TFA-150
Progetto TFA 150 – Amplificatore di potenza in classe AB ad elevata polarizzazione – 150W RMS su 8 ohm – Stabile su 1 ohm.
Eng. & design EMANUELE PIZZI
Antefatto
L’idea di offrire gratuitamente il progetto di un amplificatore alta fedeltà di facile costruzione, prestazioni particolarmente elevate e costo estremamente contenuto è stata lanciata da Rosario Terracciano, un attuale utente del Forum di Audioplay quando questo ancora non esisteva, che con Renato Giussani ha elaborato le caratteristiche dell’amplificatore.
La discussione sulle caratteristiche che tale amplificatore avrebbe dovuto possedere e sul target di costo che non si sarebbe dovuto superare si svolse inizialmente all’interno de ‘Il Salotto di Renato Giussani’, una sorta di forum privato chiuso da tempo, oltreché con gli altri mezzi telematici disponibili, come la posta elettronica e la partecipazione ad altri forum.
La sfida fu subito raccolta da uno dei titolari della EAM Lab di Parabiago (MI), Emanuele Pizzi, che ha mantenuto le sue promesse lavorando al progetto fino al suo sviluppo finale, che su richiesta dei suoi appassionati ideatori è giunto fino alla possibilità di ordinare componenti e/o parti premontate direttamente al progettista e al laboratorio dove era stato sviluppato.
La filosofia di progetto di quello che era stato fin dall’inizio battezzato TFA (The Forum Amplifier), sulla falsariga del TFS (The Forum Speaker), venne messa a punto a seguito di una serie di discussioni interne al Forum, nelle quali si era cercato di definire un set di caratteristiche che secondo i partecipanti avrebbero potuto garantire una qualità d’ascolto sicuramente hi-end anche in presenza di segnali ad ampio spettro ed altissima dinamica, pilotando diffusori carattarizzati da qualsiasi tipo di impedenza complessa.
Sulla base dei dati disponibili in letteratura relativi alle caratteristiche dinamiche dei carichi cui l’ampli avrebbe potuto essere collegato, nonché a quelle dei segnali musicali ad alta dinamica, nonché delle norme IEC relative alla verifica delle prestazioni degli amplificatori audio, i target più innovativi che fu deciso di raggiungere furono quelli relativ1 alla capacità di erogazione di corrente. Che doveva essere tale da consentire al TFA di pilotare senza problemi anche carichi di 1 ohm.
La corrente massima erogabile dipende sia dalle dimensioni del trasformatore di alimentazione che dai finali adottati, che sono stati comunque messi in condizione di funzionare stabilmente anche erogando correnti estremamente elevate, quali quelle che possono essere richieste con carichi molto bassi e/o fortemente reattivi in presenza di forti segnali transienti, come dimostrato anche da Matti Otala fin dal lontano 1985.
La scelta della potenza massima è dipesa da valutazioni sulla sensibilità media dei diffusori hi-fi e le caratteristiche medie degli ambienti d’ascolto italiani.
Ipotizzando un segnale ad altissima dinamica (fattore di cresta di 23 dB), diffusori da 87 dB spl/2,83V/1m, un ambiente di caratteristiche acustiche medie da 25 mq x 2,8 m = 70 m3 ed una distanza di ascolto di 3 metri, la potenza per canale necessaria può essere facilmente calcolata con il programma PotenzaWin e risulta essere di circa 120 W RMS su 8 ohm, subito arrotondati al valore nominale di 150 W.
Quanto alla modalità di funzionamento, avendo appurato che per un ascolto al volume già considerabile “alto” di 87 dB nello stesso ambiente d’ascolto, sarebbero necessari 0,3 watt RMS medi, abbiamo considerato più che sufficiente garantire una totale assenza di distorsione d’incrocio fino ad un livello più alto di oltre 10 dB, corrispondenti a -15 dB rispetto alla potenza massima.
Ciò ha condotto a configurare e dimensionare l’amplificatore per un funzionamento in classe AB con una fascia A particolarmente ampia, estesa fino alla potenza di 4,74 W RMS/8 ohm.
Premessa
Questo progetto nasce dalla passione di tutti gli ospiti del Forum di Audioplay che mi hanno spronato a progettare un finale di potenza “per autocostruttori” che non fosse il solito giocattolo dei quali se ne trovano di innumerevoli in rete o su riviste di elettronica specializzate.
In questo progetto c’è la voglia di andare oltre, la voglia di potersi cimentare nella costruzione di un validissimo amplificatore che possa distinguersi dalla massa facendo crescere la passione e l’autostima di se stessi.
La sua realizzazione, seppur non proprio semplice per chi è alle prime armi, non dovrebbe presentare grossi problemi di malfunzionamenti, a patto che vengano rispettate con rigore tutte le regole di montaggio e di collaudo.
REQUISITI TARGET di “The Forum Amplifier”
Budget 500 €
Caratteristiche circuito:
– Classe AB, con funzionamento in classe A fino a – 15 dB Pmax.
– Potenza: 150 watt
– Banda passante: 10 Hz : 20 KHz + 0,05 dB
– Damping factor: > 700 su 8 Ohm
– Erogazione corrente: 50A su carico resistivo 1 Ohm x 200 ms
– Gain regolabile per canale dx e sx
– Sensibilità di ingresso: 500 mV
– Modalità “Bridge” tramite switch
– Ingressi tipo RCA
– Commutazioni asservite a relé.
Optional:
– Indicatori di clipping
– VU meter
– Ingressi tipo XLR
Schema
Lo schema è molto semplice , la configurazione è un classe AB in push-pull con driver di polarizzazione in configurazione emitter/follower.. vista l’alta polarizzazione con cui deve lavorare per fare in modo di avere almeno i primi 10W in classe A ho optato per una soluzione a 2+2 driver con resistenza di uscita che contropolarizza l’emettitore del driver opposto quando il primo va in interdizione.
Questo dovrebbe garantire una sicurezza di funzionamento ad alte correnti dissipate e utile per diminuire l’assorbimento di corrente alle alte frequenze dovuto alle capacità parassite Base-emettitore.
Lo stadio d’ingresso fa uso di un schema a doppio differenziale che amplifica separatamente le 2 semionde, positiva e negativa,. Spesso in questa configurazione si usa un generatore di corrente per mantenere stabile il passaggio per lo zero della sinusoide. Per questo generatore ho utilizzato una rete con diodo zener sia per la semplicità circuitale sia per praticità. I condensatori C9 e C10 in parallelo agli zener Z1 e Z2 servono a livellare il leggero rumore di fondo generato da essi.
Il doppio differenziale di ingresso è il migliore compromesso tra linearità e musicalità. Si potrebbero usare almeno altre 10diverse soluzioni circuitali altrettanto valide per questo circuito ma la stabilità elettrica e sonica del doppio differenziale l’ho preferita su tutte. Unica regola da rispettare è di selezionare bene i transistor per evitare spiacevoli assimmetrie nel segnale in uscita. Il vantaggio di questa configurazione è di ridurre al minimo la distorsione ed il rumore di fondo raggiungendo valori di CMRR sull’ordine di 70 -80 dB.
Montaggio
Le norme corrette per il montaggio sono semplici: tutti i transistor finali da Q10 a Q27 , insieme ai 4 driver Q7,8,20 e 21 vanno montati sul dissipatore, questo per garantire la maggior stabilità termica in tutto il circuito. I driver scaldando insieme ai transistor stabilizzano meglio la corrente di riposo. Il transistor Q9 invece va anch’esso montato su dissipatore, possibilmente al centro dei due rami finali per fare in modo di togliere corrente dalle basi dei driver evitando l’effetto valanga ben presente negli stadi a BJT quando questi cominciano a scaldare.
Alimentazione
Il circuito per funzionare correttamente deve essere alimentato con una tensione duale continua di 60V rispetto a massa, vale a dire +60 /0/ -60 Vcc. Equivalenti a 42 – 0- 42 Vac che devono uscire dal trasformatore di potenza il quale per garantire la piena potenza ad 1 Ohm pilotando i due canali contemporaneamente deve avere una potenza pari a 1200 VA. Se non si intende far lavorare l’amplificatore con carichi così bassi si può optare per potenze comprese tra i 500 ed i 700VA.
Taratura
Per una corretta taratura occorerebbe un’oscilloscopio ed un generatore di funzioni. In questo caso collegare all’amplificatore un carico puramente resistivo (di potenza adeguata) di 8 Ohm (preferibile se da 4 Ohm) fornendo in ingresso un segnale sinosuidale da 1Khz.
Rilevare ora il segnale di uscita sull’oscilloscopio e girare il trimmer R1 fino a veder scomparire la distorsione di incrocio visibile al passaggio della sinusoide per lo zero.
In mancanza di un’oscilloscopio porre un tester con fondo scala 300mV in parallelo a R28 o R29 e ruotare il trimmer fino a leggere un valore compreso tra i 1,8 ed i 2,2 mV. Tarare con ingresso cortocircuitato a massa.
Lista dei materiali
Disponibilità e costi
Scheda finale TFA (versione montata con dissipatore) € 179,00 Cad.
Scheda finale TFA (montata ma senza dissipatore ) € 119,00 Cad.
Solo PCB € 36,00 la coppia
Trasformatore 1200VA € 190,00
Banco livellamento 80.000uF con Cap. Itelcond € 140,00
Dopo la prenotazione (e contestuale pagamento di un acconto ) il materiale verrà spedito in circa 15 gg.
Caratteristiche tecniche rilevate sui prototipi
160 W RMS su 8 Ohm
282 W RMS su 4ohm
405 W RMS su 2 ohm
709 W RMS su 1 ohm
D.F 580 su 8ohm da 100 Hz a 500 Hz
Zin 22 Kohm
Thd 0.02% a 280 W RMS su 4 ohm
NOTA: questo amplificatore è stato progettato per usi privati. Pur se rispettando le normative in vigore NON E’ ADATTO PER SCOPI COMMERCIALI. Decliniamo quindi ogni responsabilità per usi che vadano al di fuori della semplice realizzazione Hobbistica.
Per qualsiasi info: Emanuele Pizzi – info@eamlab.com oppure p.emanuele@eamlab.com
Download documentazione originale completa TFA-150