Amplifica in potenza qualsiasi fonte BF ad alta fedeltà, pilotando altoparlanti e casse acustiche da 4 o 8 ohm.
Un finale Hi-Fi in classe AB
Malgrado la massiccia presenza di riproduttori di file audio MP3, amplificatori Bluetooth e dispositivi in classe D o T, un buon finale di potenza con circuitazione tradizionale e lineare mantiene ancora il suo fascino. Da un lato, richiama gli anni d’oro della stereofonia ad alta fedeltà; dall’altro, a dispetto di quanto si possa pensare, un buon amplificatore in classe AB offre una qualità sonora superiore e si abbina perfettamente a un preamplificatore con controllo di toni e fonti audio analogiche, come i giradischi tradizionali per la riproduzione dei dischi in vinile, tornati alla ribalta negli ultimi anni. Ecco perché abbiamo voluto proporvi il circuito che trovate in queste pagine, che siamo certi molti di voi apprezzeranno e vorranno realizzare.
Caratteristiche del finale audio
Si tratta di un potente e prestante finale audio con stadio d’uscita a transistor bipolari, a simmetria complementare, capace di sviluppare oltre 150 watt su altoparlanti da 4 ohm e circa 100 watt su 8 ohm, caratterizzato da banda passante e distorsione armonica tali da poterlo considerare un finale di vera alta fedeltà. La potenza erogata è sufficiente per sonorizzare ambienti di grandi dimensioni, come sale da ballo, palestre e sale per eventi, realizzando una coppia di amplificatori e pilotando ciascuno con un canale stereo. Naturalmente, è necessario utilizzare diffusori di buona efficienza, preferibilmente a partire da 90 dB/W/m.
L’amplificatore può essere abbinato a sorgenti audio moderne, come lettori MP3 e interfacce Bluetooth. Infatti, dopo la presentazione dell’amplificatore, vi proporremo l’integrazione con un’unità audio multi-ingresso dotata di interfaccia Bluetooth (si trova da Futura Elettronica con il codice MP3FMBT, anche on-line su www.futurashop.it) e uscita stereofonica. Ma andiamo subito a vedere di cosa si tratta, analizzando lo schema elettrico dell’amplificatore, che, lo anticipiamo, ha uno stadio finale in classe AB complementare.
Per la realizzazione, abbiamo scelto transistor bipolari prodotti da Toshiba, che rispetto alla media di quelli europei offrono una frequenza di transizione più elevata, intorno ai 30 MHz. Questa caratteristica, piuttosto rara nei BJT di potenza, consente al finale di riprodurre con precisione anche i transienti più impegnativi, grazie al ridotto slew rate, e di garantire un’ampiezza di banda sufficiente ad amplificare fedelmente anche le armoniche più alte del segnale audio.
Schema elettrico: panoramica dello stadio d’ingresso
La configurazione circuitale adottata è un classico dell’elettronica in bassa frequenza e ricalca quella di altri amplificatori BF di potenza da noi pubblicati in passato: all’ingresso del circuito abbiamo posto un amplificatore differenziale, il collettore di uno dei cui transistor NPN pilota un transistor di piccola potenza che funge da stadio intermedio; il differenziale è dotato di “pozzo di corrente” e così pure lo stadio intermedio. Seguono i due driver in simmetria complementare e lo stadio finale, a simmetria complementare anch’esso.
Analizziamo nei dettagli lo schema: all’ingresso si trova l’amplificatore differenziale, composto dai BJT NPN T1 e T2. Questo stadio fornisce un buon guadagno in tensione, mantenendo al contempo un’elevata impedenza d’ingresso, grazie anche alla polarizzazione degli emettitori affidata a un generatore di corrente costante, realizzato con l’NPN T3. Abbiamo scelto la configurazione differenziale per diversi motivi: semplifica la rete di retroazione, offre un elevato guadagno in tensione (che consente una retroazione negativa efficace e lineare, fondamentale per amplificatori che devono elevare deboli segnali d’ingresso a tensioni di uscita significative), garantisce stabilità e migliora la precisione della retroazione, grazie all’elevato CMRR (Common Mode Rejection Ratio, ovvero il rapporto di reiezione dei segnali in modo comune) ottenibile.
Il generatore di corrente costante e il trimmer R4
I transistor T1 e T2 hanno il collettore connesso al ramo positivo dell’alimentazione tramite le resistenze di carico (sui collettori) R5 ed R7; la base del T1 viene polarizzata tramite la resistenza R1, che peraltro stabilisce la resistenza d’ingresso dell’amplificatore, visto che l’impedenza del differenziale è molto elevata rispetto al valore della R1. Il generatore di corrente costante fa capo al transistor T3, funzionante a emettitore comune, che viene polarizzato in base tramite il partitore di tensione formato da R2 ed R3/R4; R6 fornisce la retroazione sull’emettitore, necessaria a mantenere stabile la polarizzazione del transistor al variare della temperatura ambiente.
Essendo R4 un trimmer, possiamo variare la polarizzazione del T3 e con essa l’offset in uscita dell’intero amplificatore, giacché variando la corrente di base del T3 varia la sua corrente di emettitore, la quale è la somma delle due correnti di emettitore di T1 e T2 e ammettendo stabile quella del T2, più sale la corrente di collettore del generatore di corrente costante, più aumenta quella di collettore del T1 e di conseguenza sale la caduta sulla resistenza di carico corrispondente (R5) determinando un incremento della tensione a riposo all’uscita del finale. Viceversa se si porta il cursore del trimmer R4 verso massa, allorché cala la corrente di collettore del T1. Notate che il generatore di corrente costante permette di mantenere sempre uguale (teoricamente…) la somma delle correnti di emettitore del differenziale, cosicché un incremento in una delle due determina il calo di quella nell’altro e viceversa.
Lo stadio pilota: dal T4 al T5
Procediamo e vediamo che il collettore del T1 pilota la base del PNP T4, che funziona da stadio intermedio di segnale e che ha per carico di emettitore il generatore di corrente costante facente capo all’NPN T5; per questo valgono le medesime considerazioni appena fatte per il pozzo di corrente del differenziale. L’utilizzo di un generatore di corrente costante permette di fare a meno del condensatore di bootstrap e rende più lineare il funzionamento dello stadio pilota che segue. Il condensatore C4 posto tra collettore e base del T4 serve a limitare superiormente la banda passante del differenziale, concorrendo a scongiurare l’autoscillazione.
La fase del segnale nei vari stadi
Il segnale sul collettore del T1 è in opposizione di fase rispetto a quello all’ingresso (IN) dell’amplificatore e quello sul collettore del T4 torna in fase con esso; lo stesso vale per il segnale localizzato sul collettore del T5, che segue quello del T4 in quanto il generatore di corrente costante è assimilabile a una resistenza dinamica. Opposta è la situazione sul collettore del T2, il cui segnale è sempre in opposizione di fase rispetto a quello d’ingresso, mentre la corrente ha andamento opposto e, come si vedrà, permette di retroazionare il T1 in modo da limitare la componente d’uscita dell’intero amplificatore.
I driver T6 e T7: compensazione termica
Il transistor T5 ha come resistenza di emettitore R14 (terminante sul ramo negativo di alimentazione) ed è polarizzato in base dal partitore di tensione R9-R13; la polarizzazione di questo NPN, a differenza del T3, è fissa. Il collettore del T4 fornisce il segnale di pilotaggio alla base del primo driver (stadio pilota) facente capo a T6, un NPN funzionante in configurazione a collettore comune e polarizzato a riposo dal potenziale presente sul collettore del T8; invece il driver inferiore, quello del ramo negativo, fa capo al PNP T7, la cui base è polarizzata dall’emettitore dello stesso T8. Anche T7 funziona a collettore comune e la sua resistenza di emettitore, che ne stabilizza il punto di lavoro, è R20 (quella di T6 è R16).
Le resistenze di emettitore dei due stadi pilota compensano la deriva termica in quanto se per effetto del calore la Ic dei due driver aumenta e con essa la corrente di emettitore, la caduta su R16 ed R20 aumenta, riducendo la Vbe (tensione base-emettitore) e ciò comporta un calo della corrente di base e perciò della corrente di collettore (Ic) che è direttamente proporzionale ad essa. La sezione dei transistor piloti è del tipo a simmetria complementare, perché vede impiegati due transistor di polarità opposta ma pari caratteristiche, polarizzati in maniera analoga, seppure simmetrica nei riguardi dei versi di tensioni e correnti.
Lo stadio finale a simmetria complementare
Lo stadio finale del nostro amplificatore è strutturato anch’esso a simmetria complementare e, come vedete nello schema elettrico, è formato dal transistor NPN T9 sul ramo positivo e dal PNP T10 su quello negativo; entrambi funzionano in configurazione a collettore comune, con retroazione in continua sull’emettitore operata da un resistore da 0,22 ohm ciascuno, la cui funzione è identica a quella già descritta per T6 e T7. La configurazione in cascata dei driver T6 e T7 con i finali di potenza T9 e T10 implementa di fatto un’uscita a Darlington (T6/T9 per trattare la semionda positiva e T7/T10 per amplificare la semionda negativa); ciò conferisce un elevatissimo guadagno in corrente, pur presentando un’amplificazione pressoché unitaria della tensione (ad amplificare in tensione provvedono comunque il differenziale d’ingresso e il T4).
Il trimmer R12 e la polarizzazione dello stadio finale
La polarizzazione e quindi il punto di lavoro dell’intero amplificatore, sono definiti sostanzialmente dalla posizione del cursore del trimmer (montato come potenziometro) R12, giacché la tensione che esso applica tra collettore ed emettitore del T8 determina la Vce di quest’ultimo, la quale coincide con la differenza di potenziale tra le basi dei due transistor pilota T6 e T7 e quindi, di riflesso, quella presente tra le basi dei finali. Infatti più corrente fluisce tra collettore ed emettitore dell’NPN T8, meno ne giunge alle basi dei piloti T6 e T7, perché diventa maggiore la quantità che viene sottratta alle correnti di collettore del T4 e del T5.
Corrente di riposo e distorsione d’incrocio
Notate il condensatore C7 collegato tra collettore ed emettitore del T8, la cui funzione è limitare l’amplificazione di segnali a frequenza troppo elevata rispetto alla banda audio, ad evitare autoscillazioni. Lo scopo del transistor T8 è in realtà duplice, perché oltre a impostare il punto di lavoro a riposo dello stadio di potenza, provvede anche a stabilizzarlo a prescindere dalle vicende termiche. La polarizzazione a riposo dello stadio di potenza determina in buona parte la corrente di riposo (idle current) dell’amplificatore, giacché il grosso della corrente fluisce nei transistor pilota e nei finali.
Parliamo di stadio di potenza in quanto la sua polarizzazione è quella determinante ai fini della corretta ricostruzione del segnale amplificato e dell’annullamento (per quanto possibile) della distorsione d’incrocio causata dal funzionamento in classe AB. Infatti tutti gli altri stadi (i differenziali, nonché T3) dell’amplificatore operano in classe A (amplificano tutto il segnale) mentre i finali T9 e T10 lavorano a coppie ognuno su una sola semionda. La corrente di riposo dev’essere scelta in modo da mantenere un minimo di polarizzazione di base così che all’incrocio tra le due semionde (ossia quando i transistor pilota e finale della sezione negativa passano il compito a quelli della positiva e viceversa) il segnale vari in maniera continua e fluida.
Regolare il trimmer R12 e la stabilità termica
Aumentando il valore resistivo inserito dal trimmer, a parità di corrente di collettore del T4 sale la Vbe dei finali e questi assorbono più corrente (ma si riduce la distorsione d’incrocio a valori infinitesimi) mentre riducendolo la Vbe cala e si riduce la corrente di drain a riposo (ma la distorsione d’incrocio inizia ad essere apprezzabile). Vi spiegheremo più avanti in questo articolo come regolare R12.
La seconda funzione, ossia la stabilizzazione della corrente a riposo al variare della temperatura, è egualmente importante perché i transistor bipolari hanno coefficiente di temperatura negativo: ciò significa che più si scaldano, più cresce la loro corrente di collettore; anzi, a voler essere precisi nei BJT la Vbe di soglia si abbassa di 2,5 mV ogni grado centigrado di incremento della temperatura e la Icbo (corrente di saturazione inversa nella giunzione base-collettore). Tale comportamento porta a un incremento della corrente al crescere della temperatura, che se non controllato porta ad un fenomeno a valanga, perché più sale la temperatura e maggiore diviene la corrente e con questa la potenza dissipata dal transistor, però maggior dissipazione causa a sua volta un incremento della temperatura, che alimenta il conseguente incremento termico.
Montando il transistor T8 a diretto contatto termico con uno dei finali o del dissipatore di calore, esso ne sente e ne segue le vicende termiche, riuscendo a compensare la deriva; infatti più il corpo del T8 si scalda, più aumenta la corrente di collettore di tale componente e ciò ha l’effetto di incrementarne la corrente di collettore. Questo produce l’effetto di sottrarre corrente alle basi dei piloti, quanta ne basta a ostacolare la deriva termica e stabilizzare il punto di lavoro a prescindere dalle fluttuazioni della temperatura.
La rete di compensazione in uscita
Chiusa questa parentesi su un importante blocco dell’amplificatore, torniamo allo stadio d’uscita e vediamo che il segnale ricomposto dai due stadi finali esce dal nodo comune a R15, R16, R17, R18, R20 e raggiunge l’uscita che porta il segnale audio all’altoparlante; in parallelo all’uscita abbiamo posto un bipolo serie R/C che va montato solamente se non determina problemi di autoscillazione e che serve a parziale compensazione delle variazioni di impedenza dell’altoparlante; infatti quest’ultimo ha natura induttiva e al crescere della frequenza la sua bobina eleva l’impedenza vista dal finale, che potrebbe incorrere in qualche problema di stabilità. La rete invece abbassa la propria impedenza al crescere della frequenza, contrastando l’aumento dell’impedenza di carico dell’amplificatore.
Il bipolo serve anche a compensare la rotazione di fase (è una sorta di circuito di rifasamento) indotta dall’altoparlante e soprattutto dalle casse acustiche, che al loro interno montano il cross-over, che è un complesso di filtri, ovvero a rifasare il complesso amplificatore/diffusore. Rimane il fatto che alcune casse acustiche hanno cross-over con celle del secondo e terz’ordine, che presentano una rotazione di fase difficilmente prevedibile nell’arco dell’intero spettro del segnale amplificato e quindi possono rendere inutile o pregiudizievole la presenza della rete o richiederne il ridimensionamento, pertanto se l’amplificatore dovesse autoscillare non montate né R19, né C6, ovvero provate ad aumentare o ridurre il valore di quest’ultimo, senza però superare i 220 nF.
Il funzionamento della retroazione
Detto ciò analizziamo il comportamento dell’amplificatore in presenza di segnale ed il funzionamento della rete di retroazione realizzata da R15, R8 e C3, che serve a mantenere in continua un guadagno unitario e nella gamma delle audiofrequenze un’amplificazione in tensione del segnale d’ingresso pari a circa 20 volte: supponendo di trovarci con all’ingresso un segnale sinusoidale che presenta la semionda positiva, quando il segnale cresce di ampiezza T1 vede aumentare la polarizzazione di base (rispetto alla polarizzazione a riposo) e il segnale sul suo collettore diventa più basso e con esso la tensione applicata alla base del T4, il cui potenziale di collettore invece sale perché si tratta di un transistor PNP.
Con esso sale la tensione sulle basi di T6 e T7, portando quest’ultimo a ridurre la corrente di collettore fino a interdirsi e il T6 ad aumentare la corrente del proprio collettore. I transistor finali seguono lo stesso comportamento, ossia T6 aumenta il potenziale del proprio emettitore (T7 segue lo stesso andamento). Questo comportamento si deve al fatto che T4 ha come carico di collettore il generatore di corrente costante facente capo a T5, quindi un incremento della corrente di collettore porta a un innalzamento del potenziale sia della base del T6, sia del collettore dello stesso T5; infatti quando T4 tende a condurre maggiormente (perché sale la sua Vbe) il suo collettore vede salire il proprio potenziale e ciò determina un maggior prelievo di corrente dal generatore T5 e quindi minore dalla base del T7. T9 conduce sempre di più, elevando la tensione all’uscita, il che significa che il segnale d’uscita dell’amplificatore è in fase con quello in ingresso.
La retroazione nella semionda negativa
Superato il picco la tensione d’ingresso inizia a scendere e la giunzione di base del T1 viene polarizzata sempre meno, la corrente di collettore dello stesso diminuisce e con essa la caduta di tensione ai capi della resistenza R5; il collettore di T4 vede aumentare il proprio potenziale di base, cosicché il suo collettore diventa gradualmente meno positivo, mentre il potenziale del collettore del T5 scende anch’esso, aumentando lo stato di polarizazione del pilota T7, a scapito di quello del T6, il quale va interdicendosi e con esso il rispettivo finale (T9).
Aumenta invece la corrente di base e quindi quella di emettitore del T10, portando la tensione d’uscita prima al passaggio per lo zero volt, quindi sempre più verso un valore negativo e riproducendo così la semionda negativa del segnale ai capi dell’altoparlante. Al risalire del valore della sinusoide d’ingresso, la situazione torna come descritto all’inizio del ciclo. Ciò detto vediamo il funzionamento della retroazione, la cui rete retrocede una porzione del segnale d’uscita fino alla base del transistor T2, appartenente al primo amplificatore differenziale; immaginiamo di trovarci nella semionda positiva e vediamo che il segnale retrocesso viene ridotto di un “fattore di retroazione” (b) pari a:
b = R8+R15/R8
Come agisce il fattore di retroazione
ma resta in fase con quello di uscita, cosicché man mano che la tensione sull’altoparlante sale, cresce anche il potenziale sulla base del T2. Ciò produce l’effetto di ridurre la tensione base-emettitore del BJT e di conseguenza la corrente di collettore e di emettitore dello stesso. Dato che nel collettore del T3 fluisce la somma delle correnti di emettitore di T1 e T2, il calo della corrente di emettitore del T2 determina un incremento della corrente nell’emettitore del T1, quindi una crescita della corrente di collettore e della caduta di tensione sulla resistenza R5; in tal modo la base del T4 viene polarizzata maggiormente e cresce il potenziale sul collettore di tale transistor, con la conseguenza che si riduce la tensione Vbe dei transistor T6 e T9. Ciò determina una riduzione dell’ampiezza della tensione d’uscita.
Semionda negativa e comportamento in continua
In semionda negativa accade qualcosa di simile, solo con le polarità rovesciate: un eccessivo calo della tensione sull’altoparlante determina un abbassamento del potenziale di base del T2 e un incremento della corrente di emettitore dello stesso, che causa un abbassamento della corrente di emettitore di T1, quindi T1 viene polarizzato di meno e così pure T4, il cui collettore adesso vede scendere la propria tensione; ne risulta una maggiore polarizzazione dei transistor pilota e finale (T7 e T10) del ramo negativo, quindi viene attenuato l’abbassamento del potenziale d’uscita.
Stabilizzazione del punto di lavoro
Notate che quello descritto è il funzionamento in presenza di segnale entro la banda passante dell’amplificatore, dove possiamo ritenere che la frequenza sia tale da rendere la reattanza capacitiva del C4 trascurabile rispetto al valore della resistenza della R8; in continua, invece, l’elettrolitico si comporta come un circuito aperto e perciò alla base del T2 giunge l’intera tensione d’uscita, il che determina un tasso di retroazione pari a 1, condizione che ci permette di stabilizzare perfettamente il punto di lavoro a riposo e impedire eventuali derive termiche dell’intero amplificatore, oltre a non amplificare eventuali offset.
Lo schema dell’alimentatore
Bene, con questo abbiamo terminato la descrizione dell’amplificatore, però riteniamo utile suggerirvi un eventuale schema per alimentarlo. Vediamo dunque lo stadio alimentatore che abbiamo realizzato per le prove e che vi consigliamo di realizzare: l’alimentatore dev’essere duale non regolato, come è consueto per gli amplificatori del genere e nel nostro caso è formato da un trasformatore con primario da rete e secondario da 32+32 V (quindi a presa centrale) i cui estremi entrano nel solito ponte di Graetz mentre la presa centrale costituisce la massa di riferimento.
All’uscita del ponte mettiamo due elettrolitici di grande capacità (4.700 µF) che possono essere singoli o batterie di condensatori più piccoli in parallelo fino a formare 10.000 μF per ramo; in parallelo alle uscite ci vanno dei condensatori da 100 nF per filtrare eventuali spike in arrivo dalla rete o dai collegamenti. Ai capi dei condensatori di filtro troviamo una tensione che teoricamente è 1,4 volte l’alternata di ciascun mezzo secondario del trasformatore, quindi circa 46Vcc; perciò l’alimentatore erogherà ±46Vcc a vuoto, ossia una tensione di 46V positiva rispetto a massa sul +V e una negativa di pari ampiezza (sempre riferita a massa) sul –V.
Tale configurazione si traduce nello schema elettrico proposto in queste pagine, dove usiamo quattro elettrolitici (C1, C2, C3, C4) per filtrare gli impulsi sinusoidali provenienti dai poli + e – del ponte raddrizzatore PT1, da 200V/25A. In serie a ciascuno dei rami di alimentazione dell’amplificatore è posto un fusibile di protezione rapido da 10 ampere. Il LED verde LD1 provvede, illuminandosi, a indicare la presenza della tensione di uscita, essendo alimentato tra i due rami positivo e negativo.
Realizzazione pratica: il montaggio
La costruzione del finale è alla portata di tutti, dato che richiede componentistica a montaggio tradizionale e la realizzazione di un circuito stampato a singola ramatura, realizzabile quindi anche solo con la penna ad inchiostro resistente agli acidi e del percloruro ferrico in soluzione, ovvero con le pellicole press’n peel; in ogni caso vi rendiamo disponibile sul nostro sito https://ei.futuranet.it la traccia lato rame se desiderate ricorrere alla fotoincisione.
Comunque procediate, una volta incisa e forata la basetta, iniziate il montaggio dalle resistenze da 1/4 di W e dai trimmer, proseguendo con i condensatori non elettrolitici e i transistor T1, T2, T3 e T4, passando poi all’elettrolitico C1. Proseguite con i resistori di potenza, che vanno mantenuti sollevati un paio di mm dalla superficie del PCB onde consentir loro di smaltire il calore che durante il funzionamento svilupperanno. Realizzate quindi il ponticello previsto, utilizzando uno spezzone di reoforo di resistenza avanzato o uno spezzone di filo in rame nudo da 0,8 mm di diametro.
Montaggio dei transistor e dissipazione del calore
Potete completare il montaggio con i transistor piloti e i finali, i quali vanno montati, come del resto gli altri transistor, orientandoli come visibile nel piano di montaggio. Per funzionare correttamente, i finali Toshiba richiedono un dissipatore di calore da 1,4 °CW che deve essere applicato direttamente avvitandolo tramite viti 3MA, passanti o in foro cieco, a scelta; fra il metallo del radiatore e la superficie metallica di ciascuno dei T9-T10 va interposto un foglietto di mica isolante spalmato da entrambe le facce con della pasta termica, ovvero un isolatore in teflon grigio, che non richiede la pasta al silicone; in entrambi i casi gli isolatori devono avere il formato per TO3-P o più grande.
Al dissipatore va anche avvitato il transistor T8, che consigliamo di montare per ultimo in modo da farlo aderire bene al metallo, senza che si creino tensioni; anche T8 va isolato mediante un foglietto di mica (sempre spalmato da entrambe le facce di pasta termica per seguire le vicende termiche dei finali) o di teflon grigio. L’insieme dei finali, del T8 e del dissipatore dovrà risultare come nella foto proposta dalla Fig. 1.
Controllo del montaggio e primo collegamento
Fatto ciò controllate il montaggio per accertare che non vi siano baffi di stagno o cortocircuiti accidentali tra piazzole attigue e, con l’aiuto del piano di montaggio, verificate che tutti i componenti siano al posto giusto e correttamente montati. Ciò è vitale in quanto non dovete scordare che il circuito verrà alimentato a circa 100 volt (considerata la differenza di potenziale tra i morsetti +V e –V) e che con tale tensione possono bruciare rapidamente componenti o esplodere del tutto! In queste pagine trovate le foto del prototipo che abbiamo assemblato con il relativo dissipatore alettato in alluminio.
Una volta verificato che tutto sia in ordine potete realizzare (anche volante) l’alimentatore e collegare le sue uscite al circuito, ovvero +V al +V del finale, -V al –V, la massa con la massa e il +12V alla piazzola del 12 volt; se optate per il montaggio su circuito stampato, ricavate quest’ultimo a partire dalla traccia lato rame corrispondente scaricabile dal nostro sito Internet, quindi seguite il piano di montaggio illustrato in queste pagine. Prima di fornire alimentazione all’insieme, portate a metà corsa i cursori dei trimmer, condizione che dovrebbe teoricamente predisporre l’amplificatore ad assorbire una corrente di riposo che, pur non essendo quella ottimale, non sarà pericolosa per l’integrità dei finali e che lascerà all’uscita per l’altoparlante un offset accettabile.
Taratura: regolare la corrente di riposo
Una volta che avete fornito la prima alimentazione (ossia dopo la prima accensione del circuito) l’amplificatore andrà tarato registrandone i trimmer in modo da ottenere le condizioni ottimali di esercizio; la regolazione della corrente di riposo mediante R12 è finalizzata a fornire ai finali quel minimo di polarizzazione che permette di minimizzare la distorsione d’incrocio, quindi potete effettuarla in due modi: il primo si basa sull’impostazione di un valore di corrente in assenza di segnale (ossia a riposo) che riteniamo sia sufficiente a eliminare la distorsione di incrocio, mentre il secondo permette di operare una correzione di fronte a un’immagine dell’oscilloscopio.
Nel primo caso, sul ramo positivo di alimentazione inserite un multimetro predisposto alla misura di correnti continue con fondo scala di 200 milliampere, con il puntale positivo sul +V e il negativo al filo che porta al +V dell’amplificatore; poi cortocircuitate l’ingresso dell’amplificatore (contatti IN) quindi alimentate l’alimentatore (e con esso l’amplificatore) inserendo la spina del cordone di alimentazione collegato al primario del trasformatore, allorché con un piccolo cacciaviti a lama (meglio se in plastica) ruotate lentamente il cursore dell’R12 in un verso o nell’altro fino a visualizzare sul tester un assorbimento compreso tra 55 e 60 milliampere. A questo punto lasciate cinque minuti l’amplificatore acceso a riposo ed eventualmente ritoccate la posizione del cursore del trimmer se la corrente dovesse uscire da tali margini.
Taratura con oscilloscopio e regolazione dell’offset
Se disponete di un generatore di segnale sinusoidale a 1 kHz e di un oscilloscopio, in alternativa a questa taratura potete effettuare una procedura più precisa: ad alimentatore spento collegate l’uscita del generatore di segnale all’IN dell’amplificatore e lasciate l’uscita a riposo o con collegata una resistenza da 100 ohm 2W; regolate il generatore per ottenere un’ampiezza di 100÷300 mVeff, quindi con l’oscilloscopio verificate la forma d’onda restituita all’uscita. A questo punto, se notate un ginocchio (rigonfiamento) in prossimità del passaggio per lo zero ruotate il cursore del trimmer lentamente in un verso o nell’altro fino a veder appiattirsi la deformazione e a ottenere una sinusoide quasi perfetta, nel limite del possibile.
Veniamo ora alla regolazione del trimmer R4, che permette di minimizzare (azzerarlo è praticamente impossibile a causa di un minimo di deriva termica…) la tensione continua presenta a riposo, ossia in assenza di segnale, all’uscita del finale; allo scopo, con l’ingresso cortocircuitato portate i puntali di un multimetro disposto sulla misura di tensioni in continua con fondo scala di 2 volt sui contatti AP/GND e leggete il valore di tensione, ruotando lentamente in un senso o nell’altro il cursore dell’R4 fino a ottenere un valore di ±40 mV. Fatto ciò togliete alimentazione e rimuovete gli strumenti: il vostro amplificatore e tarato e pronto per essere utilizzato.
Verificare eventuali autoscillazioni
Con l’oscilloscopio potete anche verificare l’insorgere di eventuali autoscillazioni, riscontrabili sullo schermo sotto forma di segnale di livello più o meno basso sovrapposto a quello del generatore, ma a frequenza molto più elevata: tipicamente intorno a qualche centinaio di kHz. In tal caso spegnete l’amplificatore, e sconnettete R19 oppure provate a cambiare il valore del C6, sumentandolo o riducendolo in base al comportamento del circuito, poi ridate tensione, andando a verificare nuovamente con l’oscilloscopio se per caso l’autoscillazione scompare. L’autoscillazione potrebbe, anche se empiricamente, essere rivelata anche senza oscilloscopio: infatti se l’amplificatore a riposo, anche con l’ingresso in cortocircuito, scalda in maniera anomala, vuol dire che sta autoscillando.
Bene, con questo riteniamo di avervi esposto tutto ciò che attiene al finale di potenza vero e proprio; ora sta a voi utilizzarlo come meglio credete, oppure prendere il suggerimento fornito dalle immagini e dallo schema di cablaggio in queste pagine, che descrivono una possibile realizzazione dove il finale di potenza è abbinato a un modulo audio stereo multifunzione, che permette di riprodurre file musicali contenuti su una Pen Drive, una SD-Card o anche provenienti da Bluetooth. In pratica con il nostro prototipo abbiamo realizzato una cassa amplificata con connessione Bluetooth applicando il tutto al retro di un diffusore acustico, come si vede nella Fig. 2. Viste le ottime qualità del modulo utilizzato e la vastità di fonti audio che supporta, in realtà con esso possiamo mettere a punto un vero e proprio Media Center per il sonoro.
Per una cassa amplificata: il modulo MP3FMBT
Costruire un diffusore amplificato è tutto-sommato semplice, grazie alla disponibilità di moduli già pronti da utilizzare e partendo da una cassa acustica adatta al nostro amplificatore, ossia tipicicamente da 100 watt e 8 ohm di impedenza o 150 W da 4 ohm. La fonte BF in questo caso è un modulo commercializzato dalla Futura Elettronica con il codice MP3FMBT, in grado di fornire un audio stereo, consentendovi di scegliere fra più fonti audio; si tratta di un lettore MP3/VAW con Radioricevitore FM integrato, USB, slot per SDcard, ingresso AUX e telecomando.
Il modulo è molto pratico perché dispone di una flangia per montarlo a pannello, su una parete del contenitore in cui troverà posto la sezione amplificatrice, ovvero su una lastra di plexiglass applicata al fondo del diffusore acustico. Il modulo è in grado di riprodurre vari tipi di file audio compressi in formato non solo MP3, ma anche WMA e WAV, da supporti di memoria rimovibili formattati con FAT16 o FAT32. La sua interfaccia Bluetooth device permette l’invio di audio in riproduzione diretta da parte di smartphone o di altri dispositivi provvisti di interfaccia wireless Bluetooth, mentre il ricevitore radio FM consente l’ascolto delle stazioni locali in radiodiffusione che operano tra 87,5 e 108 MHz, a patto di collegare all’apposito pin del connettore un filo in funzione di antenna, lungo circa 1 metro (o anche mezzo metro, fermo restando che maggiore è la lunghezza, migliore sarà la ricezione delle emittenti lontane). Il modulo integra un display e una serie di pulsanti per la gestione della riproduzione (avanti, indietro, playback) ovvero per la ricerca delle stazioni FM, oltre che per la regolazione del volume.
Caratteristiche e collegamenti del modulo MP3FMBT
Le principali caratteristiche del modulo sono:
• tensione di alimentazione: 7÷12 Vcc;
• riproduzione file audio MP3/WMA e WAV;
• ingresso USB, slot per micro SD-Card, AUX, ingresso e uscita audio stereo;
• supporto Bluetooth (Bluetooth 3.0 EDR) per la riproduzione di file audio.
Quanto ai pulsanti, consentono il controllo di:
• MODE per selezionare la sorgente audio (USB, SD-card, radio);
• VOL- e VOL+ per la regolazione del volume;
• PLAY/PAUSE per la riproduzione e la messa in pausa;
• brano precedente e successivo, avanti e indietro veloce, EQ, Mute, spegnimento.
Il modulo va connesso al resto del circuito come mostrato nello schema di cablaggio (nonché in Fig. 3) e alimentato con un alimentatore dedicato di piccola potenza, che nello specifico è l’alimentatore AC/DC switching da 220 VAC a 12 VDC – 3 W, commercializzato dalla Futura Elettronica con il codice prodotto 8300-3WMA22012V. Questo modulo funziona direttamente con la tensione di rete e sul lato 12Vcc eroga fino a 250 milliampere. Sulla linea di alimentazione di rete è opportuno inserire un interruttore, meglio bipolare ma va bene anche unipolare, purché sia collocato sul filo di fase (L).
Conclusioni
Che lo vogliate utilizzare per realizzare un diffusore amplificato stand-alone o interfacciato via Bluetooh, oppure come parte di un amplificatore di potenza per impianti hi-fi, il finale descritto in questo articolo è un’ottima soluzione per la riproduzione audio ad alta fedeltà sonora, realizzando due esemplari del quale potete costruirvi un amplificatore stereofonico. Ascoltandolo in funzione, avrete modo di apprezzare le buone qualità sonore del finale, che consente di pilotare ogni genere di diffusore acustico per riprodurre qualsiasi genere musicale.
L’abbinamento al modulo MP3-FM ecc. che vi abbiamo proposto nello schema di cablaggio qui a lato vi consentirà di realizzare un Media Center o, se preferite, un completo audio-box da impiegare per sonorizzare ambienti anche di grandi dimensioni, come grandi saloni, bar, palestre e sale da ballo. Insomma, una volta realizzato l’amplificatore potrete farci quello che desidererete. Buon ascolto!
