14 Elettronica In - febbraio ‘96

L’amplificatore di grandepotenza che stavate aspettando. Idealeper sonorizzare discoteche, grandi saleda ballo o per realizzare diffusoriamplificati per concerti. Dueesemplari connessi a pontepermettono di ottenere potenze dicirca 700 ÷ 800 watt rms. Il circuitoutilizza nella sezione di potenza trecoppie di mosfet collegati inparallelo. Nonostante l’elevatapotenza di uscita, l’amplificatorerisulta facilmente realizzabile dachiunque. Nell’articolo vienedescritto anche il circuito dialimentazione dalla rete luce.Disponibile in scatola di montaggio.

Elettronica In - febbraio ‘96 15

BASSA FREQUENZA

FINALEAUDIO350 WATT

di Arsenio Spadoni

Avete deciso di cambiare amplificatore, magari conuno che vi dia qualche watt in più di quello che

avete, e non sapete cosa scegliere? Beh, noi una solu-zione l’avremmo, almeno se volete passare da unamplificatore da salotto di un tranquillo condominio adun potente e versatile apparecchio per animare le festepiù “chiassose”. Leggete in queste pagine e scoprireteil nostro nuovo finale hi-fi, un circuito con stadio dipotenza (e sottolineiamo questa parola!) a mosfet perchi ama le emozioni forti... Se dopo l’ultima festa incantina o nel giardino della vostra villetta (fortunati,eh?) gli invitati hanno esclamato: “ma c’era la musi-ca? Pensavo fosse la TV del vicino!” rispondete ... inmusica: musica dirompente come quella che potretefare ascoltare con oltre 350 watt a tutto volume! Comefare? Semplice, realizzando l’amplificatore che vi pro-poniamo: un tipo duro per gente dura. Scherzi a parte,il circuito in questione è uno dei più potenti amplifica-tori BF che si realizzano normalmente senza ricorrere

alla struttura a ponte; può erogare oltre 350 watt R.M.S.su un carico di 4 ohm (circa 400W R.M.S. misurati ad1 KHz su carico resistivo con tensione di alimentazio-ne di ± 75 volt) e quasi 200 watt su 8 ohm. E’ dunqueparticolarmente indicato per sonorizzare sale da ballo,piccole e grandi, e per realizzare box amplificati da uti-lizzare in discoteche e concerti al chiuso o all’aperto.Basta completarlo con un semplice preamplificatoreBF e con un alimentatore non stabilizzato capace di for-nire da 65 ad 75 volt duali, ed è pronto al vostro servi-zio. L’amplificatore può essere pilotato dall’uscita diqualunque mixer o preamplificatore hi-fi, o direttamen-te dall’uscita di un lettore Compact Disc. Insomma uncircuito di un certo valore, che possiamo comprenderemeglio analizzandone lo schema elettrico illustrato inqueste pagine. Sostanzialmente è un classico, nulla dispeciale: lo stadio di ingresso è il solito differenzialecon generatore di corrente costante, gli stadi intermedisono in configurazione ad emettitore comune (quindi ad

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alto guadagno) mentre quelli pilota -acollettore comune- forniscono i segnaliin fase ai gate dei sei mosfet di poten-za. Vediamo meglio la cosa: lo stadiod’ingresso, che è poi quello a cui arrivail segnale dal preamplificatore, è realiz-zato con tre transistor a basso rumore;si tratta di 2N3963, componenti usatispesso e volentieri in hi-fi per i circuitia basso segnale. Li abbiamo usatianche noi per ottenere una primaamplificazione molto “pulita”, poichétrattando segnali di livello relativamen-te modesto, devono introdurre il minorrumore possibile; altrimenti si peggiorail rapporto segnale/disturbo di tuttol’amplificatore. Per gli stadi successivila cifra di rumore dei transistor contarelativamente, poiché lavorano consegnali molto più ampi, tali che il livel-lo del rumore diviene trascurabile. Glistadi presenti dopo il differenziale rice-vono il segnale che quest’ultimo haamplificato notevolmente; più precisa-

mente il solo segnale presente sul col-lettore del T2 pilota la base del T5.Quest’ultimo amplifica a sua volta ilsegnale (è connesso ad emettitorecomune) e lo passa alle basi dei transi-stor pilota T7 e T8. Notate che nel-l’amplificatore, per gli stadi intermedie pilota, abbiamo impiegato le coppiecomplementari BF471 e BF472, invecedei tradizionali BD139 e BD140; ilmotivo di questa scelta sta nella tensio-ne di lavoro (Vce) che per iBD139/BD140 è di 100V. Per erogarela massima potenza l’amplificatoredeve essere alimentato ad almeno70+70 volt e questa tensione iBD139/140 non la reggono; i BF471 eBF472 invece sopportano una Vce di160 volt, quindi possono lavorare tran-quillamente anche se l’amplificatoreviene alimentato a ± 75 o a ± 80 volt,senza venire danneggiati. Solo lo stadiolimitatore della corrente di uscita (T6)utilizza un BD139, dal momento che la

Vce in questo caso non supera unadecina di volt, sia in situazione staticache in regime dinamico (in presenza disegnale all’ingresso dell’amplificato-re). A proposito di T6, notate che ilcollettore e l’emettitore sono collegatitra le basi dei transistor pilota, in mododa poterne controllare la polarizzazio-ne: mandandolo maggiormente in con-duzione, T6 sottrae corrente alla basedel T7 convogliandola direttamente nelcollettore di T5; diminuisce così anchela corrente di base del T8. Viceversa, seT6 tende ad interdirsi diminuisce la suacorrente di collettore, quindi puòaumentare quella che polarizza la basedel T7; poiché T5 richiede sempre lamedesima corrente, è ovvio che la pre-leva dalla base del T8, il quale va mag-giormente in conduzione (è un PNP).La regolazione della corrente di basedel T6, quindi del grado di polarizza-zione dei piloti e dei finali, si effettuatramite il trimmer R15, che, comevedete dallo schema elettrico, ha il cur-sore collegato alla base del transistor inquestione. E’ chiaro che portando ilcursore dell’R15 verso il collettore diT6 quest’ultimo viene polarizzato dipiù, e sottraendo corrente alla base deitransistor pilota determina una minorpolarizzazione dei finali, quindi unminor assorbimento di corrente a ripo-so; viceversa, portando il cursore diR15 verso R16, T6 tende ad interdirsi,la corrente di base di T7 e T8 aumenta,quindi i finali vengono polarizzati piùenergicamente e assorbono maggiorcorrente a riposo. Regolazioni a parte,notate che il carico di collettore del T5non è una resistenza ma un transistor

CARATTERISTICHE TECNICHE

Potenza di uscita r.m.s. su 4 ohm ....... 350 wattPotenza di uscita r.m.s. su 8 ohm ....... 200 wattBanda Passante .................................... 10 ÷ 45.000 HzDistorsione armonica totale ................ 0,1 %Rapporto segnale/disturbo .................. 98 dBSensibilità di ingresso .......................... 1,3 V r.m.s. (4 ohm)

1,5 V r.m.s. (8 ohm)Tensione di alimentazione max ........... 75 volt per ramoCorrente massima assorbita ................ 6 A (4 ohm)

schema elettrico

Elettronica In - febbraio ‘96 17

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Koh

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Koh

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Koh

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R9:

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W

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Koh

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Ohm

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Koh

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R16

:68

Ohm

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Koh

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Ohm

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Ohm

0,5

W

R20

:470

Ohm

0,5

W

R21

:100

Ohm

R22

:100

Ohm

R23

:0,1

Ohm

5W

R24

:0,1

Ohm

5W

R25

:100

Ohm

R26

:0,1

Ohm

5W

R27

:0,1

Ohm

5W

R28

:100

Ohm

R29

:100

Ohm

R30

:0,1

Ohm

5W

R31

:0,1

Ohm

5W

R32

:100

Ohm

R33

:10

Ohm

2W

Le

res

iste

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T2:

2N39

63

T3:

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T6:

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T7:

BF

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BF

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20 Elettronica In - febbraio ‘96

Il mosfet a canale P, 2SJ162 ...

che fa da generatore di corrente costan-te; il motivo? Semplice: una resistenzadetermina una caduta di tensione pro-porzionale alla corrente che l’attraver-sa, mentre un generatore di corrente,almeno in teoria, dà una correntecostante in ogni situazione. La resisten-za di carico (che, viste le tensioni ingioco, dovrebbe avere un valore di circa10÷20 Kohm) può creare problemiquando T5 va verso l’interdizione e T7,che viene quindi polarizzato sempre dipiù, richiede una corrente di base sem-pre crescente; è ovvio che tale correntedetermina una caduta di tensione sulla

resistenza di carico, che perciò limite-rebbe il potenziale di base del T7abbassando l’ampiezza delle semiondepositive del segnale di uscita del finale.Il problema non si presenta per lesemionde negative, poiché T5 puòdiminuire a piacimento il potenziale delproprio collettore, trascinando la basedel PNP T8 anche a potenziali di pochivolt rispetto al ramo negativo di ali-mentazione. Il generatore di correntenon ha questi problemi: quando T5tende ad interdirsi la corrente che prima(a riposo) andava nel suo collettore puòandare nella base del T7 polarizzandola

come si deve. Bene, visti problemi esoluzioni relativi allo stadio intermedioe pilota, vediamo come è fatta la partefinale dell’amplificatore: niente di piùsemplice, dato che abbiamo sei mosfetHitachi connessi a source comune. Ifinali sono tre per ramo, quanti nebastano ad erogare senza problemi finoa 10 ampère (al carico) senza determi-nare forti cadute di tensione e dissipa-zioni di potenza sullo stadio di uscita.Per il ramo positivo provvedono tretransistor 2SK1058 (160V, 7A) mentrein quello negativo si trovano altrettanti2SJ162 (di pari caratteristiche); questi

1 - Gate2 - Source3 - Drain

Elettronica In - febbraio ‘96 21

... e quello a canale N, 2SK1058

mosfet sono collegati in parallelo e cia-scuno ha sulla base una resistenza limi-tatrice (per bloccare le oscillazioni afrequenze molto elevate). Notate chementre quelli a canale P (2SJ162)hanno solamente la resistenza sul gate,quelli a canale N hanno ciascuno duecondensatori: uno tra gate e drain ed unaltro, di valore minore, tra gate e sour-ce. Questi condensatori servono a pre-venire oscillazioni spontanee dell’am-plificatore a riposo ed in presenza disegnale. Servono solo sui mosfet acanale N perché sono quelli che, perragioni costruttive (per ottenere le stes-

se caratteristiche un mosfet P deveavere il canale più grande dell’N, quin-di inevitabilmente ha maggiori capa-cità parassite gate-source e gate-drain)hanno minori valori delle capacitàparassite, quindi sono liberi di lavorarea frequenze maggiori dei corrisponden-ti a canale P. Tutto ciò non è solo unfatto teorico ma l’abbiamo verificatodurante le prove, allorché abbiamooptato per la disposizione dei conden-satori sul gate dei 2SK1058. Il segnaledi uscita dell’amplificatore viene prele-vato dalle resistenze di source (resisten-ze inserite per compensare le differenze

di amplificazione dei tre mosfet di ogniramo) ed inviato ai punti “OUT”mediante una bobina di filtro ed unfusibile: rispettivamente L1 ed F1; labobina serve a filtrare eventuali spuriead alta frequenza che possono danneg-giare i tweeter delle casse acustiche (icross-over lasciano passare più facil-mente le frequenze tanto più sono ele-vate). Il fusibile serve invece a proteg-gere le casse stesse in caso di cortocir-cuito di uno o più finali dello stessoramo, situazione che altrimenti deter-minerebbe una forte corrente continuanegli altoparlanti. All’uscita dei 6

schema elettricodell’alimentatore

COMPONENTI

R1: 33 Kohm 1 WC1: 4.700 µF 100 V elettr.C2: 4.700 µF 100V elettr.C3: 4.700 µF 100V elettr.

C4: 4.700 µF 100V elettr.LD1: LED rosso 5 mmPD1: Ponte di diodi

25 A 400 VFUS1: Fusibile 15 AFUS2: Fusibile 15 A

TF1: Trasformatore toroidale 800 VAPrim. = 220 VSec. = 50 + 50 V

Varie:- dissipatore tipo ML33;

- vite 3 MA, dado e rondella;

- portafusibile da stampato (2 pz.);

- stampato cod. E43.

1 - Gate2 - Source3 - Drain

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Piano di cablaggiodella sezione di

alimentazione. Ilsecondario del

trasformatore vacollegato ai punti

“TF1” della basetta. I punti 0V,

V- e V+ vanno invece collegati airispettivi morsetti

del finale.

Il circuito stampatoin scala reale. I quattro fori

destinati al pontePD1 devono essereallargati con unalima in modo dapoter accogliere i

terminali (di tipo faston).

la sezione di alimentazione

Elettronica In - febbraio ‘96 23

mosfet è presente la rete composta daR33 e da C13 che serve a compensare,anche se parzialmente, la rotazione difase imposta al segnale di uscita dalleimpedenze che compongono il carico;completa il circuito la resistenza R17,che fa parte della rete di retroazione.R17 porta al differenziale di ingressouna parte del segnale di uscita (l’am-piezza dipende dal valore di R13, checon R17 compone il partitore) limitan-do quindi l’amplificazione del segnale.Il guadagno in tensione dell’interoamplificatore è stabilito quindi dallivello del segnale che viene riportatoalla base di T2: più è alto, minore èl’amplificazione; va da sé che in prati-ca è il rapporto tra R17 ed R13 a deter-minare l’amplificazione del finale.Attualmente il guadagno del circuito ècirca 30 volte, il che significa che perottenere la massima potenza di uscita(corrispondente a circa 39 volt efficacisul carico) occorre fornire all’ingressodel circuito un segnale di almeno 1,3volt efficaci. Se vi sembra troppo o seil vostro preamplificatore fatica a rag-giungere questo livello, potete ridurre ilvalore della R13 a 2,7 Kohm; cosìfacendo la sensibilità in ingressoaumenterà a circa 1 volt efficace.

REALIZZAZIONE PRATICA

Bene, sullo schema dell’amplificatorenon c’é altro da dire, mentre dobbiamocominciare il discorso riguardante lacostruzione: diciamo subito che nono-stante la notevole potenza in giocol’amplificatore può essere realizzato dachiunque, a patto di dedicare alle varieoperazioni un minimo di attenzione. Inqueste pagine trovate la traccia latorame del circuito stampato che dovreteutilizzare per approntare la basetta; lostampato va realizzato con la fotoinci-sione, in modo da ottenere il tracciatoche abbiamo previsto; non modificateil percorso delle piste perché è facileche l’amplificatore entri in oscillazionecon tutto ciò che ne consegue. Incisa eforata la piastra, controllate la qualitàdelle piste ed accertatevi che almenoquelle di potenza (alimentazioni, pistadi raccolta delle resistenze di sourcedei mosfet...) siano integre e non corro-se. Quindi iniziate il montaggio deicomponenti con le resistenze (prima

quelle da 1/4 di watt) e il diodo1N4148, che va inserito con la fascetta(catodo) rivolta verso R18. Le resisten-ze da 2 e 5 watt vanno montate lascian-dole sollevate almeno un paio di milli-metri dal circuito stampato in modo damigliorare la dispersione del caloredurante il funzionamento. Completatoil montaggio delle resistenze di poten-za, inserite e saldate i due trimmer,quindi i transistor (attenzione alla pola-rità!) che vanno posizionati come indi-cato nel piano di montaggio; i mosfetvanno montati per ultimi. Sistemati itransistor, montate tutti i condensatori,facendo molta attenzione alla polarità

di quelli elettrolitici. Inserite quindi ilportafusibile e la bobina di filtro; que-st’ultima dovete ovviamente averlaprima costruita, avvolgendo 15 spire difilo di rame smaltato del diametro di1,2÷1,3 millimetri. L’avvolgimentodeve essere fatto in aria (cioè senzasupporto in metallo) con diametrointerno di circa 5 millimetri; le spiredevono essere tutte affiancate. Prima dimontare la bobina è indispensabileraschiarne lo smalto dalle estremitàaltrimenti diverrà impossibile far aderi-re lo stagno; per l’operazione consiglia-mo di usare della tela smeriglio o unpaio di forbici. E veniamo alla parte

PER LA SCATOLA DI MONTAGGIO

L’amplificatore da 350 watt (cod. FT121K) è disponibilein scatola di montaggio al prezzo di 165.000 lire. Il kitcomprende tutti i componenti, la basetta, le minuterie ela barra di dissipazione. L’alimentatore da 800 watt(cod. FT122K), completo di trasformatore toroidale,costa 260.000 lire. Il solo trasformatore toroidale costa180.000 lire. Il materiale va richiesto a: FuturaElettronica, v.le Kennedy 96, 20027 Rescaldina (MI), tel.0331-576139, fax 0331-578200.

conclusiva del montaggio: i finali.Vanno montati prima sul dissipatore(deve essere da non più di 0,3 °C/W)che va forato a passo 40 mm (tra unforo per un mosfet e quelli adiacenti). Imosfet vanno montati serrandoli condelle viti, anche di metallo (tanto il loroforo di fissaggio non è collegato aldrain poiché è ricavato nella plastica)dopo aver interposto tra la parte metal-lica di ciascuno ed il radiatore unfoglietto di mica (spalmato di siliconesu entrambe le facce) o di teflon perisolamento di transistor TO3-P. Imosfet vanno montati come indicatonella disposizione componenti chevedete in queste pagine. Prima di pro-cedere al collegamento con le pistedello stampato verificate con un tester(portata 10 o 20 Kohm) che tutti abbia-no la parte metallica isolata dal dissipa-tore (in caso contrario si rischia il cor-tocircuito dell’alimentazione). Per ilmontaggio piegate i terminali dei seimosfet in modo da farli entrare neirispettivi fori e saldateli iniziando daquelli più esterni: un 2SK1058 ed un2SJ162. Fatto ciò l’amplificatore èpronto per il collaudo.

L’ALIMENTATORE

Prima di procedere occorre realizzareanche la necessaria sezione di alimen-tazione. In generale, si può utilizzare unqualunque alimentatore non stabilizza-to che fornisca da ±65 a ±75 volt incontinua, ed una corrente di almeno 10ampère. Allo scopo, riportiamo nell’ar-ticolo lo schema elettrico e la tracciarame di un adeguato stadio di alimenta-

zione. Quest’ultimo è stato apposita-mente progettato per alimentare duemoduli di potenza con uscita a 8 ohm,oppure un solo modulo con uscita a 4ohm. Iniziamo la costruzione dell’ali-mentatore e realizziamo dapprima lostampato utilizzando la traccia rameriportata. Procuriamoci ora tutti i com-ponenti necessari: dal ponte di diodi da25 ampère, ai condensatori che devonoavere una tensione di lavoro di 100 volt,al trasformatore che deve essere di tipotoroidale. Foriamo la basetta e allar-ghiamo con una lima i fori destinati alponte PD1 che dispone di terminali tipofaston. Procediamo alla saldatura deicomponenti sulla piastra prestandomolta attenzione alla polarità dei con-densatori. Rispettiamo anche il segno“+” del ponte di diodi come indicatonel piano di cablaggio. A montaggioultimato colleghiamo il secondario deltrasformatore ai punti “TF1” dellabasetta e il primario alla rete luce a 220volt. Con un tester verifichiamo la pre-senza delle corrette tensioni di uscita:tra i punti 0V e +V dobbiamo misurareuna tensione positiva di poco superioreai 70 volt, mentre tra i punti 0V e -Vdobbiamo misurare una uguale tensionecon polarità negativa.

TARATURA E COLLAUDO

Se la verifica è positiva, bisogna realiz-zare i necessari collegamenti verso ilmodulo mosfet: il positivo dell’alimen-tatore va al +72V dell’amplificatore, ilnegativo va al -72V, e la massa va alpunto 0V. Prima di dare tensione all’a-limentatore ponete il cursore del trim-

mer R15 tutto verso il collettore del T6e quello di R1 a metà corsa; date ten-sione dopo aver collegato all’uscita delfinale una resistenza da 8 Ohm-20 watt.Con un tester disposto alla misura ditensioni continue con fondo scala di 1 o2 volt misurate il potenziale dell’uscita(puntale negativo a massa e positivo sulfusibile F1); se si discosta molto da ±40millivolt agite sul trimmer R1 ruotan-done il cursore fino a rientrare al valorepredetto o, meglio, fino ad azzerare latensione letta sul tester. Fatto ciò spe-gnete l’alimentatore, lasciate trascorre-re un minuto, quindi dopo aver dispostoil tester alla misura di correnti continuecon fondo scala di 500 milliampère,collegatelo in serie al ramo positivo dialimentazione (il puntale positivo va alpositivo dell’alimentatore, mentre ilnegativo va al +72V del finale). Ridatetensione all’alimentatore e verificate ilvalore della corrente che scorre nelramo positivo di alimentazione; agitequindi sul cursore del trimmer R15 finoa leggere sul tester un valore di130÷140 milliampère. Fatto ciò spe-gnete l’alimentatore e, trascorso unminuto, rimuovete il tester e ripristinateil collegamento del ramo positivo di ali-mentazione. Riaccendete l’alimentatoree, dopo aver disposto il tester alla misu-ra di tensioni c.c. con fondo scala di200 millivolt effettuate nuovamente lamisura dell’offset all’uscita, ritoccandoeventualmente il trimmer R1. La taratu-ra è così terminata e l’amplificatore èpronto all’uso. Facciamo presente chetutte le operazioni di taratura vannoeffettuate con l’ingresso (punti “IN”) incortocircuito.

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