresso. Ci vuole un pre che sappia il fatto suo (e ne abbiamo!).
Dove alloggeremo il tutto? Bella domanda. Il calcolo termico ci dice che disponendo di un dissipatore da 0,07 C/W, alimentando a 100 V imponendo un assorbimento di 2,5 A abbiamo su 8 Ohm 100 Watt in classe A con temperatura di giunzione dei finali prossima a 92 C; su 4 Ohm abbiamo 50 W in classe A e 200 in classe AB; salendo un po' con l'assorbimento (2,9 A) riusciamo a traguardare i fatidici 50 W su 3 Ohm (260 in AB) che porrei come obiettivo di progetto. Se poi ci interessano 50 W e basta, è inutile alimentare a 100 V, ne bastano 50 ma teniamo presente che su 8 Ohm la potenza è scesa a 25 W. Pochi? Non direi. Insomma, come volete polarizazare l'ampli? Scaricatevi il modellino excel che ho fatto per il calcolo termico (le variabili sone in alto in colore rosso) ma attenzione!!! Sono i conti della serva che contengono alcune "imposizioni" del sottoscritto dettate dal tentativo di trovare spiegazioni a superficiali osservazioni di fenomeni di cui si deve comunque tener conto. Ma mi occorreva un'indicazione di massima e l'ho ottenuta.
Bene, per non scegliere cosa faccio? Dimensiono tutto per il massimo. Ecco che il finalone sarà alto 400mm, profondo 600 e largo i classici 440. Ogni fianco ha una conducibilità di 0,069 CW.
Un oggettino che io so già dove alloggiare portando in cantina la base in marmo nero (ma esiste un'anodizzazione con venature di bianco?) del tavolinetto in cristallo che ho a fianco al divano, operazione da farsi mentre mia moglie è fuori. Naturalmente avrò predisposto un piedistallo di legno verniciato in nero destinato a ricevere gli impietosi colpi dell'aspirapolvere.
Ma chi ha un po' più sale in zucca dovrebbe provvedere a capire bene cosa vuole e dimensionare di conseguenza.
Ok, per ora è tutto, sto avviando la fase realizzativa e quindi mi fermo qui.