Finale Mosfet 200W

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Dato che mi permetto di "aprire il coperchio" a una delle tante realizzazioni che ho fatto circa 20 anni fa, innazitutto chiedo scusa per 2 motivi:
1)- Non mi sono sentito di "sventrare" tutto il finale per fotografare ulteriori schede.
2)-La polvere accumulata all'interno.

Oggi alla luce delle nuove potenzialità "informatiche" con l"ausilio di CAD si potrebbe realizzare lo stampato in maniera più ottimale di quanto abbia potuto fare io a "mano" e realizzare moduli multicanale. Comunque è una delle mie realizzazioni a cui sono affezionato che "resiste" ancora dopo tutti questi anni di funzionamento, e con l"avvento dei formati audio digitali ho relegato il finale per pilotare due sub woofer.

Preciso che la scelta è caduta sul differenziale simmetrico, configurazione a me cara per il basso fattore di distorsione armonica di ordine dispari, e poi perché le robe simmetriche mi sono simpatiche, quindi ciò che accade su di un ramo succede anche nell"altro in maniera "speculare". Chi non ricorda Harman Kardon Citation Twenty-One che utilizza circuitazione completamente simmetrica, con controreazione ridotta al minimo con suono piu "riposato" e "naturale".
Questo è in linea di principio lo schema del finale, filtri d’ingresso, stadio differenziale, amplificatore di tensione e stadio finale con le capacità parassite d’ingresso proprie dei mosfet.



Lo schema elettrico:


Anche se il circuito è basato sulla falsariga del "Crescendo" di Elektor 1982, ho ridotto il valore di feedback generale con due anelli di controreazione locali, il primo anello è costituito dalle resistenze R9 e R10 dell'amplificatore di tensione cascode (T17 e T7 per un ramo), il secondo da R11 e R12 che controreaziona il primo stadio differenziale (T1 e T2 per un ramo) con lo stadio cascode. Infine le resistenze R16 e R17 che chiudono l'anello generale per ottenere un valore totale di ben 13,5dB.

La sezione di alimentazione si compone di 8 elettrolitici RICHMOND da 10000uF/100V e due toroidali da 500VA cadauno, che provvede a fornire
una tensione di 80 volt stabilizzata per il circuito pilota, e 77 volt non stabilizzata per i finali.

Un pò di descrizione tecnica del circuito:
Partendo dai pin d’ingresso notiamo il il filtro passa-basso formato da R19-C9 che limita le frequenze altissime a circa 480KHz, che entrando nel circuito possono contribuire sia alle tante odiate autooscillazioni che all’instabilità del circuito. I componenti C10-R20 formano il circuito passa alto che disaccoppiando dalla cc lascia passare dai 7Hz in su.
Per evitare che ulteriori disturbi circolanti sulla linea di massa principale, la massa di segnale è leggermente “separata” tramite la resistenza R18.
I transitori T1 e T2 per il lato positivo (T4 e T5 per il lato negativo) formano il vero differenziale di ingresso, mentre T3 e T6 sono i generatori di corrente costante. Facendo riferimento ad un singolo ramo, l’altro è speculare, la corrente che scorre nei rami di T1 e T2 è all’incirca 600uA, valore che permette il corretto funzionamento non esagerando nel cosiddetto rumore termico o “soffio”. Le resistenze R13, R14, R15 e R27, servono per minimizzare, le differenze di guadagno dei transistori e migliorare l’offset d’ uscita, quindi se fossero selezionati sarebbe ancora meglio.
I diodi Zener D5 e D6 servono per la tensione di riferimento dei generatori di corrente costante, qui dovrei fare una prima autocritica in quanto ho utilizzato dei zener a 3,9V difatti per quanto riguarda il loro valore è bene ottenerlo tramite la serie di più diodi per due motivi. Il primo è che per valori inferiore ai 5 volt si ha un coefficiente di temperatura negativo, il secondo è i normali diodi al silicio hanno un fattore di rumore inferiore ai zener. Le resistenze di caduta R7 e R8 sono calcolate per una corrente di circa 7mA per diodi da 0,5 watt e normali diodi al silicio.
Seconda autocritica, per dare una “spinta” al circuito avrei potuto impiegare un circuito a specchio di corrente su ambo i rami per rendere ancora pù stabili le correnti nel differenziale e grande beneficio sull’offset, ma ormai il circuito l’avevo gia realizzato.
Nei collettori di T1 e T4 è presente il segnale ad alta impedenza da applicare allo stadio successivo che deve avere un buon guadagno di tensione ed una banda passante adeguata.
Anche lo stadio amplificazione di tensione è speculare, ed è costituito dal cascole dinamico (due, essendo simmetrico il circuito), una sorta di circuito che garantisce elevata impedenza di ingresso, buon guadagno in tensione ed una adeguata banda passante. Le prime applicazioni della connesisone cascode nei finali di potenza, furono negli amply THRESOLD nel 1976.
Il transistor T17 connesso ad emettitore comune con ingresso in base e carico sul collettore costituito dal secondo transistor T7, anziché della solita resistenza. La configurazione cascole rispetto ad uno stadio convenzionale ad emettitore comune, consente una notevole riduzione della distorsione ed un’allargamento della banda passante, mediamente da 3 a 5 volte. Ciò è dovuto principalmente a due motivi: la sostituzione del carico di collettore T7 con un carico “attivo”, e la stabilizzazione del suo punto di lavoro ottenuto “fissando” la tensione collettore-emettitore di T17 grazie alla polarizzazione in base di T7. Ricordando che la tensione di soglia di un transistor in conduzione è di circa 0,6 volt, la VCE(T17) può essere considerata costante, grazie alla stabilizzazione della base di T7. Quindi l’elevato guadagno in corrente di T17 e la capacità base-collettore il cui valore di alcuni decimi di pF potrà essere diminuito quanto lo possa permettere la disposizione delle piste sul circuito stampato. Inoltre vi è una “suddivisione dei compiti” T17 e T18 lavorano a bassi livelli di tensione, mentre T7 e T8 trattano le alte tensioni e dissipazioni.
Però come tutte le cose il prezzo da pagare è la riduzione della dinamica dello stadio d’uscita a causa della elevata polarizzazione.
La corrente che scorre in R3 e R5 è la corrente di pilotaggio dei dispositivi finali, non sarebbe altro che la corrente di carica/scarica delle capacità di ingresso dei mosfet.
Inoltre la caduta ai capi di R4 e R37 è la tensione di soglia dei dispositivi finali, la cui corrente di riposo viene regolata a circa 300mA tramite R37.











...segue

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Seguono altre foto, in cui si notano i due toroidali uno sull'altro, le barre di alluminio che sono le masse dei due alimentatori confluenti in unica massa "stellare".
Nessun circuito di protezione diffusori, tramme un ritardo di accensione posto sul primario dei due grossi toroidali, consistente in una resistenza da 10 Ohm shuntata dopo un paio di secondi da relè.
Chiedo scusa se non sono riuscito a postare le foto del suddetto circuito, in quanto sono collocate sotto le schede dei finali..







L'invecchiamento del finale lo si può notare anche dalla polvere sui Condensatori, beh! dopo vent'anni, devo ricordarmi di pulirlo"



Mobile Reperito presso la HI-Fi 2000: http://www.hifi2000.it/








Comunque aldilà delle buone doti sonore, si è dimostrato abbastanza robusto, non solo con la prova del "corto", la potenza rilevata su carico resitivo di 4 Ohm è di 380Watt continui, e sia su carichi sfasati che totalmente reattivi (solo condensatore), il finale non ha mostrato cedimenti.

Un saluto
Domenico