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Le novità del VHF-MOS

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Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 24/8/2013, 02:03

Rispetto al VHF-N, il nuovo VHF-MOS porta con se' le seguenti modifiche principali:

1) stadio di ingresso a JFET;

2) stadio di uscita con MOSFET;

3) alimentazione stabilizzata tramite LM3x7;

4) miglioramento dei circuiti ausiliari.

Stadio di ingresso
Analogo a quello del VHF-N, solo che la coppia differenziale è composta da JFET invece che BJT. Il vantaggio di questa sostituzione è che, essendo il gate dei JFET completamente isolato, non scorre alcuna corrente nel circuito di ingresso, corrente che poi, non essendoci alcun condensatore di accoppiamento, sarebbe costretta a circolare nel potenziometro, come accade nel VHF-N. 

Di per se' questa corrente (corrente che scorre nella base del BJT), essendo molto piccola, non comporta nessun problema a parte quello di una certa rumorosità del potenziometro quando si gira la manopola del volume, avvertibile come una specie di fruscio. La cosa più fastidiosa, nel VHF-N, è quella di non poter utilizzare un potenziometro di valore diverso da quello previsto da progetto (10 Kohm). Un valore del potenziometro di 50 K, ad esempio, farebbe aumentare eccessivamente la tensione continua che si localizza sul suo cursore a causa proprio della corrente di base, provocando effetti piuttosto fastidiosi compreso quello dell'intervento della protezione. 

Tenete presente che questo problema deriva dalla decisione di non voler utilizzare alcun condensatore sul percorso del segnale. Sarebbe stato infatti tutto più semplice con un condensatore all'ingresso, che avrebbe bloccato la corrente di base impedendogli di scaricarsi sul potenziometro. E in effetti, nella maggior parte dei progetti con ingresso a BJT il condensatore c'è anche per questo motivo. In giro trovate facilmente schemi di amplificatori a JFET senza condensatore, ma quelli a BJT sono pochissimi, e il VHF-N fa parte di questi ultimi.

Il motivo per cui non si è voluto il condensatore all'ingresso è di tipo più filosofico che tecnico. Se infatti si parte dal presupposto (o dal pregiudizio?) che il miglior condensatore è quello che non c'è, allora non ha senso fare un'eccezione per lo stadio di ingresso. E' vero che conta anche il valore e la tipologia del condensatore, ma un progettista che comincia a fare eccezioni spesso ha la tentazione di semplificarsi la vita, e un'eccezione tira l'altra fino a far diventare un progetto del tutto banale.

Quindi un piccolo particolare, quello dell'assenza di un condensatore, può vincolare tutto il progetto su parametri ben precisi: per questo progettare un amplificatore tutto accoppiato in continua è più difficile. Nel VHF-N si è fatta un'opera di equilibrismo, cercando di soddisfare gli appetiti audiofili (niente condensatori) e nel contempo tenere in piedi tutta la baracca. 

Col senno di poi, ho capito che forse invece alcuni audiofili il condensatore l'avrebbero preferito. Perchè è più facile scaricare le proprie insoddisfazioni uditive (e non solo) su un componente bersaglio - il povero condensatore in questo caso - piuttosto che rimanere frustrati dalla sua assenza. Oppure perchè in effetti piace davvero in senso assoluto: quel condensatore che costa decine e decine di euro dovrà pure aggiungere qualcosa di buono al segnale, o no?


Ultima modifica di bandAlex il 2/9/2013, 22:46, modificato 2 volte
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da eisenstein il 24/8/2013, 02:43

Lo stadio a finale sempre SE?
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da eisenstein il 24/8/2013, 02:45

(di componenti costerà di più o di meno del VHF-N?)
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da vale25 il 24/8/2013, 12:14

Non Avrei voluto, ma mi costringi a vendere il mio vhf n per reperire i fondi necessari :)
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 24/8/2013, 12:40

eisenstein ha scritto:Lo stadio a finale sempre SE?
La base è quella di un VHF-N, quindi sì.


Ultima modifica di bandAlex il 2/9/2013, 22:46, modificato 1 volta
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 24/8/2013, 12:42

eisenstein ha scritto:(di componenti costerà di più o di meno del VHF-N?)
Di meno, per il fatto che diversi componenti sono stati eliminati. Tra questi, 10 condensatori elettrolitici, 1 ponte di diodi, 2 led.
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 24/8/2013, 14:02

Torniamo allo stadio di ingresso.

Qui potete vedere lo schema di un singolo canale del VHF-MOS:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] (fare click con il tasto destro del mouse e poi "apri in un'altra scheda")

Noterete l'estrema somiglianza con il VHF-N, ma anche un certo grado di semplificazione. 

I JFET utilizzati sono i [Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link], prodotti da Fairchild. Chi deciderà di prendere la pcb, riceverà anche due coppie di tali JFET selezionati, visto che la versione TO92 di questo componente è ormai introvabile. La Fairchild ha pensato bene di mettere fuori produzione i TO92 subito dopo che avevo terminato il lavoro sul VHF-MOS. Per fortuna che ne avevo fatto una buona scorta, e che quelli SMD sembra che rimarranno in produzione ancora per diverso tempo.

Tecnicamente non ci sarebbero problemi a usare un altro JFET di caratteristiche simili; il problema è che i JFET a canale P sono rari, e quelli che si trovano sono quasi tutti a montaggio superficiale. Ma anche tra quelli a canale N non è che la scelta sia così vasta. Gran parte dei modelli che erano in produzione fino a pochi anni fa oramai fanno parte della storia dell'audio, come il rinomato 2SK170 di Toshiba. 

Una volta disegnata la pcb, mi sono accorto della situazione dei 2N5460, e l'unica mossa sensata sarebbe stata quella di ridisegnare l'intero circuito di ingresso invertendo la polarità di tutti i semiconduttori e optando quindi per i JFET a canale N, più diffusi. Ma buttare via il lavoro di tante settimane, soprattutto dopo aver visto che il circuito suona alla grande, dovete perdonarmi, ma non me la sono sentita.
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da eisenstein il 24/8/2013, 16:19

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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da AlfaP il 24/8/2013, 16:39

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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da smanettone il 24/8/2013, 16:50

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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da torna il 24/8/2013, 20:04

bandAlex ha scritto:I JFET utilizzati sono i [Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link], prodotti da Fairchild. Chi deciderà di prendere la pcb, riceverà anche due coppie di tali JFET selezionati, visto che la versione TO92 di questo componente è ormai introvabile. La Fairchild ha pensato bene di mettere fuori produzione i TO92 subito dopo che avevo terminato il lavoro sul VHF-MOS. Per fortuna che ne avevo fatto una buona scorta, e che quelli SMD sembra che rimarranno in produzione ancora per diverso tempo.
Non esistono adattatori come quelli che si usano per gli operazionali?
Diversamente, si potrebbe utilizzare la versione SMD solo modificando la piazzola dei JFET?

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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 24/8/2013, 20:11

torna ha scritto:Non esistono adattatori come quelli che si usano per gli operazionali?
Guarda che la tua è un'idea da tenere in considerazione. Si potrebbe benissimo fare un adattatore SOT23 -> TO92, chissà che non esista già...

Diversamente, si potrebbe utilizzare la versione SMD solo modificando la piazzola dei JFET?
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E anche qui hai perfettamente ragione: si potrebbe benissimo fare la pcb through-hole con il montaggio SMD dei soli JFET... oppure prevedere entrambe le tipologie di contenitore... uhm... smokeing 
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da torna il 24/8/2013, 20:25

Effettivamente l'idea che mi ronzava in testa era quella della "doppia" piazzola in modo da non avere problemi con componenti "rari".


MI PIACE questo fermento, si prevede un autunno/inverno ricco di piacevolissime novità!

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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da vale25 il 24/8/2013, 20:30

La soluzione mista mi sembra la piú interessante :)
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 24/8/2013, 23:47

vale25 ha scritto:La soluzione mista mi sembra la piú interessante :)
E purtroppo però sembra che non sarà possibile realizzarla: pensavo di fare in tempo a sostituire il file inviato ai tedeschi per la produzione venerdì scorso, e invece niente da fare.

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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 25/8/2013, 00:08

Rispetto ai BJT i JFET hanno una trasconduttanza decisamente inferiore, e questo comporta un open loop gain inferiore, il che a sua volta vuol dire un tasso di feedback dello stadio di ingresso inferiore rispetto alla versione con BJT. Ciò si traduce in un leggero aumento della THD, ma siamo sempre su valori (all'uscita del VAS) che si attestano intorno allo 0.01%, e dubito che questo possa essere rilevabile all'ascolto. Per compensare almeno parzialmente la diminuita trasconduttanza è stato diminuito il valore delle resistenze di degenerazione del differenziale, R2 e R3.

All'ascolto i JFET contribuiscono ad "ammorbidire" leggermente il suono dell'ampli, ma senza perdere la caratteristica rivelatrice e - per alcuni - radiografante del VHF-N. Una volta aggiustato il valore dei componenti per accogliere i nuovi arrivati, devo dire che questo suono non mi dispiace affatto, ma anzi tende ad evidenziare maggiormente l'ambienza delle registrazioni, rendendo l'ascolto molto gradevole. Questa sensazione l'ho registrata subito dopo aver fatto la sostituzione dei soli JFET. Con l'arrivo del MOSFET, il salto è stato ancora più ampio.


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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 25/8/2013, 00:28

Qualcuno - non faccio nomi, ma solo i nick: eisenstein - plauderà a questa diminuzione del feedback, detto anche controreazione negativa, lo spauracchio attuale di quasi tutti gli audiofili. Ma questo è un discorso che ricade nell'ambito delle proprie preferenze - e credenze - personali, ambito nel quale non voglio entrare. Invece, posso dire di aver ascoltato circuiti fortemente controreazionati che suonavano benissimo, e altri che invece suonavano male, per cui il tasso di controreazione, di per se', non credo che significhi molto. 

Tra l'altro, dobbiamo ricordarci che il VHF-MOS (come il VHF-N) ha lo stadio di uscita (cioè quello di potenza che fornisce corrente alla cuffia) al di fuori del loop di controreazione. Questo vuol dire che la distorsione generata da tale stadio non ha alcun modo di essere appianata dal feedback, e di conseguenza quello che si rileva (e si ascolta) dall'uscita cuffia è in gran parte il contributo dello stadio finale, quello che per sua natura tende a distorcere maggiormente. 

La distorsione massima che si registra con il VHF-MOS al limite del clipping con un carico di 100 ohm è di circa lo 0.5%, mentre ai  livelli di un normale ascolto si sfiora appena lo 0.03%. Questo è possible grazie al finale dotato di cascode dinamico, che linearizza enormemente il dispositivo di uscita.
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da eisenstein il 25/8/2013, 13:02

Quanta corrente scorre tra lo stadio di ingresso in tensione e quello finale?
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 25/8/2013, 15:34

eisenstein ha scritto:Quanta corrente scorre tra lo stadio di ingresso in tensione e quello finale?
Uhm... interpreto la domanda in questo modo:

Quanta corrente scorre nella coppia differenziale di ingresso e qual'è quella di riposo del finale?
Il differenziale è alimentato da un CCS che è impostato su 3 mA, quindi in ciascun JFET scorrono circa 1.5 mA. 

La corrente di riposo del finale, quella che scorre nel MOSFET, è di 130 mA.

Nel VAS Q7 invece scorrono ben 10 mA, e questo per un motivo ben preciso, di cui parleremo nel prossimo post affrontando lo stadio di uscita.
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da eisenstein il 25/8/2013, 15:42

...intendevo chiedere quanta corrente pilota lo stadio di uscita (nel lighting sono 3 milliampere con cui il secondo triodo pilota lo stadio finale).
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 25/8/2013, 22:27

eisenstein ha scritto:...intendevo chiedere quanta corrente pilota lo stadio di uscita (nel lighting sono 3 milliampere con cui il secondo triodo pilota lo stadio finale).
Uhm... stavolta non ho interpretazioni da dare... grande sorriso
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da eisenstein il 25/8/2013, 22:49

...e quindi? blink
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 25/8/2013, 22:51

eisenstein ha scritto:...e quindi? blink
Non ho capito la tua domanda. Scritta così, non ha molto senso.
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Re: Le novità del VHF-MOS

Messaggio Da bandAlex il 26/8/2013, 00:59

I JFET ci permettono di eliminare la fastidiosa corrente di base che circola nel potenziometro, pagando un costo tutto sommato piuttosto piccolo, quello di una THD leggermente superiore dello stadio di ingresso.

Per avere le prestazioni migliori, i due JFET Q2 e Q3 dovrebbero essere selezionati per la stessa IDSS, ma ho visto che anche senza selezione la seconda armonica si mantiene comunque su livelli abbastanza contenuti. 

Ed ora passiamo allo stadio di uscita, composto da Q10/Q11, Q12/Q9. 

Q11 è il mosfet in configurazione source-follower, coadiuvato da Q10 insieme al quale compone un cascode dinamico. Q10 rende costante la tensione tra drain e source, e nel contempo minimizza le capacità intrinseche del mosfet, ampliando la banda passante e linearizzando enormemente il comportamento dello stadio di uscita. Il CCS composto da Q12/Q9 rende costante la corrente, e nel contempo costituisce un carico attivo visto dal mosfet di qualche decina di Kohm, sufficientemente alto da garantire la massima efficienza al single-ended e minimizzare la distorsione.  

Il mosfet Q11 è pilotato direttamente dal VAS Q7, ed è proprio in questo punto del circuito che si riscontra il vantaggio maggiore nell'utilizzo di un mosfet. 

Nel VHF-N il VAS pilota uno stadio finale composto da un BJT, il quale ha l'impedenza vista dalla sua base che dipende sostanzialmente dal carico (l'impedenza della cuffia) e dal beta dello stesso BJT. Con il BD139 del VHF-N e una cuffia da 50 ohm, l'impedenza del finale vista dal VAS è di circa 2 Kohm, un valore non bassissimo, ma comunque già abbastanza basso da caricare il VAS e farlo deviare dal suo comportamento più lineare. 

Nel VHF-MOS lo stadio finale è composto da un mosfet: il VAS Q7 come carico vede l'impedenza del gate isolato di Q11, impedenza che è praticamente infinita. In questo modo il VAS lavora nelle condizioni migliori, non dovendo praticamente erogare alcuna corrente per pilotare il finale. Ma ovviamente a questa meraviglia del mosfet si contrappone un piccolo inconveniente: tutti i mosfet sono caratterizzati da un'alta capacità gate-drain e gate-source. In alcuni modelli tale capacità raggiunge valori piuttosto alti, che possono superare il nanoFarad. Tale capacità fa sì che, nonostante il gate sia isolato, per pilotare il mosfet il VAS debba comunque erogare corrente a causa delle correnti di carica/scarica di tali capacità intrinseche, e ciò potrebbe causare problemi di slew-rate e aumentare la distorsione da transiente. Nel VHF-MOS questo problema è praticamente azzerato dal fatto che il VAS ha una bassa impedenza di uscita, in quanto è in loop chiuso con lo stadio di ingresso (merito del fatto che lo stadio finale è fuori dal loop di controreazione). Per migliorare ulteriormente la capacità di erogare corrente del VAS, è stata portata la corrente di bias di tale stadio a 10 mA. Ciò dovrebbe scongiurare qualsiasi problema di slew-rate anche con mosfet dalla capacità particolarmente elevata.
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Messaggio Da eisenstein il 26/8/2013, 01:14


Non hanno come il lighting uno stadio a inseguitore di emettitore che pilota lo stadio finale, alzandone l' impedenza di ingresso vista dal VAS?
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