Cover Story di Diego Barone Il tweeter al plasma · Cover Story Costruire Hi-Fi N. 170 12 della...

Cover Storydi Diego Barone

Il tweeter al plasmaATTENZIONE: I tweeter oggetto di questo articolo utilizzano tensioni elevate, irradiano forti campi elettromagnetici (Figura 01) e produconoozono. Niente di preoccupante, ma comunque sufficiente a classificarequesti oggetti come potenzialmente pericolosi. Replicateli solo se avetel’assoluta certezza di quello che state facendo.

Costruire Hi-Fi N. 1708

INTRODUZIONETutti sappiamo che il suono si propagaper mezzo di onde di pressione attra-verso l’aria che ci circonda.Tali ondedi pressione penetrano nel nostroorecchio, sollecitano il timpano efanno muovere tutta la catena di ossi-cini che a loro volta stimolano i nervicausando, appunto, la percezione delsuono. Analogamente, tutti sappiamoche queste onde di pressione possonoessere generate tramite un altoparlan-te: il cono (movimentato dalla bobinamobile a sua volta alimentata dall’am-plificatore), muovendosi, provoca lospostamento dell’aria la formazionedelle onde di pressione. Esistono moltialtri metodi per la creazione delleonde di pressione; di particolare inte-resse, non fosse altro che per l’aura dimistero che la circonda, è l’impiego diuna scarica elettrica. Che una scaricaelettrica possa produrre un rumorenon è certo un mistero: basta pensareai tuoni o anche all’accendigas pie-zoelettrico. Lo strano (ma solo perchènon fa parte dell’esperienza di tutti igiorni) è associare la scarica non tantoad uno schiocco, quanto, piuttosto, adun suono. Per dirla tutta, tutto iniziònel lontano 2002, quando(Ales)Sandro Furlanetto pubblicò ilsuo “Tweety” proprio su CHF. Allora misembrò un’idea talmente balzana eoriginale che ... spinto dalla curiositàiniziai una ricerca che mi ha portato acostruire due diverse famiglie di twee-ter e a scoprire che il tweeter al pla-sma coinvolge un insieme talmentevasto di discipline, di tecniche e disoluzioni che lo rendono estremamen-te affascinante. Bene, in questo artico-lo cercherò di riassumere i risultatidella ricerca che ho condotto in questiultimi 10 anni. Ricerca che è ben lon-tana dall’essere conclusa, ma chemerita di essere raccontata.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTOPrima di procedere è però necessariodare una giustificazione, almeno qua-litativa, del perchè il tweeter al plasma

funziona. Immaginiamo una scaricaelettrica che esca da un elettrodoappuntito: una scarica a corona, nonun arco fra due elettrodi.

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Semplificando il più possibile, possia-mo pensare che la scarica sia compo-sta da aria estremamente calda (inrealtà ci saranno anche ioni e un po’del metallo dell’elettrodo vaporizzato acausa dell’alta temperatura, ma per inostri scopi è sufficiente pensare chesia solo aria calda). La scarica hadelle dimensioni limitate, per cui èragionevole pensare che in un certaposizione sia collocata una superficiedi separazione fra l’aria calda dellascarica e l’aria fredda dell’ambiente(che hanno densità diverse e quindisono distinguibili). A questo puntoimmaginiamo di riuscire ad aumentarele dimensioni della scarica. Ne conse-gue che la superficie di separazionecon l’aria fredda si sposta allontanan-dosi dall’asse dell’elettrodo.Viceversa, se le dimensioni della sca-rica si riducono allora la superficie diseparazione si avvicina all’asse del-l’elettrodo. Immaginiamo ora di modu-lare la dimensione della scarica conun andamento periodico: otteniamo uncorrispondente spostamento periodicodella superficie di separazione. Mamuovere la superficie di separazionevuol dire muovere anche l’aria freddache circonda la scarica. Il risultato èdel tutto analogo a quanto avviene con

un normale altoparlante: si produconoonde di pressione. Di conseguenza,se riusciamo a modulare la dimensio-ne della scarica con un segnale audiootteniamo un suono udibile. Si parla ditweeter perchè la scarica è general-mente di piccole dimensioni, riesce amuovere piccole quantità di aria e si

presta quindi solo alla riproduzionedelle alte frequenze. In linea di princi-pio, aumentando le dimensioni dellascarica aumenta la pressione acusticarealizzabile e si abbassa la frequenzadi taglio. La scarica funziona da tra-sduttore acustico con un metodo mec-canico del tutto simile a quello degli

Figura 01: a causa dell’intenso campo elettrico un tubo al neon si illumina perfettamen-te semplicemente avvicinandolo all’elettrodo

Figura 02: driver RF per la bobina di Tesla


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altoparlanti. Tuttavia, c’è una differen-za fondamentale: la scarica occupa unvolume nello spazio. Modulare ladimensione della scarica comporta lamodulazione di un volume, quindi haeffetto sulle tre dimensioni, e le ondedi pressione vengono generate lungole tre dimensioni dello spazio. Nelcaso di un altoparlante, il cono simuove soltanto lungo l’asse, le ondedi pressione sono sostanzialmentepiane e infatti l’altoparlante haun’emissione essenzialmente frontale,tant’è che, anche chiudendo gli occhi,in genere riusciamo a capire la posi-zione dell’altoparlante. Nel caso della scarica a corona,l’emissione è sferica, il suono vieneirradiato in tutte le direzioni e fa uneffetto strano, difficile da descrivere.In pratica sembra che il suono sia giànell’aria e non che provenga da unpunto specifico. E’ un po’ come ilsuono delle campane che ci avvolgecompletamente e sembra che si formidirettamente nella nostra testa. Niente

vieta, comunque, di utilizzare un arcovoltaico fra due elettrodi. In tal casol’emissione non è sferica ma divienepressoché cilindrica, perché la lun-ghezza della scarica è imposta dalladistanza fra gli elettrodi e la modula-zione può agire soltanto sul diametro. Per questa caratteristica ascoltare iltweeter al plasma è un’esperienzaaffascinante, nonostante tutti i limitiche questa tecnologia comporta. Ingiro per la Rete si legge che il tweeteral plasma è estremamente lineare,che non ha masse in movimento, cheè estesissimo in alto, ecc. E’ vero, ma fino ad un certo punto:infatti, bisogna considerare che c’èbisogno di un driver ad alta tensione edi un modulatore e che la loro linearitàe la loro banda passante condizionanole effettive prestazioni.Personalmente ritengo che un buon

tweeter tradizionale sia difficilmentesuperabile dal tweeter al plasma.Tuttavia l’emissione sferica e la picco-la scintilla danzante trasferiscono sen-

sazioni ed un fascino che giustifical’impegno richiesto.

TWEETER A CORONAPer realizzare un tweeter a coronaserve... una scarica a corona, che siamodulabile in qualche modo e, requisi-to ancora più importante, che siasilenziosa; infatti una generica scaricaa corona tende a muoversi creando iltipico rumore crepitante. In giro per laRete si legge (e le prove lo conferma-no) che la forma di una scarica a coro-na (ed il rumore ad essa associato)dipende anche dalla frequenza dell’al-ta tensione che la produce. Nel casodi alimentazione con frequenza sulcentinaio di kHz, la scarica è piuttostoramificata e crepitante. Al cresceredella frequenza il rumore si trasformain un soffio uniforme e più o meno apartire dai 3MHz la scarica divienesimile alla fiamma di un accendino etotalmente silenziosa. Come realizzia-mo un generatore di alta tensione(parecchie decine di kV) alla frequen-

Figura 03: Le alimentazioni duali per l’ampificatore ed i buffer sono realizzate con un piccolo trasformatore dedicato.


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za di quache MHz e che sia modulabi-le? Il modo più “semplice” è la bobinadi Tesla! La bobina di Tesla è general-mente nota per la possibilità di produr-re tensioni estremamente elevate(anche svariate centinaia di kV) con lequali scoccare scintille di notevole lun-ghezza (in giro per la Rete si trovanovarie realizzazioni amatoriali che, ali-mentate con qualche kW, produconofulmini lunghi anche più di un metro!).Secondo una prima approssimazione(molto, ma molto approssimata: suwww.diegobarone.it gli interessatipotranno trovare una trattazione rigo-rosa), la bobina può essere vista comauna specie di circuito risonante LC. Setale circuito viene in qualche modosollecitato esattamente alla frequenzadi risonanza, allora ai suoi capi si svi-luppa una tensione molto elevatalegata, secondo una legge di propor-zionalità non del tutto lineare, allapotenza con cui la bobina è effettiva-mente alimentata. La tensione prodot-ta potrà essere talmente elevata dainnescare una scarica a corona. Ciservirà quindi un driver a radiofre-quenza che sia in grado di alimentarela bobina di Tesla agganciandosi esat-tamente alla frequenza di risonanza.In giro per la Rete si trovano centinaiadi schemi di questi driver, per la mag-gior parte accomunati dall’utilizzo delpentodo EL519 e strettamente impa-rentati con il Dukane 14A435A vendu-to con il marchio IONOVAC negli anni’60: si confronti il sitowww.ionovac.com. Per il mio tweeterho sviluppato un driver completamen-te allo stato solido: non è stato facile,perché il minimo errore comporta l’im-mediata rottura del mosfet di potenza(di errori, durante lo sviluppo, se nefanno tanti, soprattutto se non si haancora ben capito come funziona labobina); tuttavia il risultato è stato ildriver di Figura 02. Questo circuitonon ha niente di magico né veramenteinnovativo: è la traduzione in chiavesemiconduttori del circuito a valvoleuniversalmente impiegato.Brevemente: la bobina è alimentatadirettamente dal drain un mosfet (ilcomune BUZ91, caratterizzato da ten-sione massima 600V e corrente mas-sima 8A), a sua volta pilotato inmaniera molto “robusta” da un driver

costituito da un amplificatore opera-zionale opportunamente bufferato perconsentirgli di erogare correnti dell’or-dine degli ampere. Le resistenze sulsource servono a stabilizzare il puntodi lavoro evitando la deriva termica,mentre le resistenze sul drain contri-buiscono a limitare la corrente impulsi-va nel mosfet e a dare il giusto contri-buto alla risposta in fase dell’insieme“induttore di drain – bobina di Tesla” inmodo da consentire il corretto aggan-cio della frequenza di risonanza. Ilsegnale di ingresso per l’amplificato-re-driver di gate viene prelevato conuna piccola antenna che andrà collo-cata nelle immediate vicinanze del-

l’elettrodo di alta tensione. In questomodo si chiude un anello di reazioneche sfrutta la risposta in frequenzadella bobina di Tesla per agganciarsiesattamente alla sua frequenza dirisonanza garantendo così il correttofunzionamento. Tutti i componentisono indicati a schema con la solaeccezione dell’induttore di carico didrain. In quella posizione è necessarioun induttore da 100uH, che sopportiuna corrente massima di almeno 1A eabbia frequenza di risonanza superio-re ai 20MHz. Io ho usato un induttoreEpcos venduto da RS con il codicexxxxxx. Ovviamente non è l’unicasoluzione ma, poiché entra a far parte

Figura 04: Il prototipo del tweeter a corona: dalla gabbia di schermo esce solo l’elettro-do scintillatore. I due strumenti sul frontale indicano la tensione di “bias” del driver a RF

e il livello di modulazione


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della risposta dell’anello di reazioneassieme alla bobina di Tesla, è piutto-sto critica e non è detto di indovinare ilcomponente giusto al primo tentativo.La bobina di Tesla è realizzata avvol-gendo un’ottantina di spire di filo da

0.28mm su un diametro di una ventinadi millimetri. Come supporto ho usatoun bottiglietta di pyrex comprata in unnegozio di forniture per laboratori chi-mici. Sul tappo della bottiglietta ho fis-sato un distanziale esagonale M3 con

funzione di supporto dell’elettrodoscintillatore. La realizzazione dellabobina è piuttosto critica: modificarlavuol dire alterare sia la frequenza dilavoro che altri parametri (come l’im-pedenza di ingresso e il “guadagno ditensione” alla risonanza) che a lorovolta alterano la risposta dell’anello.Di conseguenza: attenzione a comecostruite la bobina, perché non è dettoche le eventuali modifiche apportate(seppur piccole) non abbiano risvoltitalmente negativi da impedire il funzio-namento del driver. Tutte le alimenta-zioni del driver sono prodotte dall’ali-mentatore della Figura 3. Al fine digarantire la miglior qualità possibiledelle alimentazioni, i due regolatori ditensione ed i relativi condensatori dibypass della RF devono essere collo-cati molto vicino all’amplificatore ope-razionale e ai buffer dello stadio dri-ver. La linea di “alta tensione” è rica-vata con un mosfet FDH44N50 in con-figurazione inseguitore: il gate è ali-mentato da una continua stabilizzata(realizzata essenzialmente con un7824 opportunamente “sollevato” eaiutato) a cui è sovrapposta la modu-lazione. In questo modo si riesce amodulare la potenza erogata dal driverRF e, di conseguenza, le dimensionidella scarica a corona.Complessivamente sono disponibili 4regolazioni:- P1: regola la tensione di alimentazio-ne del driver RF in assenza di modula-zione. Definisce quindi una sorta di “bias”alla scarica e va regolato per la massi-ma pressione acustica indistorta.- P2: va regolato per una corrente dicirca 5mA nella coppia di BF420 checompongono il modulatore.- P3: definisce il guadagno d’anello deldriver RF e va regolato per il correttoinnesco dell’oscillazione.- P4: impone la corrente di polarizza-zione del mosfet del driver RF inassenza di oscillazione.Per la corretta regolazione occorrepartire col cursore tutto verso massa.Fornendo l’alimentazione, il driverrimarrà “morto” e non produrrà alcunaoscillazione. Ruotare quindi il cursoremolto lentamente fino all’innesco del-l’oscillazione. Un ulteriore aumentodella polarizzazione non causa un

Figura 05: Particolare del dissipatore utiizzato per i mosfet del driver RF e del modulato-re e dei due piccoli ventilatori utilizzati per garantire un minimo di circolazione d’aria.

Figura 06: All’interno della gabbia di schermo è collocato il driver a RF suddiviso in dueschede: quella superiore contiene le resistenze di carico di drain e i condensatori di filtrodell’alimentazione HV. Sulla scheda inferiore è realizzato il driver del mosfet: si noti il filorigido di rame che proviene dal distanziale in teflon nei pressi della bobina e si collegaalla scheda driver. Tale filo costituisce l’antenna che preleva il campo irradiato e consen-te l’aggancio della frequenza di risonanza


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miglioramento delle prestazioni masolo un incremento della potenza dis-sipata. L’insieme driver RF +Alimentatore/Modulatore è piuttostosemplice e funziona bene, ma richiedeuna costruzione accurata. Tenete pre-sente che lavora attorno ai 10MHz percui deve essere costruito quasi comeun trasmettitore radio: i collegamentidevono essere mantenuti molto corti esoprattutto i vari blocchi funzionalidevono essere organizzati in manierada isolare le varie funzioni. Mi spiego:- tutto il driver a RF deve essere tenu-to vicino al mosfet di potenza e allabobina di Tesla.- Occorre garantire, tramite appositischermi elettromagnetici, che il campoprodotto dalla bobina non si accoppicon il driver, altrimenti ne disturba ilfunzionamento impedendo il correttoaggancio della frequenza e causandola rottura del mosfet.- L’alimentatore/ modulatore deveessere completamente schermatodalla bobina di Tesla, altrimenti, com-plice il guadagno dello stadio modula-tore, la scarica non produrrà alcunsuono ma solo… pernacchie e rumo-racci.A questo scopo ho realizzato il tweeterall’interno di una scatola di alluminio di120x170x45mm. All’interno della sca-tola ho realizzato l’alimentatore/modu-latore. All’esterno ho messo tutta laparte RF e il trasformatore toroidale dialimentazione. La schermatura frabobina e driver RF è realizzata con deiritagli di basetta ramata e profilati dialluminio. Infine, tutta la parte RF èracchiusa dentro una gabbia con fun-zione schermante dalla quale esce ilsolo elettrodo “scintillatore”. Le foto(04, 05, 06, 07, 08) dovrebbero aiuta-re più di tante parole. Non forniscoulteriori dettagli su questa realizzazio-ne: chi si avvenura deve avere quelmisto di esperienza e manualità e ladisponibilità di adeguata strumenta-zione in modo da poter gestire autono-mamente tutte le innumerevoli variabi-li che inevitabilmente si infilano fra ladescrizione e la realizzazione pratica.

LE PRESTAZIONI OTTENUTEIl mio tweeter è stato testato nelLaboratorio di Acustica presso ilPolitecnico di Milano (un sincero gra-

zie al Prof. Livio Mazzarella, all’ing.Roberto Fumagalli e alla dott.sa SoniaAstorino per l’aiuto offerto), in partico-lare misurando la risposta in frequen-za, la distorsione e la direttività(Figure 09, 10, 11, 12, 13, 14).

LO IONOPHONELo IONOPHONE è un brevetto di tal

Sigfried Klein (credo sia databile attor-no agli anni ’50) e costituisce la famo-sa “camera di combustione” tipica deitweeter IONOVAC. E’ un metodo per:- aumentare la pressione acustica rea-lizzata dalla scarica- annullare la produzione di ozono- consentire l’accoppiamento dellascarica ad una tromba

Figura 07: Particolare della bobina di Tesla e del filo rigido usato come antenna

Figura 08: All’interno della scatola è presente il piccolo trasformatore per l’alimentazione+/7V del driver RF e la scheda dell’alimentatore/modulatore


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Lo Ionophone è essenzialmente com-posto da un elettrodo di platino coas-siale ad un tubo di quarzo (materialiscelti per resistere all’alta temperatu-ra). Il tubo di quarzo è a sua volta cir-condato da una camera in cui è prati-cato il vuoto per garantire il necessa-rio isolamento termico e innalzare latemperatura all’interno della camera(Figura 15). Di conseguenza, rispettoalla scarica in aria libera, viene riscal-data una maggiore quantità di aria atemperatura superiore. I vantaggisono:- la scarica non vibra, resta quasi per-fettamente ferma ed il rumore è annul-lato anche per frequenze relativamen-te basse (io l’ho provato con un primoprototipo del tweeter che lavoravaattorno a 1MHz). Permane soltanto unleggero soffio, ma è quasi impercetti-bile a camera di combustione calda.- Lo IONOPHONE può essere accop-piato ad una tromba aumentando cosìla pressione acustica a livelli piuttostoalti Si risolve anche il problemadell’Ozono. Infatti la scarica a corona,in aria libera, produce una certa quan-tità di Ozono perfettamente avvertibile“a naso”, ma innalzando la temperatu-ra questo gas si decompone nuova-mente in ossigeno

COME COSTRUIRE UNO IONOPHO-NE? Per una versione homemade servonoun tubetto di vetro del diametro di12/15 mm e lungo 35/40mm: per pro-vare si può usare una fiala di un cam-pione di profumo. Tuttavia, il vetro discarsa qualità tende a sciogliersi ebruciare (col tempo si forma un puntocarbonizzato che attira e vincola lascarica in un punto aumentando ladistorsione); pertanto, per una versio-ne definitiva, occorre:- un tubo di pyrex oppure un pezzo delbulbo di una lampada alogena (piutto-sto facile da tagliare col disco diaman-tato del dremel);- un tondino in acciaio inox (diametro3mm) appuntito ad un’estremità- un distanziale in Teflon- un distanziale in acciaio inox.Nella Figura 16 una vista d’insiemedei vari componenti pronti per essereassemblati. L’elettrodo è incastratodentro il distanziale di acciaio (ho

Figura 09: il tweeter collocato al centro della camera anecoica

Fig. 10: “panoramica” del tweeter e dei microfoni di misura.

Figura 11: (asse verticale: pressione sonora SPL in dB; asse orizzontale: frequenza in Hz) :risposta in frequenza a 1m. Questa misura suggerisce che il tweeter può essere utilmen-te impiegato a partire dai 5kHz. Il decadimento oltre i 20kHz è da imputare in parte alsistema di misura ed in parte al modulatore.


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usato un pezzeto di alluminio da cuci-na per favorire il bloccaggio) e hoavvolto qualche giro di nastro di cartaper fare spessore (e garantire il suc-cessivo bloccaggio delle parti contubetto termorestringente). Il tuttodeve essere assemblato in modo chel’elettrodo spunti per circa un centime-tro dentro il tubo di vetro (Figura 17).Mi raccomando, non usate colle (néAttack, né le varie bicomponenti, né lecolle a caldo) perché si squaglianocon le alte temperature, sono pur sem-pre conduttive (anche se di poco) el’alta tensione va a scaricarsi su diesse carbonizzandole in pochi secon-di e, se anche non bruciano, sonofonte di inaccettabile distorsione (per-ché “tirano” la scarica in una certaposizione impedendole di muoversiliberamente). Quindi, nel dubbio, met-tere un secondo strato di termorestrin-gente. Attenzione: il termorestringenteè relativamente conduttore (conside-riamo che con diverse decine di kVresistenze enormi tirano correnti nonpiù trascurabili), pertanto occorre farein modo che la punta dell’elettrodo stiaalmeno 6 7 mm oltre il bordo del ter-morestringente. In alternativa si puòusare un piccolo imbuto di pyrex nelquale far affiorare l’elettrodo. L’imbutopuò facilmente essere accoppiato aduna tromba (figura 18). Insomma,potete divertirvi a sperimentare un’infi-nità di soluzioni. Ovviamente con latromba si perde l’emissione sferica, esi introduce la risposta della trombacon tutti i suoi pregi/difetti.

TWEETER AD ARCOIn questo caso viene utilizzata nonuna scarica a corona, ma un vero eproprio arco voltaico fra due elettrodi.E’ evidente che l’eventuale modulazio-ne potrà agire soltanto sulla sezionedella scarica, poiché la lunghezza èsaldamente vincolata dalla distanzafra gli elettrodi. Di conseguenza il dia-gramma di radiazione sarà assimilabi-le ad un cilindro. Ad un confronto diret-to, il tweeter a corona è sicuramentepiù coinvolgente e... magico, nonfosse altro che per la piccola scintillache sembra perdersi nell’aria. Con iltweeter ad arco è più semplice (inten-diamoci, con questi oggetti il “sempli-ce” va sempre inteso in senso relativo,

non c’è niente di assolutamente “sem-plice” né immediato) ottenere scintille“lunghe” (dell’ordine dei 30 – 40mm) ingrado quindi di muovere una maggiorequantità di aria. Di conseguenza iltweeter ad arco avrà una frequenza ditaglio più bassa (sul mio esemplare sisentono facilmente i 500Hz) e riusciràa produrre una pressione sonora

molto maggiore. Se il principio di fun-zionamento è il medesimo dei tweetera corona, la realizzazione pratica èmolto diversa; infatti c’è bisogno diuna scarica fra due elettrodi e occorreriuscire a modularne la sezione. Il dri-ver deve possedere le seguenti carat-teristiche: - elevata tensione a vuoto; per inne-

Figura 12: (asse verticale: pressione sonora SPL in dB, asse orizzontale: frequenza in Hz):analisi spettrale della pressione acustica prodotta applicando all’ingresso una sinusoidepura a 1kHz

Figura 13: (asse verticale: pressione sonora SPL in dB, asse orizzontale: frequenza in Hz):analisi spettrale della pressione acustica prodotta applicand in ingresso una sinusoidepura a 4kHz. E’ evidente che il modulatore ha margini di miglioramento piuttosto ampi.


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mosfet sono a loro volta gestiti dal dri-ver U5 che riceve il clock di riferimen-to direttament dall’alimentatore/modu-latore. Anche in questo caso, la modu-

lazione della scarica avviene modu-landone direttamente la potenza di ali-mentazione tramite la linea +HV. Lacorrente di scarica è limitata dallareattanza dei condensatori di accop-piamento C14 e C15 e infatti variandola frequenza di commutazione delsemiponte si riesce a regolare la cor-rente di scarica. E’ da notare che il semiponte produceun’onda quadra e che i condensatoridi accoppiamento limitano la correntegrazie alla loro reattanza, ma sui fron-ti di commutazione fanno poco o nulla;di conseguenza la corrente nel prima-

Figura 14: disposizione dei microfoni perla misura del diagramma di radiazione.Le misure di risposta in frequenza diquesti 4 microfoni sono risultate presso-chè sovrapponibili. Inoltre, ruotando iltweeter in 4 diverse posizioni non sisono evidenziate variazioni apprezzabili(e questo era ovvio in partenza, visto chela scarica è pressochè simmetrica lungol’asse dell’elettrodo). Pertanto si può con-lcudere che il tweeter a corona ha effet-tivamente un’emissione sferica (disturba-ta solo dalla presenza dell’elettrodo e daltelaio).

Figura 15: dettaglio dello IONOPHONE in un disegno d’epoca

Figura 16: componenti di uno ionopho-ne casalingo (una provetta di un cam-pione di profumo, un chiodo appuntitoincastrato in un distanziale esagonale diottone, un distanziale di teflon).

Figura 17: lo ionophone assemblato.

scare una scarica in aria secca occor-re all’incirca 1kV al millimetro, quindise vogliamo una scarica lunga 40mm,occorre una tensione a vuoto di alme-no 40kV.- Limitazione della corrente di cortocir-cuito: la scarica, una volta innescata,è un percorso conduttore a bassa resi-stività, occorre quindi un sistema chelimiti la corrente di scarica in manierada non distruggere il driver stesso.- Banda passante estesa almenoquanto la banda audio (quindi almeno20kHz). Ho pensato quindi ad un dri-ver come nella Figura 19. C’è vera-mente poco da dire: i due mosfetMFT2 e MFT3 sono collegati a semi-ponte e generano (a partire dalla lineadi alimentazione +HV) un’onda quadrache, tramite i condensatori di accop-piamento C14 e C15 alimenta il prima-rio del trasformatore elevatore. I

Figura 18: la provetta cilindrica è stata sostituita con un imbutino di pyrex per un miglio-re accoppiamento con una tromba.


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rio del trasformatore ha una formastrana: una specie di sinusoide consovrapposti (in corrispondenza deifronti di commutazione) degli impulsistretti ma molto ampi (dell’ordine diuna ventina di ampere). Questa caratteristica è molto utile per-ché forza la riaccensione della scaricaad ogni ciclo. Per la cronaca: ho pro-vato a limitare la corrente con uninduttore (di fatto ho aumentano i C14e C15 fino ad una ventina di microfa-rad e aggiunto un induttore da 10uH inserie al trasformatore, in maniera daavere più o meno lo stesso valoreassoluto di reattanza considerandoche il semiponte lavora a circa60kHz). Risultato: la corrente assorbi-ta dal semiponte è più o meno la stes-sa, ma la scarica è molto più instabile,tende a spengersi e, una volta spenta,non si riaccende. Due parole sul trasformatore elevato-re. Occorre un trasformatore EAT per ivecchi televisori con tubo catodico cheNON integri il condensatore di altatensione. Infatti la presenza del con-densatore impedisce di avere una sca-rica uniforme e costante: all’innescodella scarica il condensatore si scaricaimmediatamente con uno schioccosecco. Poi la scarica si spenge e il condensa-tore inizia a ricaricarsi fino alla suc-

cessiva scarica. Il risultato è una seriedi schiocchi fragorosi. Io ho usato un(ormai obsoleto) FN36N.3004B dellaELDOR. L’avvolgimento primario è compostoda 5+5 spire di filo da 0.5 millimetriquadri avvolto direttamente sullacolonna del nucleo. I due “semiprima-

ri” sono poi collegati in parallelo(Figura 20). Attenzione che l’ottimalenumero di spire primarie dipendonodal trasformatore effettivamente utiliz-zato, quindi, probabilmente, dovretefare qualche tentativo. L’uscita altatensione del trasformatore si collegadirettamente ad uno degli elettrodi.

Figura 19: driver

Figura 20: particolare del trasformatore ELDOR FN3636N.3004B. Si noti il primario com-posto da 5+5 spire di filo da 0.5mm quadri avvolto direttamente sulla colonna del

nucleo.


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L’altro elettrodo è saldamente collega-to al lato “freddo” dell’avvolgimento dialta tensione e alla massa dell’interosistema. Gli elettrodi sono costituiti dauna coppia di spine di acciaio (diame-tro 4mm) opportunamente appuntite,tenute in posizione con due tondi dialluminio in cui ho praticato un foroper la spina e un foro (filettato M3) peruna vite che forza sulla spina stessa ela tiene in posizione. I due tondi dialluminio sono a loro volta incastrati indue fori praticati in un barra di teflonusato come isolatore. Al solito: le foto spiegano meglio dimille parole (Figura 21). Le alimenta-zioni e il clock di riferimento al driversono forniti direttamente dall’alimenta-tore/modulatore della Figura 22.Cuore del sistema è l’oscillatore for-mato da U2a e U2b: e la frequenza dilavoro è regolabile con R5 nell’inter-vallo 100kHz – 300kHz (più o meno) eFigura 21: particolare degli elettrodi e loro supporto.

Figura 22: alimentatore/modulatore


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fornisce un’onda quadra (dal pin 7) eun’onda triangolare (dal pin 1). L’ondaquadra è applicata al divisore di fre-quenza U3 che a sua volta fornisce ilclock di riferimento per il semiponte.L’onda triangolare è aplicata al com-paratore U2a il cui riferimento è forni-to dal trimmer R9. Il segnale audio si somma direttamen-te al riferimento fornito da R9 cosicchèsul pin 10 di U2c è presente un’ondaquadra il cui dutycycle segue fedel-mente l’andamento del segnale audiodi ingresso. Tale onda quadra con dutycycle varia-bile è applicata, tramite un opportunodriver, al mosfet MFT1 che, assieme aldiodo D2 e all’induttore L1, costitui-scono un semplicissimo regolatoreswitching stepdown. Il risultato è chela tensione sulla linea +HV è una repli-ca del segnale audio di ingressoamplificata e traslata su un valormedio imposto con il trimmer R9, cosìda poter modulare la potenza di ali-mentazione del trasformatore elevato-re e, di conseguenza, le dimensionidella scarica. A schema non è indicato, ma convieneaggiungere un condensatore da10microfarad direttamente fra il curso-re del trimmer R9 e la massa: almomento dell’accensione il modulato-re è forzato a fornire la massima ten-sione +HV possibile così da garantirel’innesco della scarica. L’intero modulatore è a sua volta ali-mentato con una continua di circa 50Vottenuta da una coppia di alimentatoriswitching con uscita +24V collegati inserie.

COME SI REGOLA IL TUTTO?Intano si collega il jumper JP1 per pre-levare il riferimento al semiponte daU3B e il JP2 per prelevare la modula-zione dall’uscita di U2C. Poi si scollega il primario del trasfor-matore elevatore, si alimenta il modu-latore con circa 50V e si regola il trim-mer R9 per portare la linea +HV acirca 30V. Regolare R5 per portare lafrequenza di commutazione del semi-ponte a circa 40kHz. Spengere tutto, collegare il trasforma-tore elevatore e, cosa importantissi-ma, disporre una coppia di elettrodiappuntiti ad una distanza di 30mm.

Collegare quindi questi elettrodi ai ter-minali di uscita del trasformatore EAT.Fornire nuovamente l’alimentazione everificare che la scarica si inneschi eche la corrente assorbita dal semipon-te sia all’incirca 2 – 3A.Eventualmente ritoccare la frequenzadi lavoro, stando però attenti a nonsuperare i 50kHz (altrimenti c’èilrischio di avvicinarsi troppo alla fre-quenza di risonanza del secondariodel trasformatore di causarne la rottu-ra). Applicare un segnale audio all’in-gresso e regolare il R9 per il massimolivello audio indistorto.

Fig 23: Foto del prototipo alla prima accensione: il tondo di teflon sarà poi sostituitodalla versione più lunga in maniera da allontanare i supporti degli elettrodi (pur mante-

nendo la stessa lunghezza di scarica) e diminuire il calore trasferito verso il supportostesso. Il vetro dietro gli elettrodi era pensato per fare da riflettore e concentrare l’emis-

sione in avanti. Funzionava ma ... ovviamente distruggeva l’emissione cilindrica e inoltresi rompeva facilmente per il calore. Per questi motivi è stato eliminato.

Figura 24: il mio tweeter ad arco in versio-ne definitiva, con il mobiletto in legno e lagabbia di protezione della scarica.


Cover Story di Diego Barone Il tweeter al plasma · Cover Story Costruire Hi-Fi N. 170 12 della...

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