LA FAVOLA DEL SINGLE ENDED O UN SINGLE ENDED DA FAVOLA

CLASSI di FUNZIONAMENTO – FIG.1

la polarizzazione di ingresso e’ diversa a secondo della classe di funzionamento.

CLASSI di FUNZIONAMENTO

La cosa interessante sarebbe quella di conoscere quale sia l’efficienza di un SINGLE ENDED in controfase, ma di questi ne esistono di molti tipi e possono funzionare sia in classe A che in classe AB.

Il BLU EYES non e’ esattamente il circuito sopradescritto, ma bensì la struttura da me scelta e’ questa che riporto qui sotto in FIg. 6 che, così come e’, non viene riportata in nessun testo di elettronica (vedi anche circuito equivalente ed altre spiegazioni verso un push pull). Il circuito infatti, e’ ad una sola batteria rispetto a massa (VCC) e con condensatore di uscita verso il carico (altoparlante). La polarizzazione di base inficia SEMPRE entrambi i transistori e ne sposta automaticamente il PUNTO DI LAVORO. La RC (da 0,05 ohm) che vedete sullo schema, come piu’ avanti spiegato, e’ stata aggiunga di proposito per poter misurare la corrente di riposo e verificarne poi l’andamento in presenza di segnale. Nel normale funzionamento non c’e’, mentre il condensatore di uscita serve a due cose:

1 – semplificare il trasformatore per poterlo utilizzare come AUTOTRASFORMATORE

2 – il condensatore di uscita BLOCCA LA CONTINUA e quindi il trasformatore NON PUO’ saturare. IN piu’ si ha una protezione verso gli altoparlanti.

3 – In questa configurazione con una sola ALIMENTAZIONE (e non DUALE), il condensatore di uscita fa da BATTERIA, come il secondo condensatore di un’alimentazione DUALE.

4 – Utilizzando il trasformatore di uscita come autotrasformatore si ottengono 2 peculiarita’ importanti:

4.1 – Il nucleo necessario e’ piu’ piccolo. Strutturando bene la cosa, la banda passante si allarga.

4.2 – la forza del BLU EYES sta nell’avere un autotrasformatore che ha 50 possibilita’ di regolazione (vedi tabella piu’ avanti). Nessun amplificatore al mondo ce l’ha. Se pensate che non servano cadete in un errore, piu’ che grossolano. Il fatto che vi abbiano inculcato che non serva per ragioni di marketing o semplificazione della vita del progettista o di costi e’ un discorso, ma il fatto che cio’ veramente non serva e’ ancora tutto da vedere (e lo vedremo piu’ avanti).

FIG.6

Altra cosa interessante sarebbe quella di conoscere quale sia l’efficienza di un SINGLE ENDED in controfase come questo. La differenza sostanziale tra le due classi e’ che in CLASSE A non si debba mai azzerare la corrente nei dispositivi di uscita (transistor o Mosfet che sia, come abbiamo visto piu’ sopra), altrimenti si esce dalla classe di funzionamento e si passa in classe AB  o B. Quindi rimandiamo piu’ avanti la questione rendimento e vediamo se l’amplificatore Blu Eyes lavora sempre in classe A secondo i canoni dell’elettronica sopraesposti. Quindi misuriamo la corrente nel ramo di uscita a riposo e verifichiamo che durante il funzionamento con il segnale, questa non si annulli mai. Per fare cio’ ho inserito appunto una resistenza da 0,05 ohm (RC) sul ramo del transistor PNP dove e’ possibile sia visualizzare la corrente e vederne l’andamento, sia misurarla, in funzione della potenza di uscita.

Ma ritorniamo un attimo a guardare la figura precedente (FIG.1 che ora riporto come FIG.7) per vedere dove deve essere il punto di lavoro per poter poi sviluppare una potenza in classe A. La cosa importante NON e’ che il punto di lavoro sia FISSO nel punto A di Fig. 7, ma la cosa importante e’ che nel NORMALE FUNZIONAMENTO a regime DINAMICO o statico che sia, il segnale (sinusoide in questo caso), non vada mai verso i punti chiamati AB (FIg. 7) dove la curva diventa quasi orizzontale. La cosa interessante e’ che (FIG.8) i dispositivi da me utilizzati hanno una caratteristica PRATICAMENTE VERTICALE e non certo esponenziale come quella classica di un diodo come in FIG.7 (la caratteristica da me tracciata e’ verso Ic e non verso Ib, ma Ic e’ proporzionale a Ib in modo costante, quindi la stessa cosa). Cio’ comporta una cosa fondamentale: MINOR DISTORSIONE (lo vedremo piu’ avanti) e la possibilita’ di eliminare l’eventuale controreazione locale e totale.

La polarizzazione minima da me scelta, non va mai al di sotto del punto A di fig. 8 o fig. 9 (se anche ci andasse esiste ancora un margine prima della distorsione), e per il normale funzionamento, si deve per forza di cose spostare SEMPRE verso il punto A di FIG.7. La polarizzazione dei 2 transistor finali, e’ misurata in fig. 10.

L’oscilloscopio TekTronix ed il multimetro Agilent a 6,5 cifre misurano la tensione di 3,05-3,06 millivolt   ai capi della resistenza da 0,05 ohm sul collettore del transistor PNP (Vr – vedi fig. 6), che significa che il valore della corrente costante che circola e’ di: 0,00305 VOLT / 0,05 ohm = 70 milliampere. In pratica il punto Q effettivo dovra’ stare SEMPRE AL DI SOPRA. Ed il punto di lavoro e’ gia’ in ZONA LINEARE (cioe’ oltre il ginocchio della curva caratteristica, dove diventa diritta e quasi una retta verticale a 90° – cosa molto differente e migliorativa rispetto alla caratteristica di Fig.7 – in questo modo non verra’ prodotta distorsione). Bene questo e’ il primo passo. Beviamoci un aperitivo.

Andiamo ora a vedere come si muove questa corrente facendo lavorare l’amplificatore chesso’ immettendo un segnale di 1 KHz classico. L’amplificatore sotto prova e’ il BLU EYES EVOLUZIONE con BLU POWER La linea orizzontale sull’oscilloscopio in FIG. 10 ora prende circa la forma del segnale da amplificare.

Vr sta sopra i 3 millivolt ed ha come minimo una tensione di 4,6 millivolt che significa che la corrente minima nel ramo di uscita e’ addirittura salita e vale: 0,0046 volt / 0,05 ohm= 92 milliampere. Attenzione: la tensione VAC indicata dal multimetro e’ la tensione di uscita dell’amplificatore che lavorando su 8 ohm sta producendo una potenza di 1,45 ^2 /8 = 0,26 Watt che e’ visualizzata in figura 13

Volendo possiamo calcolare i punti di lavoro. I cursori orizzontali  dell’oscilloscopio segnano sempre il valore del punto A. Il punto B sta a 23 mV circa ed il punto Q circa a 13,5 mV che significa che la corrente al punto B e’ di 0,46 A ed il punto Q e’ a circa meta’ tra A e B e cioe’ a 0,27 A.

Ora in questa figura, il canale 2 dell’oscilloscopio,  indica la forma d’onda di uscita sul carico di 8 ohm. Il canale 1 indica sempre la forma d’onda della corrente nel ramo di uscita che abbiamo visto nelle figg. 11 e 12

NOTA: nelle misure non ci sono loop di massa come qualcuno in certe istanze ha presupposto su un forum (quando parlavo della controreazione). La massa dell’oscilloscopio e’ connessa solo su VR. Se un progettista fa loop di massa nelle misure e’ meglio che  si dia all’ippica e non alla realizzazione di amplificatori senza controreazione con 105 o 110 dB di rapporto segnale disturbo.

Eventuale polarizzazione in CLASSE AB

Se il funzionamento fosse stato in classe AB la forma d’onda misurata sarebbe stata piu’ o meno come questa (da me ricostruita) in FIG. 13.1. Cioe’ in corrispondenza della parte negativa del segnale di uscita ( transistor PNP che conduce) la corrente sul suo collettore aumenta SOLO in corrispondenza della sua semionda, nell’altra (semionda positiva del segnale di uscita dove conduce il transistor NPN) rimane nella condizione di polarizzazione minima (primi 5 quadretti a sinistra dell’oscilloscopio). All’aumentare della potenza di uscita la linea ORIZZONTALE rimarrebbe piu’ o meno orizzontale, mantenendo costante la polarizzazione minima ed aumenterebbe solo l’ampiezza della gobba a destra.

FIG. 13.1

polarizzazione in CLASSE AB

FIG. 13.2

polarizzazione in CLASSE AB

Gia’ ma quella e’ una forma d’onda ricostruita al PC, l’avra’ fatta di proposito rdc, per tirare l’acqua al suo mulino,

FIG. 13.3

Bene, ma sì dai, oggi ci vogliamo divertire, montiamoci questo amplificatore in classe AB ed andiamo a vedere la forma d’ onda della corrente. Useremo gli stessi transistor, tariamo la corrente di riposo dei finali a 60 milliampere ed vediamo un po’ la questione:

Ecco l’amplificatore montato:

FIG. 13.4

FIG. 13.5

misura del punto di lavoro statico: Punto di lavoro A di fig. 8

0,006 VOLT / 0,1 OHM = 60 milliampere

FIG. 13.6

con 0,5 Veff di uscita su 8 ohm (31 milliwatt in uscita), vediamo gia’ che durante la conduzione del PNP la corrente sale, mentre durante la conduzione della semionda positiva amplificata dall’NPN, la corrente di polarizzazione tende a scendere sotto il livello minimo impostato. In questo caso scende a 50 milliampere

FIG. 13.7

bene, sembra che l’elettronica sia rimasta l’elettronica. A 2,83 Veff di uscita (1 Watt su 8 ohm), la corrente e’ proprio come si diceva in Fig. 13.2. La polarizzazione e’ scesa paurosamente a circa 20 milliampere (vedere punto di minima)  e  la forma d’onda di uscita e’ per forza di cose perfetta, ma la conduzione e’ in classe AB. La corrente nel ramo aumenta SOLO quando il ramo e’ interessato ad amplificare il segnale, altrimenti nella zona non interessata, si abbassa. Penso sia inutile andare a vedere cosa succeda alla massima potenza…

Ma ora ritorniamo a noi, ritorniamo sul BLU EYES in CLASSE A PURA:

FIG. 14

FIG. 15

A circa 1 watt (2,83 Veff/8 ohm – vedi Fig. 14) le cose sono ancora migliorate. Il punto di lavoro A si e’ spostato piu’ su e VR vale 7,4 mV che significa che la corrente minima che scorre nel ramo di uscita vale: 148 mA (cioe’ il punto di lavoro A minimo si e’ spostato del doppio in alto, non in basso come succedeva per la classe AB). La corrente massima esce dalla parte superiore dell’oscilloscopio. Il canale 2 indica la sinusoide di 2,86 Veff, ed il frequenzimetro HP indica la frequenza di 1.000,002 Hz. uaau!!! che perfezione

E qui arriviamo al dunque: siamo a 50 watt (20 Veff/8 ohm). Ho visualizzato di proposito solo mezza semionda del segnale amplificato, in modo da avere una definizione maggiore dell’immagine. La corrente minima nel ramo di uscita e’ di 184 milliampere (VR 0,0092 Volt / RC 0,05 ohm). Bene siamo in piena classe A. La corrente minima soddisfa molto di piu’ di cio’ che serve. La classe AB e’ lontana e forse la si puo’ vedere con un binocolo quando l’amplificatore uscira’ dai canoni normali di funzionamento. E allora stasera ho imparato ancora qualcosa. MA NON E’ FINITA QUI!!!

visto che in classe A ci siamo sempre, ci occuperemo di un altro paio di cose:

1 – Efficienza del sistema

2 – confronto di questo scarafone verso tutti gli altri amplificatori scarrrafoni che circolano in commercio (non quello che avete voi, no, quello e’ il massimo della vita, ma parlavo di quello del vostro amico)

vediamo che succede con questa benedetta tecnologia inventata in Italia da rdc. Sta Italia, dove inventano tutto, hanno inventato anche l’alessi mercuzzi coi wurstel, e la simon sventura, ed i vari grandi fratelli …per carita’…

comunque, ce n’e’ ancora da far schiattare tutti i progettisti di audio del mondo e vediamo perche’:

cercate di non svenire….

Multimetro digitale: AGILENT 34410 A – 6,5 cifre

Oscilloscopio analogico: TekTronix 2465 B – 400 MHz

Generatore: Rodhe Schwartz APN 04

Frequenzimetro: Hewlett & Packard 5315A