Elettronica

Amplificatore Hi-Fi

350 Watt musicali

250 W Hi-Fi R.M.S PARI A 350 WATT MUSICALI.

Con questo schema è possibile realizzare un potente amplificatore Hi Fi  con componentistica finale discreta dalle ottime qualità musicali.

La realizzazione può risultare un pò complessa a causa dell'elevato numero di componenti utilizzati, alcuni dei quali devo essere collegati al di fuori della basetta quindi avvitati sui dissipatori.

Ogni transistor finale ha sull'emettitore una resistenza da 0,39 Ohm

Nello schema sovrastante l'alimentazione duale è di +/- 50 Volt e riferita alla massa ricavabile raddrizzando il doppio secondario a 35 volt per avvolgimento di un trasformatore di almeno 500 VA.  Il ponte di diodi per la realizzazione stereo dovrà sopportare almeno 20 o meglio 25 ampère.  I condensatori elettrolitici sono piuttosto grandi e costosi 10000uF /63 VL (non più piccoli di 6800uF) per il ramo dell'alimentazione positiva e per quello dell'alimentazione negativa.

download dello schema elettrico dell'alimentatore.

Il segnale d'ingresso massimo per la massima potenza d'uscita é di circa 3 Vpp (1 Veff).

Per evitare il fastidioso e a volte dannoso "Dumpt" sugli altoparlanti è bene aggiungere dei relè ritardati che efettuino la connessione alla fine del transitorio.

Sarebbe opportuno anche proteggere gli altoparlanti da l'eventuale corto circuito di uno dei finali di potenza che comporta una forte corrente nella bobina. Assolve bene al compito il Kit di Nuova elettronica LX1166 nella rivista numero 117.

In internet sono disponibili diverse realizzazioni del progetto,  ne riporto una  qui sotto.  L'assemblaggio non è dei più eleganti ma è certamente molto funzionale.  I finali di potenza non sono visibili perchè montati sui dissipatori.

Foto lato componenti

Lato componenti, questo prototipo evidenzia alcune lacune del Layout, non vi è una distribuzione elegante dei componenti,  i reofori sono spesso storti come anche l'allineamento.  Alcune resistenze sono montate con la tolleranza verso destra e altre verso sinistra quindi il tecnico senza "occhio clinico" è costretto a ruotare la scheda per una agevole lettura del valore ohmmico.  Poco chiari risultano essere i "riccioli" sui reofori di alcune resistenze che potrebbero introdurre un fenomeno induttivo parassita innescando anche ronzii e sensibilità ai campi elettromagnetici. I dissipatori sono decisamente poco eleganti ma il loro montaggio orizzontale potrebbe favorire  lo smaltimento del calore che viene ceduto anche alla basetta.

Nel lato rame possiamo notare che le piste sembrano disegnate a mano eppure le saldature sembrano eseguite da una mano molto esperta, infatti sono belle lucide (ben disossidate) e ben "coniche".  Anche i pochi  fori rimasti visibili sembrano eseguiti con un trapano di precisione e una punta ben affilata, infatti non presentano sbavature.  é ben visibile la scritta che riporta la misura del PCB  155 x 55 mm come è anche ottimale la soluzione per il collegamento di base-emettitore e collettore dei finali di potenza. Ben chiara è l'incisione delle polarità  + e - per impedire errori di collegamento con la sezione alimentatore.

L'intero progetto di Vittorio Crapella con PCB aggiornato 31-03-2006

Descrizione del funzionamento.
Essendo l'alimentazione duale si verifica  che a riposo i transistors si trovano nel medesimo punto di lavoro  conducendo quindi  alla stessa maniera così da avere sull'uscita rispetto a massa circa 0V.  Una piccola tensione di fuori zero di  al massimo 30/50 mV può essere tollerata.

I finali da Q10 a Q13 hanno tutte le basi  collegate assieme come pure i collettori mentre ogni emettitore ha in serie una resistenza da 0,39 Ohm.  Analogamente si procede per il canale simmetrico che amplifica la semionda negativa e costituito dai transistor da Q14 a Q17.

Lo stadio di preamplificazione è delegato all'amplificatore operazione TL071, esso provvede anche alla limitazione della banda passante filtrando le evntuali armoniche fuori banda udibile ed eventuali residui di continua che potrebbero pervenire dalla sorgente.
R5 / R2 e C1 C3 C4 e C5 sono condensatori che ai fini delle basse frequenze audio da amplificare sono ininfluenti e offrono una reattanza capacitiva molto alta.

 mentre sarà bassa alle alte frequenze indesiderate cosi da limitare l'amplificazione a queste frequenze controreazionando al massimo.

La regolazione del Bias.

Agendo sul trimmer T1 in modo che la base di Q3  sia direttamente connessa a R18 si ha la minore conduzione dei finali ma non dovrebbe influenzare lo zero volt d'uscita a riposo.  Lo scopo di questa regolazione è quella di limitare al massimo la distorsione di crossover come si può vedere guardando il segnale ivi presente con l'oscilloscopio, ma in mancanza di questo strumento si ottiene lo stesso risultato controllando la corrente  sul ramo positivo a vuoto e con l'ingresso forzato a massa ( 0 volt di segnale in input). In queste condizioni la corrente dovrà essere minimizzata adendo su T1 stabilizzandosi su un valore che non dovrà superare i 40  o 50 milliampère dato che il solo zener ne lascia passare circa 20 mA.   Con questa regolazione i finali devono risultare freddi, se non lo fossimo dovremmo cercare l'anomalia sicuramente presente nell'assemblaggio.

Polarizzazione dei transistor.

La tensione tra pin 7 e 4 dell'operazionale é tenuta stabile a +15 e -15 dai due zener e con questa tensione si alimentano anche le basi di Q6 e Q7 attraverso le resistenze R9 e R10 che con i diodi D1, D2 e la R8 mantengono le due Vbe di Q6 e Q7 a poco piú di 1,2V e cioè a circa 0,6 V per transistor cosi che ognuno lavori in zona attiva.

Di conseguenza (essendo i due transitori complementari simili anche se uno PNP e l'altro NPN) la corrente che scorre in R7 e R14 é identica e pertanto sul punto di unione R4 R10 R14 e R15 si avrà metà tensione di tutta l'alimentazione che se riferita a massa sarà circa 0V.

R7 e R12 causano la stessa caduta di tensione cosi che Q1 e Q2 condurranno alla stessa maniera e alimentano R18 T1 e R16 e Q3 in modo da avere fra collettore ed emettitore di Q3 una tensione di circa 2,4 V che distribuite tra Q8, Q10 e Q14,Q9 questi avranno la Vbe pari a circa 0,6 V quindi al limite  per entrare in  conduzione giusto quando arriverà il segnale.

Se anche questi TR finali essendo equamente polarizzati condurranno nello stesso modo, il punto di unione delle R25 R26, dove prelevo l'uscita, si troverà rispetto a massa a 0V.
Questo tende a rimanere vero anche se dovesse tentare di sbilanciarsi per questioni ad esempio di piccole differenze fra la conduzione degli NPN rispetto ai PNP infatti attraverso R5 riporto questa tensione al piedino 3 dell'operazionale TL071 che essendo non invertente manda l'uscita allo stesso valore di tensione... In continua a riposo senza segnale il ramo R2 C2 é ininfluente entrerà in gioco solo con il segnale quando C2 alle frequenze del segnale tenderà ad offrire una Xc di poche decina di Ohm.

Supponiamo che il punto 0V d'uscita tenda a salire più in alto così da far salire anche il pin 6 dell operazionale che con R4 tende ad alzare il punto R10 R14 R15, in pratica la tensione di emettitore di Q6 e Q7 tende a salire ... essendo però le basi sottoposte a tensioni stabili dovute agli zener si avrà che la Vbe del PNP tende ad aumentare e quella dell' NPN tende a calare con la conseguenza che Q1 conduce di meno e Q2 di più ma questo contrasta con la supposizione di partenza infatti se Q1 conduce di meno anche Q8 e Q10 tendono a condurre di meno ... ecco pertanto dimostrato che a riposo si crea un equilibrio con 0V in uscita e 0V sul pin 3 del TL071.

Se applico segnale alternato sull'ingresso il pin 2, chiuso a massa con una resistenza da 33K, si allontana dallo zero V e cioè dal potenziale 0V del pin 3; ma pochi mV di differenza sugli ingressi dell'Operazionale fanno salire o scendere l'uscita tanto quanto basta affinché il segnale d'uscita riporta sul pin3 con R5, ripartito con R2 (C2 questa volta deve essere come un corto, pochi Ohm rispetto ai 220 Ohm di R2) un segnale che eguagli quello sul pin 2 così da rendere sempre vicino a 0V la differenza fra i due pin d'ingresso....

Se in entrata ad un certo istante ho un valore di 1V affinché anche sul pin 3 ci sia 1V, l'uscita dovrà salire a quel valore che ripartito su R5 e R2 dia 1V su R2 il che é come dire Vout = Vin x R5/R2 = 1 x 8200/220 = 37 V. Si può affermare che questo amplificatore amplifica circa 37 volte.

Ovviamente questo avviene sia per tensioni positive che per quelle negative... io ho considerato un istante qualsiasi prendendo solo il valore numerico puro ma se il segnale é alternato ovviamente vale per tutti gli infiniti valori sia per le semionde positive che per quelle negative.....

Q4 e Q5 sono inseriti fra le basi di Q8 e Q9 e il punto di semmetria centrale e assolvono alla limitazione di corrente dei finali.  Infatti se questi transistori dovessero andare in conduzione si osserva che le Vbe di Q8-Q10 e Q9-Q14 tendono a diminuire e di conseguenza i finali non possono far scorrere più di un tot di corrente...

La conduzione di Q4 e Q5 dipende dalla loro Vbe che provengono, attraverso R24 e R22, dalla caduta di R25 e R26.  Queste ultime R aumentano la loro caduta di tensione quando i finali fanno scorrere più corrente. Considerato che un transistore comincia a condurre quando la sua Vbe si avvicina a 0,6 V ne consegue che tale tensione la dovremmo avere su R25 e R26 quando deve intervenire la limitazione di corrente e conseguente protezione dei finali.

Ciò significa che la corrente di ogni finale dovrà essere I=V/R = 0,6/0,39= 1,5A circa.

Essendo 4 finali in parallelo la corrente totale sarà circa 6A (non poca). La rete R23 C13 e R21 C14 introducono una certa costante di tempo (R x C) che ritarda la salita delle Vbe per evitare che la limitazione possa avvenire anche per i picchi del segnale che durano pochi mS, in pratica non può intervenire se il picco di corrente é solo di breve durata...

C12 C15 evitano che Q4 e Q5 possano entrare in autooscillazione generando segnali di disturbo indesiderati, le loro Xc infatti tendono a dei cortocircuiti per frequenze alte. La stessa funzione viene svolta da C9 e C10 che essendo in parallelo tra base e collettore di Q6 e Q7 che sono degli amplificatori a emettitore comune, limiteranno l'amplificazione a quelle frequenze per le quali le Xc diventano basse cosi da controreazionare (collettore-base) i transitori. Pure C16 e C17 si comportano alla stessa maniera.

VERIFICHE PRATICHE del 04-04-2006

Ho realizzato la basetta (vedi foto) utilizzando per alcuni transistori gli equivalenti o simili, e precisamente:
al posto del PNP MJE350 ho utilizzato il BD138
al posto del NPN MJE340 ho utilizzato il BD137
al posto del PNP TIP 32 ho utilizzato il BD242
al posto del PNP BD 750 ho utilizzato il MJ2955
al posto del NPN BD 751 ho utilizzato il 2N3055
ho mantenuto identici i TIP31, BC547 e i BC558
Al posto delle resistenze da 0,39 Ohm di potenza ho usato 0,47 Ohm 5W

 

Al posto di 4 finali per ogni ramo ne ho montati soltanto due e ho iniziato il collaudo alimentando a solo +25V e -25V ottenendo subito e comunque un regolare funzionamento con un perfetto 0 V a riposo in uscita. Con generatore di segnale sinusoidale a 1Khz e circa 1,73 Vpp ho misurato su 4 Ohm 44 Vpp non distorti. Chi ha letto attentamente sopra e ricorda che amplifica circa 37 mi potrebbe dire che 1,73 x 37 non fa 44 ma 64. E' vero ma se osserviamo bene l'ingresso del nostro ampli vediamo in serie 15K e verso massa 33K il che fa una attenuazione di circa 0,6875 il che significa che il vero segnale utile in entrata sul TL071 da moltiplicare per 37 e Vin x 0,6875 cioè 1,73 x 0,6875 = 1,19 Vpp che x 37 fa appunto circa 44 Vpp. Ho alzato l'alimentazione a +30 -30 V e con 2 Vpp in entrata ho misurato 51 Vpp su un carico resitivo del Wattmetro di 4 Ohm che indicava 82 W (R.M.S. = Root Mean Square = Radice della Media Quadratica) cioè efficaci. La corrente assorbita era di 1,9 A pertanto 114 W assorbiti, ne deriva un rendimento pari a 82/114 x 100 = 71 %. Provato musicalmente con due casse (80 x 40 x 35 cm) a 3 vie in parallelo da 8 Ohm, sono rimasto sbalordito dal suono e dalla sensazione di potenza. Le alette dei finali appena tiepide, solo a potenza continuativa fissa di 20 W su Wattmetro a 4 Ohm la temperatura della alette dopo 50 minuti circa si aggirava sui 45/50 °C da poter tenere la mano senza problemi. A propisito di mano ATTENZIONE, non toccare le alette, sopratttutto entrambe in contemporanea, quando il circuito è alimnetato perchè sono sottoposte alla tensione di alimentazione che tra una e l'altra arriva a 100 Vcc.

Test sugli amplificatori      

 

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