High end, low cost: MiniBax preamplifier
Un pre attivo a stato solido proposto da Mauro Penasa come utile complemento ad alcuni suoi progetti, tra cui in particolare il “MyRef”, ma adatto per qualsiasi altra applicazione dove sia utile un preamplificatore attivo (nella configurazione proposta il guadagno è unitario ma, come spiegato nella descrizione, è anche possibile impostare un guadagno maggiore di uno).
Schema Circuito audio
Schema Alimentatore
PCB per potenziometri a passo tipo Alps:
Lato rame
Lato componenti
PCB per potenziometri cermet o plastica conduttiva della Vishaym, Spectrol e Bourns:
layout (jpg)
lato rame
lato componenti
lato componenti
PCB by M. Dalla Caneva (titano) e R. Romagnoli (riccardo).
Pub. 03/03/2006, 09/11/2006.
MiniBax: preamplificatore © Mauro Penasa
Preamplificatore MP MiniBax 01
Presentazione del pre e descrizione funzionale (by R.Romagnoli, 2006)
Un pre attivo a guadagno unitario di Mauro Penasa (prototipazione e sviluppo a cura di Marco Dalla Caneva e Riccardo Romagnoli). Si ringrazia Rs components per l'assistenza.
Quello che vi presentiamo in queste pagine è il frutto di un lavoro nato secondo quello che è lo spirito animatore di AudioFaiDaTe, una sintesi fra la preparazione individuale, il confronto di idee, l'ispirazione che ne può scaturire, la filosofia "open source", e infine, la buona volontà e la voglia di sperimentare.
Le righe che seguono spiegano bene come e perché nasca una elettronica audio, un preamplificatore, in questo caso, e quale ne sia la specifica utilità, o necessità, in tempi in cui l'utilizzo di un pre sembra in molti casi superfluo. Come è nostra abitudine, assieme all'esauriente commento tecnico e all'invito a costruirlo immediatamente, abbiamo inserito una "piccola sfida".
Quello che vi presentiamo è un preamplificatore ad amplificatori operazionali duali. Ve ne suggeriamo il primo lotto, marca e tipo.
Tuttavia, ben consci di quanto sia difficile riuscire a valutare con attenzione tutti i possibili candidati, ci divertiremo a conoscere le vostre scelte, e, perché no, se del caso, a criticarle apertamente... Il tutto, come ben sapete, a esclusivo beneficio della nostra formidabile attività, l'Audio_fai_da_te.
In calce al testo troverete una lista di componenti, coscienziosamente selezionati, che, nel complesso, vi daranno notevoli risultati. Possono essere usati tranquillamente come base permanente mentre vi arrovellate con la scelta degli operazionali... o cambiati, secondo il vostro gusto e la vostre conoscenze tecniche personali.
Prima di passare all'esauriente disamina delle problematiche e alla presentazione del progetto, un avvertimento doveroso: il MP MiniBax01 è sorprendentemente valido, offre caratteristiche sonore di prim'ordine, e potrà soddisfare e sconcertare piacevolmente i più.
Tuttavia, come nello spirito del progettista, Mauro Penasa, e del suo lavoro "open source" già presentato su AudioFaiDaTe, il MP MiniBax01 è da considerarsi un progetto basico, e non esaustivo delle notevolissime possibilità offerte dalla topologia presentata.
Sentitevi quindi autorizzati a intervenire, sul nostro forum, per presentare le Vostre idee, e motivare le vostre scelte.
In ogni caso, vi avviso: se vi è piaciuto il My_Ref, e non potrebbe essere altrimenti, lasciatemelo dire, non dovete avere esitazione alcuna. Questo preamplificatore è stato pensato, costruito, messo a punto, con un obbiettivo principale: essere completamente in sinergia con il My Ref, e quel che più conta, suonare bene.
Accendete il saldatore, e buon lavoro.
Riccardo Romagnoli
il MiniBax01 e il My Ref
l'interno del MiniBax01
§.1, l'eterno dilemma fra preamplificazione passiva e attiva;
a) grandezze e limiti dei sistemi "passivi" (potenziometro o scatti senza buffer intorno)
Si leggono dibattiti sulle composizioni del regolatore di volume (ladder e non ecc...) composizione chimica delle resistenze e loro numero, ma c'è in genere una "scarsa" conoscenza delle prestazioni generali di questi sistemi.
Sappiamo tutti che un controllo del volume passivo ha 2 elementi chiave che devono essere dimensionati: Zin e Zout (impedenza di ingresso ed uscita). Esse sono imprescindibilmente legate tra loro, con modalità dipendenti dalla topologia di attenuatore usata. In teoria la Zin elevata garantisce un ottimo accoppiamento con la sorgente, ma a noi serve un bassa o bassissima Zout, per cui ci tocca mediare.
Perché ci serve una bassa Zout ?
Se osservate i grafici di impedenza che trovate nel link "switch attenuator network", (sezione RISORSE n.d.r.) trovate, diviso per categorie di connessione (vedremo più avanti) la curva fucsia (Zout) ha sempre un valore finito e legato in vario modo al valore (globale e sempre maggiore) di Zin. Dato che sappiamo che l'uscita del volume si deve interfacciare sempre con un altro stadio (finale), andiamo a scoprire cosa succede quando questo valore diventa relativamente alto:
- Zout si compone con le capacità parassite e non presenti a valle del volume, e crea un filtro passa-basso, con frequenza di taglio legata ai valori Zout e C ( 1/(2pigrecoRC), scusate la sintassi).
Nel caso il controllo sia esterno al finale i cavi di segnale e la loro lunghezza la fanno da padrone, ma praticamente tutti i finali hanno loro RC interne di filtro.
Per fare un esempio un volume che presenta in uscita 10Kohm, collegato a 1m di cavo con 200pF/m di capacità forma un filtro passa basso del primo ordine (20dB/decade) a circa 80Khz. Ma se questo si combina con un filtro interno al finale, questo filtro arriva facilmente in banda audio, limitando da una parte la risposta in frequenza, ma anche creando altri fenomeni dannosi, come una variazione di fase tra 1Khz e 20Khz molto elevata (un filtro passivo influisce sulla fase del segnale già con Ft dell' ordine di 100Khz e più...).
In base alla topologia usata (vedi link) questo fenomeno deviante può essere "non costante", ma dipendente dalla posizione del volume, e qui arriviamo a giustificare molte affermazioni reperibili su scritti in rete e non.
Soluzione: ridurre al massimo la Zout, in modo che le capacità di collegamento, i filtri del finale e quant'altro creino dei filtri passa basso a frequenze >> banda audio, diciamo di un fattore 10 (200Khz), per limitare in modo drastico
l'udibilità del fenomeno. Per essere tranquilli conviene ipotizzare alte capacità, come nel mio esempio, e prevedere una Zout non maggiore di 2 o 3Kohm, ovviamente nelle condizioni di massima Zout che la topologia scelta propone.
Ora viene da se che la nostra Zin non potrà essere molto alta, dipende in parte dalla topologia costruttiva dello attenuatore, ma al massimo può essere ci circa 4 volte la Zout max), come nel caso del potenziometro ordinario.
Osservando la regoletta di cui sopra, non riusciamo ad usare elementi con Zin > di circa 10Kohm, molto adatta per fonti digitali e bufferizzaate, ma non per tutte le fonti in generale (è un buon compromesso).
b) preamplificatore passivo: i problemi di variazione di Z vs. posizione volume:
alcune dinamiche di non linearità di risposta causata dalla Zout le abbiamo già viste, ora si deve prendere in considerazione una dinamica simile anche per la Zin. Essa rappresenta il carico per la sorgente, ma non tutte la configurazioni mantengono costante questo carico.
Nel caso del classico pot logaritmico (o rete resistiva con switch), a variare è solo la Zout, per cui il vero limite sta nel dimensionamento a bassa Zout (classico 10Kohm buon compromesso). Le reti "ladder" fanno praticamente l'inverso, cambia la Zin vs posizione volume e rimane (relativamente) costante la Zout.
Quale rete conviene usare? Dipende da quale elemento (fonte o finale) è il più "immune" dalle variazioni.
Nel caso di un pre passivo, conviene dare per scontato che "il peggio" viene dalla fonte, per cui conviene la soluzione a Zin costante. Un basso valore di Zout garantirà un buon accoppiamento con i finali.
Altro elemento da ricordare, un elevato valore resistivo, sia in Zin che Zout aumenta le dinamiche di diafonia tra i collegamenti. Le capacità parassite sono nel ordine di diversi picoFarad (un ottimo contatto di relay, aperto, ha circa 1pF) e se la resistenza del circuito ha un valore elevato ci possono essere diafonie interstadio dell'ordine di parecchi dB.
Allego un semplice schema di pot. passivo, con simulazione di risposta in frequenza e fase per vari punti di intervento del pot. La cosa che si nota è che per tutti i valori intermedi di resistenza (i punti di massima Zout del Pot) gli effetti del filtro indesiderato si vedono anche in banda audio.
Abbiamo ipotizzato un filtro PB nell'ampli tarato a circa 700Khz, che non è certo un valore "impiccato". La curva corretta (dell'ampli) è quella relativa a 0dB di attenuazione, cioè quando il potenziometro non "parzializza" il livello.
Ovviamente il generatore ha una Zout di 600ohm, che interagisce anche essa con il filtro (indipendentemente dal pot.), ma rappresenta una "media" delle impedenze di uscita che si trovano su apparecchi commerciali.
Ricordate che normalmente si ascolta con il pot a circa -30 -10db, verificate dove è la curva di filtro indesiderato a quei livelli e "soffrite". Stesso discorso per la fase. Verificate gli sfasamenti pesanti che il pot introduce anche quando la Ft non lavora molto in ampiezza, in zona audio.
Un ultimo appunto, molti finali tendono a modificare il DF vs. frequenza al variare della resistenza che vedono all'ingresso, e anche il rapporto S/N.
Avete scoperto che "cambiate amplificatore" ogni volta che toccate il volume (passivo) del vostro impianto...
Al di là del tipo di potenziometro, la cosa fondamentale è una semplice applicazione dei concetti di circuito equivalente AC e della serie parallelo di resistenze.
Con riferimento al disegno seguente:
la resistenza 'che si vede' dal punto A è R1+R2
Guardando dal punto B, in alternata il generatore di segnale (in tensione) è un corto e quindi è come se il punto A fosse A GND. Guardando in B allora vedrò le due resistenze R1 e R2 in parallelo (supponiamo che l'amplificatore abbia resistenza ingresso infinita per semplicità). Il valore del parallelo è dato dalla nota formula (R1*R2)/(R1+R2).
Poiché R1+R2 è diverso da (R1*R2)/(R1+R2), la resistenza di ingresso del partitore (vista da A) è diversa da quella di uscita (vista da B) e segnatamente la prima maggiore della seconda, tranne che per le posizioni estrema del cursore, dove R1 o R2 si annullano:
§.2, Ipotesi di un pre passivo;
1. Tutti i generatori di tensione sono idealizzati con resistenza interna 0. Questo significa che dal punto di vista della corrente circolante essi rappresentano un corto circuito. per capire il concetto pensate ad una pila, e al fatto che essa va sempre "caricata" su una resistenza per gestire una corrente "di lavoro". se chiudete il circuito con un filo nasce una corrente enorme, a causa della resistenza interna "tendente a 0". Il vostro lettore di CD (su schema teorico) vedetelo sempre come una batteria, che ha bisogno di "lavorare" su una resistenza "adeguata" (>10Kohm) per funzionare.
2. dal punto 1 si evince che tutti gli stadi che fanno da amplificazione o adattamento di segnale sono progettati per essere collegati a queste fonti di tensione, per cui lavorano al meglio se la resistenza del "generatore" è molto bassa (tendente a 0.)
3. non si deve confondere la resistenza di ingresso con i parametri teorici degli elementi in gioco (generatori e carichi ) un' accoppiamento ideale tra due stadi è formato da un generatore con 0 resistenza e un "carico" (stadio seguente) a resistenza infinita. Maggiore è la congruenza con questo concetto migliore sarà la qualità del collegamento.
4. Quando si ragiona su elementi in corrente alternata (o tensione) valgono gli stessi concetti che in CC, per quel che riguarda i fenomeni resistivi. Se nel circuito sono inseriti elementi "reattivi" (condensatori e induttanze) le dinamiche cambiano in funzione della frequenza del segnale e spesso si identificano le condizioni di carico "reale" dei nostri circuito come "impedenze" che sta ad identificare la condizione di carico effettivo dato dalla combinazione di tutti gli elementi in gioco.
5. Dal punto 4 si evince che anche quando si mettono in serie/ parallelo dei componenti reattivi, le condizioni di carico ideali sono le stesse, ma bisogna considerare sempre il range di frequenza in cui si lavora e la posizione/ valore dei componenti reattivi. Questo principio fa si che, per un circuito disaccoppiato in AC con un condensatore in serie al segnale, dal punto di vista del funzionamento teorico del circuito, l' impedenza "di accoppiamento" possa essere analoga ad un accoppiamento diretto...
Detto questo e visto il circuito equivalente, è chiaro che un potenziometro ha una resistenza di ingresso costante e una di uscita variabile in base alla formula di parallelo di res. che è massima quando le 2 semi-res. sono uguali.
Le condizioni di carico migliori, per un pot passivo come gestore di volume sono quelle di massimo livello e minimo livello. tutte le condizioni intermedie (quelle di uso ordinario) sono (proporzionalmente alla distanza dai punti di max e min ) le più "disturbate"....
Riguardo al discorso ampli integrato o meno. credo che sia evidente che in un ampli integrato ci sono i margini di manovra per minimizzare gli effetti negativi del pot. , come è altrettanto evidente che questo vale quando si dispone di tutti i margini di manovra (conoscenza e disponibilità del circuito).
§. 3 Necessità di un preamplificatore "separato"?:
Resta la necessità di pensare a un Preamplificatore "a se stante", adatto anche per essere inserito in sistemi più complessi.
La soluzione può essere nel pensare ai vari "blocchi" elementari, per poi usarli in combinazioni più o meno complesse a seconda dell' applicazione, senza perderne il "carattere".
Se siamo ufficialmente nella "zona attiva" del discorso, vediamo il "da farsi":
controllo meccanico (potenziometro o switch meccanici):
a) mettiamo un pot meccanico da 50Kohm (Zinput adatta a tutto), e nello stesso "gruppo" un buffer (in uscita), a guadagno unitario, per ridurre al massimo i problemi di rumore e THD generato. Esso deve essere in grado di pilotare cavi e quant' altro, e dimensionato in modo da non risentire delle variazioni del Pot.
b) struttura "a" ma con guadagno fisso di qualche dB
c) come b ma con collegamento "baxandall", che manda il buffer tra guadagno e attenuazione in modo attivo (classico pre a "guadagno attivo"). Migliore prestazione possibile del gruppo pot + buffer (vedi DC e altri argomenti su qualità del pot), ma sezione attiva più complessa...
d) controllo elettronico:
(necessitano di una gestione digitale locale)
e) dac moltiplicatore + buffer. Prestazioni eccellenti (dipendenti praticamente dal "idealità" del buffer usato), no contatti, ma Zin tipica di circa 15Kohm, probabile necessità anche di buffer in ingresso.
f) chips dedicati (tipo CS3310 e PGA23xx). Fanno tutto loro ma quel che c'è c'è, niente possibilità di "lavorare" sugli elementi attivi. I PGA sembrano migliori, io ho provato il CS3310 ma non mi esalta. sono adatti ad usi per sistemi secondari, come multi-channel ecc... Alcune realizzazioni "esoteriche" ne fanno uso, ma spesso in forma differenziale (bilanciato), che io non ho testato...
g) gruppo di relay con reti resistive, + buffer di uscita. come soluzione a-b meccanica ma con relay al posto di pot meccanici... A parte la "manovrabilità" migliorata, niente di diverso da soluzione meccanica a switch...
h) gruppo di resistenze con commutatori analogici a stato solido. Un ibrido tra d e f. rispetto a relay ci sono più possibilità di THD, ma come nel caso precedente dipende tutto dalla configurazione del buffer usato. Threshold ha usato qualcosa di simile, di recente...
§. 4, Il Pre di Tipo Baxandall, base del MP MiniBax01
Ovviamente ci possono essere delle varianti ibride, e la scelta dipende molto dalla topologia che si vuole usare...
vi si propone un circuito "completo" da cui estrapolare una configurazione "Baxandall". La parte che ci interessa è quella di NE5532, usato a mero titolo di esempio, sostituibile con tutti i "compensati" mono o duali che si trovano, oppure da buffer tosti a discreti.
U1a bufferizza il segnale da elaborare, per rendere il lavoro del potenziometro scorporato dalle caratteristiche della sorgente, e U1b esegue il "guadagno attivo". Nel caso del circuito non c'è guadagno, e il pot esegue una attenuazione, ma cambiando il rapporto tra R3 e R4 si può avere anche un guadagno. Ovviamente il pin 5 deve essere a massa, se si usa solo la parte pre del circuito del disegno.
E passiamo quindi concretamente alla configurazione che ci interessa:
§.5 il MP MiniBax 01
Caratteristiche:
permette di usare un pot lineare, e la funzione logaritmica è svolta dal carico (R3//R4) del pot. Le differenze di tracciamento del pot. sono minimizzate al massimo.
La configurazione dell'amplificatore operazionale di uscita può avere guadagno o attenuazione continua, e questo permette al rapporto S/N di essere proporzionale alla posizione del pot. Quando il pot è al minimo, anche il rumore di U1b viene attenuato dalla rete di reazione.
Unico limite, le prestazioni di U1, anche se in questa configurazione NE5532 ha già una prestazione molto più "dignitosa" che in altre condizioni. Una soluzione molto simile è stata usata da J. Self in alcune sue pubblicazione su EW.
Questo pre "base" ha da se prestazioni tecniche eccellenti, va solo "accordato" ad un uso "audiofilo" (selezionando gli op. amp. adatti), ed ha il limite di non essere "telecomandabile" facilmente.
Alimentatore, schema di massima
Lista dei Componenti:
Un pre attivo a guadagno unitario di Mauro Penasa (prototipazione e sviluppo a cura di Marco Dalla Caneva e Riccardo Romagnoli). Si ringrazia Rs components per l'assistenza.
Quello che vi presentiamo in queste pagine è il frutto di un lavoro nato secondo quello che è lo spirito animatore di AudioFaiDaTe, una sintesi fra la preparazione individuale, il confronto di idee, l'ispirazione che ne può scaturire, la filosofia "open source", e infine, la buona volontà e la voglia di sperimentare.
Le righe che seguono spiegano bene come e perché nasca una elettronica audio, un preamplificatore, in questo caso, e quale ne sia la specifica utilità, o necessità, in tempi in cui l'utilizzo di un pre sembra in molti casi superfluo. Come è nostra abitudine, assieme all'esauriente commento tecnico e all'invito a costruirlo immediatamente, abbiamo inserito una "piccola sfida".
Quello che vi presentiamo è un preamplificatore ad amplificatori operazionali duali. Ve ne suggeriamo il primo lotto, marca e tipo.
Tuttavia, ben consci di quanto sia difficile riuscire a valutare con attenzione tutti i possibili candidati, ci divertiremo a conoscere le vostre scelte, e, perché no, se del caso, a criticarle apertamente... Il tutto, come ben sapete, a esclusivo beneficio della nostra formidabile attività, l'Audio_fai_da_te.
In calce al testo troverete una lista di componenti, coscienziosamente selezionati, che, nel complesso, vi daranno notevoli risultati. Possono essere usati tranquillamente come base permanente mentre vi arrovellate con la scelta degli operazionali... o cambiati, secondo il vostro gusto e la vostre conoscenze tecniche personali.
Prima di passare all'esauriente disamina delle problematiche e alla presentazione del progetto, un avvertimento doveroso: il MP MiniBax01 è sorprendentemente valido, offre caratteristiche sonore di prim'ordine, e potrà soddisfare e sconcertare piacevolmente i più.
Tuttavia, come nello spirito del progettista, Mauro Penasa, e del suo lavoro "open source" già presentato su AudioFaiDaTe, il MP MiniBax01 è da considerarsi un progetto basico, e non esaustivo delle notevolissime possibilità offerte dalla topologia presentata.
Sentitevi quindi autorizzati a intervenire, sul nostro forum, per presentare le Vostre idee, e motivare le vostre scelte.
In ogni caso, vi avviso: se vi è piaciuto il My_Ref, e non potrebbe essere altrimenti, lasciatemelo dire, non dovete avere esitazione alcuna. Questo preamplificatore è stato pensato, costruito, messo a punto, con un obbiettivo principale: essere completamente in sinergia con il My Ref, e quel che più conta, suonare bene.
Accendete il saldatore, e buon lavoro.
Riccardo Romagnoli
il MiniBax01 e il My Ref
l'interno del MiniBax01
§.1, l'eterno dilemma fra preamplificazione passiva e attiva;
a) grandezze e limiti dei sistemi "passivi" (potenziometro o scatti senza buffer intorno)
Si leggono dibattiti sulle composizioni del regolatore di volume (ladder e non ecc...) composizione chimica delle resistenze e loro numero, ma c'è in genere una "scarsa" conoscenza delle prestazioni generali di questi sistemi.
Sappiamo tutti che un controllo del volume passivo ha 2 elementi chiave che devono essere dimensionati: Zin e Zout (impedenza di ingresso ed uscita). Esse sono imprescindibilmente legate tra loro, con modalità dipendenti dalla topologia di attenuatore usata. In teoria la Zin elevata garantisce un ottimo accoppiamento con la sorgente, ma a noi serve un bassa o bassissima Zout, per cui ci tocca mediare.
Perché ci serve una bassa Zout ?
Se osservate i grafici di impedenza che trovate nel link "switch attenuator network", (sezione RISORSE n.d.r.) trovate, diviso per categorie di connessione (vedremo più avanti) la curva fucsia (Zout) ha sempre un valore finito e legato in vario modo al valore (globale e sempre maggiore) di Zin. Dato che sappiamo che l'uscita del volume si deve interfacciare sempre con un altro stadio (finale), andiamo a scoprire cosa succede quando questo valore diventa relativamente alto:
- Zout si compone con le capacità parassite e non presenti a valle del volume, e crea un filtro passa-basso, con frequenza di taglio legata ai valori Zout e C ( 1/(2pigrecoRC), scusate la sintassi).
Nel caso il controllo sia esterno al finale i cavi di segnale e la loro lunghezza la fanno da padrone, ma praticamente tutti i finali hanno loro RC interne di filtro.
Per fare un esempio un volume che presenta in uscita 10Kohm, collegato a 1m di cavo con 200pF/m di capacità forma un filtro passa basso del primo ordine (20dB/decade) a circa 80Khz. Ma se questo si combina con un filtro interno al finale, questo filtro arriva facilmente in banda audio, limitando da una parte la risposta in frequenza, ma anche creando altri fenomeni dannosi, come una variazione di fase tra 1Khz e 20Khz molto elevata (un filtro passivo influisce sulla fase del segnale già con Ft dell' ordine di 100Khz e più...).
In base alla topologia usata (vedi link) questo fenomeno deviante può essere "non costante", ma dipendente dalla posizione del volume, e qui arriviamo a giustificare molte affermazioni reperibili su scritti in rete e non.
Soluzione: ridurre al massimo la Zout, in modo che le capacità di collegamento, i filtri del finale e quant'altro creino dei filtri passa basso a frequenze >> banda audio, diciamo di un fattore 10 (200Khz), per limitare in modo drastico
l'udibilità del fenomeno. Per essere tranquilli conviene ipotizzare alte capacità, come nel mio esempio, e prevedere una Zout non maggiore di 2 o 3Kohm, ovviamente nelle condizioni di massima Zout che la topologia scelta propone.
Ora viene da se che la nostra Zin non potrà essere molto alta, dipende in parte dalla topologia costruttiva dello attenuatore, ma al massimo può essere ci circa 4 volte la Zout max), come nel caso del potenziometro ordinario.
Osservando la regoletta di cui sopra, non riusciamo ad usare elementi con Zin > di circa 10Kohm, molto adatta per fonti digitali e bufferizzaate, ma non per tutte le fonti in generale (è un buon compromesso).
b) preamplificatore passivo: i problemi di variazione di Z vs. posizione volume:
alcune dinamiche di non linearità di risposta causata dalla Zout le abbiamo già viste, ora si deve prendere in considerazione una dinamica simile anche per la Zin. Essa rappresenta il carico per la sorgente, ma non tutte la configurazioni mantengono costante questo carico.
Nel caso del classico pot logaritmico (o rete resistiva con switch), a variare è solo la Zout, per cui il vero limite sta nel dimensionamento a bassa Zout (classico 10Kohm buon compromesso). Le reti "ladder" fanno praticamente l'inverso, cambia la Zin vs posizione volume e rimane (relativamente) costante la Zout.
Quale rete conviene usare? Dipende da quale elemento (fonte o finale) è il più "immune" dalle variazioni.
Nel caso di un pre passivo, conviene dare per scontato che "il peggio" viene dalla fonte, per cui conviene la soluzione a Zin costante. Un basso valore di Zout garantirà un buon accoppiamento con i finali.
Altro elemento da ricordare, un elevato valore resistivo, sia in Zin che Zout aumenta le dinamiche di diafonia tra i collegamenti. Le capacità parassite sono nel ordine di diversi picoFarad (un ottimo contatto di relay, aperto, ha circa 1pF) e se la resistenza del circuito ha un valore elevato ci possono essere diafonie interstadio dell'ordine di parecchi dB.
Allego un semplice schema di pot. passivo, con simulazione di risposta in frequenza e fase per vari punti di intervento del pot. La cosa che si nota è che per tutti i valori intermedi di resistenza (i punti di massima Zout del Pot) gli effetti del filtro indesiderato si vedono anche in banda audio.
Abbiamo ipotizzato un filtro PB nell'ampli tarato a circa 700Khz, che non è certo un valore "impiccato". La curva corretta (dell'ampli) è quella relativa a 0dB di attenuazione, cioè quando il potenziometro non "parzializza" il livello.
Ovviamente il generatore ha una Zout di 600ohm, che interagisce anche essa con il filtro (indipendentemente dal pot.), ma rappresenta una "media" delle impedenze di uscita che si trovano su apparecchi commerciali.
Ricordate che normalmente si ascolta con il pot a circa -30 -10db, verificate dove è la curva di filtro indesiderato a quei livelli e "soffrite". Stesso discorso per la fase. Verificate gli sfasamenti pesanti che il pot introduce anche quando la Ft non lavora molto in ampiezza, in zona audio.
Un ultimo appunto, molti finali tendono a modificare il DF vs. frequenza al variare della resistenza che vedono all'ingresso, e anche il rapporto S/N.
Avete scoperto che "cambiate amplificatore" ogni volta che toccate il volume (passivo) del vostro impianto...
Al di là del tipo di potenziometro, la cosa fondamentale è una semplice applicazione dei concetti di circuito equivalente AC e della serie parallelo di resistenze.
Con riferimento al disegno seguente:
la resistenza 'che si vede' dal punto A è R1+R2
Guardando dal punto B, in alternata il generatore di segnale (in tensione) è un corto e quindi è come se il punto A fosse A GND. Guardando in B allora vedrò le due resistenze R1 e R2 in parallelo (supponiamo che l'amplificatore abbia resistenza ingresso infinita per semplicità). Il valore del parallelo è dato dalla nota formula (R1*R2)/(R1+R2).
Poiché R1+R2 è diverso da (R1*R2)/(R1+R2), la resistenza di ingresso del partitore (vista da A) è diversa da quella di uscita (vista da B) e segnatamente la prima maggiore della seconda, tranne che per le posizioni estrema del cursore, dove R1 o R2 si annullano:
§.2, Ipotesi di un pre passivo;
1. Tutti i generatori di tensione sono idealizzati con resistenza interna 0. Questo significa che dal punto di vista della corrente circolante essi rappresentano un corto circuito. per capire il concetto pensate ad una pila, e al fatto che essa va sempre "caricata" su una resistenza per gestire una corrente "di lavoro". se chiudete il circuito con un filo nasce una corrente enorme, a causa della resistenza interna "tendente a 0". Il vostro lettore di CD (su schema teorico) vedetelo sempre come una batteria, che ha bisogno di "lavorare" su una resistenza "adeguata" (>10Kohm) per funzionare.
2. dal punto 1 si evince che tutti gli stadi che fanno da amplificazione o adattamento di segnale sono progettati per essere collegati a queste fonti di tensione, per cui lavorano al meglio se la resistenza del "generatore" è molto bassa (tendente a 0.)
3. non si deve confondere la resistenza di ingresso con i parametri teorici degli elementi in gioco (generatori e carichi ) un' accoppiamento ideale tra due stadi è formato da un generatore con 0 resistenza e un "carico" (stadio seguente) a resistenza infinita. Maggiore è la congruenza con questo concetto migliore sarà la qualità del collegamento.
4. Quando si ragiona su elementi in corrente alternata (o tensione) valgono gli stessi concetti che in CC, per quel che riguarda i fenomeni resistivi. Se nel circuito sono inseriti elementi "reattivi" (condensatori e induttanze) le dinamiche cambiano in funzione della frequenza del segnale e spesso si identificano le condizioni di carico "reale" dei nostri circuito come "impedenze" che sta ad identificare la condizione di carico effettivo dato dalla combinazione di tutti gli elementi in gioco.
5. Dal punto 4 si evince che anche quando si mettono in serie/ parallelo dei componenti reattivi, le condizioni di carico ideali sono le stesse, ma bisogna considerare sempre il range di frequenza in cui si lavora e la posizione/ valore dei componenti reattivi. Questo principio fa si che, per un circuito disaccoppiato in AC con un condensatore in serie al segnale, dal punto di vista del funzionamento teorico del circuito, l' impedenza "di accoppiamento" possa essere analoga ad un accoppiamento diretto...
Detto questo e visto il circuito equivalente, è chiaro che un potenziometro ha una resistenza di ingresso costante e una di uscita variabile in base alla formula di parallelo di res. che è massima quando le 2 semi-res. sono uguali.
Le condizioni di carico migliori, per un pot passivo come gestore di volume sono quelle di massimo livello e minimo livello. tutte le condizioni intermedie (quelle di uso ordinario) sono (proporzionalmente alla distanza dai punti di max e min ) le più "disturbate"....
Riguardo al discorso ampli integrato o meno. credo che sia evidente che in un ampli integrato ci sono i margini di manovra per minimizzare gli effetti negativi del pot. , come è altrettanto evidente che questo vale quando si dispone di tutti i margini di manovra (conoscenza e disponibilità del circuito).
§. 3 Necessità di un preamplificatore "separato"?:
Resta la necessità di pensare a un Preamplificatore "a se stante", adatto anche per essere inserito in sistemi più complessi.
La soluzione può essere nel pensare ai vari "blocchi" elementari, per poi usarli in combinazioni più o meno complesse a seconda dell' applicazione, senza perderne il "carattere".
Se siamo ufficialmente nella "zona attiva" del discorso, vediamo il "da farsi":
controllo meccanico (potenziometro o switch meccanici):
a) mettiamo un pot meccanico da 50Kohm (Zinput adatta a tutto), e nello stesso "gruppo" un buffer (in uscita), a guadagno unitario, per ridurre al massimo i problemi di rumore e THD generato. Esso deve essere in grado di pilotare cavi e quant' altro, e dimensionato in modo da non risentire delle variazioni del Pot.
b) struttura "a" ma con guadagno fisso di qualche dB
c) come b ma con collegamento "baxandall", che manda il buffer tra guadagno e attenuazione in modo attivo (classico pre a "guadagno attivo"). Migliore prestazione possibile del gruppo pot + buffer (vedi DC e altri argomenti su qualità del pot), ma sezione attiva più complessa...
d) controllo elettronico:
(necessitano di una gestione digitale locale)
e) dac moltiplicatore + buffer. Prestazioni eccellenti (dipendenti praticamente dal "idealità" del buffer usato), no contatti, ma Zin tipica di circa 15Kohm, probabile necessità anche di buffer in ingresso.
f) chips dedicati (tipo CS3310 e PGA23xx). Fanno tutto loro ma quel che c'è c'è, niente possibilità di "lavorare" sugli elementi attivi. I PGA sembrano migliori, io ho provato il CS3310 ma non mi esalta. sono adatti ad usi per sistemi secondari, come multi-channel ecc... Alcune realizzazioni "esoteriche" ne fanno uso, ma spesso in forma differenziale (bilanciato), che io non ho testato...
g) gruppo di relay con reti resistive, + buffer di uscita. come soluzione a-b meccanica ma con relay al posto di pot meccanici... A parte la "manovrabilità" migliorata, niente di diverso da soluzione meccanica a switch...
h) gruppo di resistenze con commutatori analogici a stato solido. Un ibrido tra d e f. rispetto a relay ci sono più possibilità di THD, ma come nel caso precedente dipende tutto dalla configurazione del buffer usato. Threshold ha usato qualcosa di simile, di recente...
§. 4, Il Pre di Tipo Baxandall, base del MP MiniBax01
Ovviamente ci possono essere delle varianti ibride, e la scelta dipende molto dalla topologia che si vuole usare...
vi si propone un circuito "completo" da cui estrapolare una configurazione "Baxandall". La parte che ci interessa è quella di NE5532, usato a mero titolo di esempio, sostituibile con tutti i "compensati" mono o duali che si trovano, oppure da buffer tosti a discreti.
U1a bufferizza il segnale da elaborare, per rendere il lavoro del potenziometro scorporato dalle caratteristiche della sorgente, e U1b esegue il "guadagno attivo". Nel caso del circuito non c'è guadagno, e il pot esegue una attenuazione, ma cambiando il rapporto tra R3 e R4 si può avere anche un guadagno. Ovviamente il pin 5 deve essere a massa, se si usa solo la parte pre del circuito del disegno.
E passiamo quindi concretamente alla configurazione che ci interessa:
§.5 il MP MiniBax 01
Caratteristiche:
permette di usare un pot lineare, e la funzione logaritmica è svolta dal carico (R3//R4) del pot. Le differenze di tracciamento del pot. sono minimizzate al massimo.
La configurazione dell'amplificatore operazionale di uscita può avere guadagno o attenuazione continua, e questo permette al rapporto S/N di essere proporzionale alla posizione del pot. Quando il pot è al minimo, anche il rumore di U1b viene attenuato dalla rete di reazione.
Unico limite, le prestazioni di U1, anche se in questa configurazione NE5532 ha già una prestazione molto più "dignitosa" che in altre condizioni. Una soluzione molto simile è stata usata da J. Self in alcune sue pubblicazione su EW.
Questo pre "base" ha da se prestazioni tecniche eccellenti, va solo "accordato" ad un uso "audiofilo" (selezionando gli op. amp. adatti), ed ha il limite di non essere "telecomandabile" facilmente.
Alimentatore, schema di massima
Lista dei Componenti:
| Componente | quantità | Codice RS | Prodotto |
|---|---|---|---|
| C1 | 2 | 823-998 | 1uF 63 V |
| R1 | 2 | 148-972 | 100K 1/4 w Str.met 1% |
| R2 | 2 | 165-769 | 1K 1/4 w str.met 0,1% |
| C2 | 2 | 264-4747 | 100 pF 200Vcc Cog |
| C3 | 2 | 312-1469 | 100nF 63V |
| R3 | 2 | 166-267 | 3k3 1/4 w str. Met 0,1% |
| R4 | 2 | 166-267 | 3k3 1/4 w str. Met 0,1% |
| C4 | 2 | 264-4719 | 10 pF 200Vcc Cog |
| R5 | 2 | 165-769 | 1K 1/4 w str.met 0,1% |
| R6 | 2 | 149-644 | 100 ohm 1watt str met |
| Rgnd | 2 | 1 ohm 1/4 watt str.met 1% | |
| C (2) | 4 | 49-1040 | 100uF 25V |
| C pow Led | 1 | 56 uF 35 V | |
| RpwrLED | 1 | 1 | |
| RpwrLED | 2 | 1 | |
| Diodi 1N4001 | 2 | 261-148 | Diodi raddrizzatori |
| R Filter | 4 | 214-1901 | 470 Ohm 2 watt str.met |
| Zener | 4 | 812-500 | BZX85 15V |
| C filtro | 4 | 315-0928 | 2200 uF 50V |
| C bypass supply | 2 | 312-1469 | 100nF 63V |
| Trasformatore | 1 | 223-8550 | 30Va 230 2 x Sec 0-18V |
| Faston Maschi PCB | 534-834 | faston maschi pcb, ottone stagnato | |
| Zoccoli dil 8 poli | 2 | 813-115 | Zoccolo dil 8 per IC 8 poli |
| Ponti raddrizzatori | 2 | 183-4214 | 4A 100V Kbu43 |
| potenziometro | 1 | 368-1624 | 10K doppio, lineare, cermet |
| IC duale | 2 | 436-3046 | NE5532AP |
| Connettori PCB 2 poli | 4 | Amp Tyco passo 2,54 |
Lo Staff di AudioFaiDaTe
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