Modulo opamp a discreti

*

Se possono farlo i canguri



possiamo farlo anche noi





Un modulo opamp, in configurazione singola o duale, a discreti.

Nell'ultima foto sopra, ne vedete uno su una piccola board di test, che fa da stadio di uscita ad un dac.

A breve, ulteriori dettagli.

E ad un primo veloce ascolto lo possiamo fare (in realta' lo puoi fare tu ) almeno allo stesso livello, se non meglio...

Ci sara' da ascoltare

Vedo già qualche piccola modifica lato saldature....eh  eh  eh

Circuiti marsupiali ...ehm volevo dire operazionali a discreti!
   

Grande Alex!!!

E sono anche garantiti a vita ... 

fstiffo ha scritto:E sono anche garantiti a vita ... 

A vita, di chi?

La frase "garantito a vita!" è una delle più insignificanti che i pubblicitari hanno inventato.

bandAlex ha scritto:
A vita, di chi?  

Dell'opamp, e' un modo elegante di dire finche' funziona funziona

Belli…
Giusto per capire, con un paio di questi non hai più bisogno di rifare lo stadio di uscita del cd….
Sostituisci il ragnetto e sei apposto.
Se non ho capito male il costo degli australiani sarebbe di circa 150 euro ad operazionale?
Mi ricordano molto le pcb di stan curtis, che chiamava se non erro discrete opamp:
http://www.stancurtis.com/Downloads/Moth%2030%20Pre%20Sub%20copy.jpg

No, i burson costano 80 euro la coppia per i singoli e 160 per i duali

Ok,
quindi per sostituire gli NE5532 sul cd50 dovrei spedire solo 160 euro.
Avevo capito il doppio, mi sembrava tanto….non che 160 euro siano pochi.
Li hai provati sul tuo cd50?
Saluti
Francesco

No, il CD-50 è ancora stock, per ora.
Il Tuner Kenwood Kt-5020, invece è stato modificato con zoccolo e opamp burson duale (per fortuna neserviva solo uno).
Il risultato, rispetto all'opamp integrato, è eccellente.

Bella giornata quella di ieri, visita al Gala dell'alta fedelta', pomeriggio di ascolti a casa di Alex, ottima cena e... sorpresa finale .

Ma arriviamo al punto focale, ovvero agli ascolti comparati delle varie versioni degli AF-C02 e dei burson...
In ascolto la versione con i nuovi 'ragnetti' smd di cui si parla in un altro thread e la versione con i 2SK170 toshiba.
Si comincia con il confronto smd/burson, che  evidenzia a mio parere una resa migliore dei nostri sui registri medi ed alti, ma con una gamma bassa un po' piu' avanti dei burson ma forse meno controllata e frenata, la cuffia gira per le teste dei fortunati presenti dando a tutti la possibilita' di ascoltare.

Arrivati al confronto con la versione con i 2SK170 vedo gli occhi stupiti, la mandibola aperta ed il tipico sorriso sul volto degli altri partecipanti, ma quando finalmente tocca a me il regolatore dell'alimentatore va in protezione per surriscaldamento visto che non era dissipato ,  e non c'e' stato poi verso di far 'ripartire' uno dei due opamp.
Mentre Alex cominciava a formulare ipotesi e a far andare i neuroni a 1000 noi, beh io in particolare , eravamo gia' con la testa alla cena .

Dopo una adeguata comparativa di pizze e fritti ed antipasti vari si ritorna verso casa di Alex dove, fortunatamente avevo lasciato una cosa da riprendere.

A quel punto riproviamo gli opamp che magicamente rifunzionano; Alex poi ne regolera' l'offset a caldo, probabile causa del precedente problema.

E finalmente cade anche la mia mandibola ed assumo quella espressione quasi ebete di chi raggiunge il nirvana.

P.S. Ospite degli opamp il dddac, eccellente macchina da musica.

Ancora una volta grazie!

molto interessante. 

Per quel poco che ho ascoltato i prototipi di Alex mi sembra siano già di buon livello rispetto ai Burson. 
Sicuramente Alex affinerà il lavoro...

b.veneri ha scritto:Bella giornata quella di ieri, visita al Gala dell'alta fedelta', pomeriggio di ascolti a casa di Alex, ottima cena e... sorpresa finale

Sono d'accordo, è stata una giornata molto gradevole, merito soprattutto della compagnia. Tra una chiacchiera e l'altra, una risata e qualche sagace battuta, è passata pure questa edizione del Gran Galà. Alla fine, dopo aver fatto il giro dell'esposizione, si ha la sensazione di un già visto e sentito: i soliti cavi demenziali, i soliti apparecchi irraggiungibili, i soliti diffusori dalle forme improbabili, e finanche un suono ancor più improbabile.

Si dichiarano formalmente dispersi i bassi. Dove sono finiti i bassi profondi, granitici e veloci di cui andavamo fieri negli anni d'oro dell'hi-fi? Quello che si è sentito ieri, e ieri dell'anno scorso, e ieri di due anni fa, e così via indietro nel tempo, è solo un pallido ricordo di quello che si sentiva alle fiere quando l'hi-fi era una cosa seria. E non parlo solo dei bassi, ovviamente. Quando l'hi-fi era una cosa seria, e non una trappola per pochi riccastri, chiunque si sarebbe accorto che nella maggior parte delle salette c'era qualcosa che non andava. L'unica risposta che posso darmi al silenzio totale su tale debacle, è che siano le mie orecchie a non funzionare bene. Oppure che concetti come correttezza timbrica, riproduzione di un fronte sonoro corretto, estensione di risposta, siano semplicemente diventati delle opinioni.

Quando in una disciplina non esistono più regole ma solo opinioni, allora vuol dire che viene meno l'essenza stessa di tale disciplina, e con essa vengono meno le motivazioni per cui seguirla. Se la parola disciplina ci sembra eccessiva, allora vuol dire che ci consideriamo esperti del nulla, in un settore dove tutto vale solo in base al prezzo di listino.

Ed ora torniamo all'argomento del thread: gli opamp a discreti.    

Innanzitutto vorrei chiarire che ancora non ho scritto nulla in quanto sono ancora in fase di studio e sperimentazione: aspetto che alcune questioni tecniche siano ben definite. Però è giusto che scriva almeno di cosa si tratta esattamente.

Ebbene, tutti sappiamo cos'è un amplificatore operazionale, detto "opamp", e lo associamo immediatamente al classico circuito integrato DIP8. Per alcuni la conoscenza termina lì, alla forma e al numero di piedini, e diciamo che va bene così, perchè in fondo un operazionale racchiude in se' il concetto di "scatola nera" e di intercambiabilità. Al massimo, bisogna capire se si tratta di un opamp singolo o duale. Proprio ad essere pignoli, può essere utile sapere se si tratta di un voltage o di un current feedback, o se la sua tensione massima di lavoro è sufficiente per il circuito in cui pensiamo di utilizzarlo. Anche il GBW, ovvero il prodotto gain bandwidth in certi casi è importante, così come lo slew-rate, e anche l'offset e il rumore possono esserlo. Resta il fatto che la maggior parte degli appassionati audiofili spesso sostituisce gli opamp nelle proprie apparecchiature, ritenendo di averne dei benefici in termini sonori. E spesso, è proprio così.

Molto tempo fa, ero un convinto sostenitore della teoria che un opamp vale l'altro: raggiunte determinate specifiche, ovvero THD, rumore, slew-rate, etc. tutti gli opamp dovrebbero suonare allo stesso modo. Che nel circuito ci sia un OPA134 o un AD817, dovrebbe cambiare poco, perchè entrambi sono degli opamp con caratteristiche eccellenti, ben superiori a quanto richiesto per l'audio. E' stato con le mie orecchie che ho scoperto con grande meraviglia che le cose non stanno affatto così. Non solo ogni tipologia di impiego ha bisogno di un opamp con caratteristiche specifiche, ma spesso opamp ritenuti eccellenti falliscono al cospetto di altri meno performanti, o comunque "suonano" in maniera del tutto diversa rispetto ad altri che dovrebbero essere simili.

La cosa all'inizio è stata abbastanza frustrante per me, perchè mi toglieva di colpo alcune certezze con le quali avevo convissuto da anni. E non è che non fossi in buona compagnia. Ma se pure io ero riuscito ad accorgermi di questi misteriosi accadimenti, possibile che non se ne accorgessero fior di ingegneri e progettisti audio?

Il problema fondamentale, quando si fanno operazioni di questo tipo, ovvero scambia questo con quello, è di separare la propria percezione dalla realtà. E poichè la maggior parte degli audiofili effettua queste operazioni in solitaria, il confine tra le due cose spesso è sfumato, evanescente, e per giunta instabile.

Un po' quello che succede con i cavi, insomma. Si cambia il cavo con un altro, e un intero universo di sensazioni nuove compare all'orizzonte, improvvisamente. Da soli, non si è in grado di capire se quell'universo è dovuto più al peso e al colore del cavo che non alla sua interazione effettiva con l'apparecchio. Se avete dubbi su questo, domandatevi perchè i cavi stanno diventando sempre più vistosi e belli. La risposta è semplice: perchè in una giungla di sensazioni, vince chi ha l'aspetto più appariscente e appagante. Un po' quello che succede in natura alla pavoncella attratta dalla coda del pavone.  

Con gli opamp però è diverso. Qualcuno potrebbe pensare che dipenda dal fatto che sono tutti neri e dimessi. Visti da una certa distanza, sono tutti uguali. Quindi la vista non è un fattore determinante, ma... la mente umana è potente, e il solo fatto di sapere che si sta effettuando una certa operazione su un circuito, può avere la sua influenza.

Però, dicevo, con gli opamp è diverso. Perchè un opamp è un componente sofisticato, complesso, e le sue interazioni con un circuito sono indiscutibili. Anzi, spesso un opamp è il circuito, costituendone la parte essenziale di amplificazione.

Con l'evoluzione tecnologica gli opamp ora sono quasi tutti a circuito integrato, ma non è detto che debba essere così. Anzi, in epoche non tanto remote gli amplificatori operazionali erano fatti con le valvole, e anche oggi per diversi impieghi professionali - tipicamente negli studi di registrazione - molti degli opamp utilizzati sono a componenti discreti, senza valvole, ma con tanti transistor. E sembrerebbe che gli opamp a discreti "suonino" molto meglio di quelli integrati.

Fine della storia. Una volta provato un operazionale a discreti, non si torna più indietro. Ma per me, e per tutto il Giardino, è solo l'inizio.

Ormai da tempo sono un'estimatore degli op-amp a discreti. La sostituzione del duale nel mio tuner Kenwood TU-5020L portò un miglioramento tangibile del suono e da allora sono un fan della Burson. Ultimamente ho acquistato una coppia degli ultimi Supreme Single Op-Amp per utilizzarla nell'uscita sbilanciata del mio DDDAC e il risultato è stato eccellente, tanto che ne ho regalato una coppia ad Alex. Un affronto! E così il vecchio progetto degli Op-Amp a discreti ha ripreso vigore: Alex non poteva certo accettare che i canguri realizzassero un circuito di amplificazione così valido e la Garden Labs no. Da allora sono stati realizzati vari proptotipi, prima in aria, bruttissimi (un grumo indistricabile di transistors, led e resistenze) e poi sulla prima PCB dedicata. Più volte sono stato invitato da Alex ad ascoltare e confrontare l'ultimo upgrade ma ogni volta, con buona pace di Alex, avevo preferito i Burson, soprattutto per la gamma bassa e per il contrasto generale. Fino a sabato scorso!
Sabato, infatti, anche se solo per pochi minuti, ho finalmente potuto ascoltare l'Op-Amp che supera e sostituisce (seppellisce, direi) i Burson: i nuovi Op-Amp di Alex sono davvero da WOW factor. Certo, li devo riascoltare con più calma, ma l'impatto è stato travolgente. A dirla tutta i prototipo erano 2 e quello da "WOW" era quello con i JFet d'ingresso a montaggio standard, ma Alex mi ha detto di aver portato, successivamente, anche quelli con i JFet SMD allo stesso livello.

Per quanto riguarda la mostra: basta, non ci andrò più: una perdita di tempo, nessuna novità, impianti inarrivabili (malsuonanti, per giunta), nessuna cuffia, una delusione cocente.

Pgragnani2 ha scritto:Per quanto riguarda la mostra: basta, non ci andrò più: una perdita di tempo, nessuna novità, impianti inarrivabili (malsuonanti, per giunta), nessuna cuffia, una delusione cocente.

Pero' il caffe' era ottimo!

b.veneri ha scritto:

Pgragnani2 ha scritto:Per quanto riguarda la mostra: basta, non ci andrò più: una perdita di tempo, nessuna novità, impianti inarrivabili (malsuonanti, per giunta), nessuna cuffia, una delusione cocente.

Pero' il caffe' era ottimo!

Era allineato al costo degli impianti esposti.........

Una cascata di transistor
Ora non posso, ma stasera metterò la foto di tutti i prototipi del mio operazionale a discreti che si sono accumulati nel corso delle varie modifiche e dei vari ascolti. Una catasta di piccoli moduli a discreti.

La prima versione era con componenti a foro passante, cioè non smd. Poi l'aggiunta di alcuni transistor al circuito mi ha costretto a passare alla versione successiva con componenti a montaggio superficiale. Nel corso dei mesi, si sono succedute ben cinque versioni dello stesso opamp, ognuna leggermente diversa dall'altra, e alla fine sono riuscito a raggiungere il risultato che volevo, e cioè quello di ottenere un opamp a discreti da sostituire agli integrati normalmente utilizzati negli apparecchi audio come dac, cd player, preamplificatori, e così via, che suonasse decisamente meglio in ogni situazione, rispetto alla controparte monolitica.

Diamo un'occhiata allo schema elettrico:



Il circuito è composto da ben 12 transistor, di cui 2 sono JFET nello stadio di ingresso. Qualcuno tempo fa mi ha chiesto come mai ci fossero così tanti transistor, e se per caso essi fossero collegati in cascata, accumulando distorsione e rumore uno dopo l'altro...

In realtà, in un qualsiasi amplificatore moderno ogni transistor ha la sua specifica funzione, e difficilmente oggi troverete in un circuito due stadi di amplificazione in cascata uno dopo l'altro, composti da un unico transistor in singleton. Può succedere nei circuiti didattici che si studiano a scuola, ma non nella realtà dell'audio attuale.

Nel prossimo post vediamo le caratteristiche salienti di questo circuito.

(segue)

Ma si può usare come buffer d'uscita per un DAC? Perdonami, Boss, ma non ho tempo di leggere tutto...........

Edmond ha scritto:Ma si può usare come buffer d'uscita per un DAC? Perdonami, Boss, ma non ho tempo di leggere tutto...........

Naturalmente sì.

Una cascata di LED
Beh, in realtà sono solo 4.  Non sono poi tanti, in fondo, ma sono una nota distintiva di questo opamp, se non altro perchè nei circuiti integrati i LED non sono mai utilizzati.

A cosa servono tutti questi LED? Risposta: a bloccare dei punti del circuito con delle tensioni precise e stabili (oltre a fare una bellissima luce, si intende).

Un LED è sostanzialmente un diodo, ovvero una giunzione. Come tutte le giunzioni ha una sua tensione diretta, ovvero una tensione che si localizza ai capi di essa quando scorre una corrente. A prescindere da quanta corrente scorre nel LED, ai suoi capi avremo sempre la stessa tensione. Il valore di tale tensione è legato alla tipologia della giunzione (ovvero al tipo di semiconduttore e al drogaggio).



Nell'immagine si vede il grafico di come varia la V_F (cioè la tensione diretta ai capi del diodo) al variare della corrente. Si può notare come, a parte le prime frazioni di mA, il grafico sia sostanzialmente verticale, ovvero a grandi variazioni della corrente corrispondono piccole o nulle variazioni della tensione diretta. Questa proprietà è molto utile in quanto spesso in un circuito servono proprio delle tensioni costanti, sia come riferimenti che come punti a bassa impedenza. Più verticale è la linea del grafico, più bassa è l'impedenza dinamica del diodo.

Nel nostro circuito, i diodi servono a tenere inchiodata la tensione sulle basi di T8, T9, T10, T13, e T7. Nel caso di T10, T13 e T7, ciò serve a far lavorare tali transistor come generatori di corrente costante; nel caso di T8 e T9 invece per farli lavorare a base comune.

Ma i diodi hanno un costo in termini energetici. Per alimentarli, nel caso che l'opamp sia alimentato a +/-15 V, ci costano circa 5 mA di corrente. E quindi, a prescindere da cosa stia facendo l'opamp e di quanto si possa risparmiare nel resto del circuito, sappiamo già che avremo una corrente di riposo superiore a 5 mA. Di quanto superiore lo vedremo presto, ma c'è da tener presente che per un opamp la quiescent current è una caratteristica di cui tenere conto, perchè in un circuito possono essercene molti di operazionali, e il consumo moltiplicandosi può raggiungere facilmente valori insostenibili.

Tra l'altro, questo del consumo è un aspetto che non viene quasi mai considerato da coloro che fanno opamp rolling. Normalmente, un consumo un po' più alto non genera problemi, ma se gli opamp sostituiti sono più di due, è bene buttare un occhio sull'alimentazione dell'apparecchio per capire se può sostenere il carico superiore. Soprattutto se stiamo sostituendo gli opamp con degli analoghi a discreti: il consumo di questi ultimi in genere è molto più alto di quelli integrati.

Le Ferrari del suono
Se è vero che un'auto per avere prestazioni superiori deve consumare molto, lo stesso si può dire anche per i circuiti audio. Tanto è vero che per capire quanto sia bensuonante un operazionale integrato di solito è sufficiente guardare il dato di quiescent current.

(segue)

Ancora una volta i tuoi articoli sono illuminanti; oltre alla parte "ludica" anche quella didattica...grazie!

Le Ferrari del suono
Se è vero che un'auto per avere prestazioni superiori deve consumare molto, lo stesso si può dire anche per i circuiti audio. Tanto è vero che per capire quanto sia bensuonante un operazionale integrato di solito è sufficiente guardare il dato di quiescent current.

Di solito, gli operazionali che assorbono più corrente a riposo, sono quelli che suonano meglio. Diamo un'occhiata ai dati forniti degli opamp integrati più diffusi:

NE5534    4 mA
OPA134    4 mA
OPA2604   5 mA
AD817     7 mA
OPA627    7 mA
OPA1644   1.8 mA
AD844     6.5 mA
TL071     1.4 mA

(fonte: i datasheet delle case produttrici)

Come vedete, con la corrente che basta ad un singolo canale dell'OPA2604, noi ci accendiamo soltanto i LED.

La corrente di riposo di un opamp è data dalla somma delle correnti che circolano nei vari stadi che lo compongono, corrente necessaria a sostenere le varie polarizzazioni e a mantenere in funzione il circuito. Normalmente gli stadi di un opamp sono tre: stadio di ingresso (input stage, IS), stadio di gain (voltage amplifier stage, VAS) e stadio di uscita (output stage, OS).

Lo stadio di ingresso dell'AF-C02 è composto da un classico differenziale (long tail pair, LTP), composto da una coppia di JFET, e tre generatori di corrente costante (constant current source, CCS). Uno dei tre CCS imposta la corrente che scorre nell'LTP a 2 mA.

In T8 e T9 che compongono il VAS scorre una corrente di 4.5 mA ciascuno, per un totale di 9 mA, mentre nello stadio di uscita la corrente di riposo è di 5 mA. In totale abbiamo quindi 2 + 9 + 5 = 16 mA a cui dobbiamo aggiungere i 5 mA dei LED, e così arriviamo a 21 mA di quiescent current.

Sempre in classe A
La corrente di riposo dello stadio di uscita, regolata a 5 mA, permette di far lavorare tale stadio in classe A praticamente con qualunque carico. Con uno swing in uscita di 15 Vp, ad esempio, lavora in classe A fino a un carico minimo di 1.5 Kohm. Questa è una condizione molto differente rispetto a quella dei circuiti integrati, dove abbiamo visto che la quiescent current di tutto l'opamp raramente supera i 5 o 6 mA, rendendo così impossibile riservare al finale più di 1 mA, con la conseguenza che in determinati momenti l'opamp sarà costretto a lavorare in classe B, generando una spolverata di componenti armoniche ad alta frequenza che solo la NFB potrà appianare.

E' abbastanza assodato che uno dei motivi per cui un opamp a discreti suona meglio di uno integrato è proprio per via delle correnti più alte, che consentono di non abbandonare mai la classe A di funzionamento.

Ma naturalmente non è importante solo la corrente dello stadio di uscita... ne parleremo nei prossimi post.

Facciamo una piccola pausa, con un po' di... gossip.  

Il nome AF-C02 di questo progetto deriva dalla sigla del preamplificatore di un marchio prestigioso dell'alta fedeltà dei tempi d'oro. Il modello era il C-02, e lo produceva la Luxman. Ho trovato questo preamplificatore su ebay qualche  mese fa ad una cifra abbastanza ragionevole e poichè mi serviva un ingresso phono ho pensato che poteva essere una buona occasione.



Questo preamplificatore è composto essenzialmente da 3 parti fondamentali: un trasformatore di step-up per l'ingresso phono MC, uno stadio di amplificazione phono MM, e uno stadio di amplificazione di linea.

Se si da un'occhiata allo schema elettrico, si può notare come tutto il circuito sia a componenti discreti. Persino l'alimentazione stabilizzata evita l'uso di circuiti integrati. Ed è proprio questo il motivo che mi ha spinto a scegliere questo preamplificatore. Questo fu l'ultimo preamplificatore della Luxman ad essere progettato con tale cura, dal C-03 in poi diventò preponderante l'utilizzo di operazionali a circuito integrato.

Il mio opamp si ispira direttamente al circuito principale del glorioso Luxman, con le dovute modifiche.



Nell'immagine qui sopra vedete lo stadio phono e lo stadio di linea.

Naturalmente i transistor utilizzati da Luxman - tutti prodotti da Toshiba, compresi i jfet all'ingresso - sono estinti da un pezzo, e quindi è stata necessaria un'opera di ricerca e di selezione per trovare dei degni sostituti.

Nel corso di questi mesi ho provato molti jfet, e ho ritoccato più volte il circuito per migliorarne le prestazioni soprattutto dal punto di vista sonoro. Questo ha comportato un leggero allontanamento da quello che era lo schema originale, ma la sostanza è rimasta intatta: il C-02 della Luxman è in pratica composto da due grandi opamp a discreti, uno come stadio phono (quello a sinistra nello schema) e uno come stadio di linea.

Le due parti (phono e linea) sono molto simili, condividono la stessa architettura di base, ovvero LTP allo stadio di ingresso con jfet duale (il magnifico e ormai introvabile 2SK240), stadio VAS composto da un folded cascode e uno stadio di uscita a simmetria complementare con V_BE multiplier.

Anche Luxman usava i led come generatori di tensione (nella pubblicità si decantava questo fatto), ma quello che contraddistingueva questa linea era la particolare configurazione della rete di retroazione, denominata "duo-β". In pratica, la rete di feedback di ciascuno stadio di amplificazione è divisa in due parti, una chiude il loop in continua con una resistenza di alto valore, e l'altra invece lo chiude solo per il segnale audio. Non è chiaro quali vantaggi potesse apportare tale tipo di configurazione, ma anzi, dovendo utilizzare necessariamente un condensatore in serie al segnale poteva essere considerata più un peggioramento che altro, e questo fa sospettare che si trattasse di una semplice trovata commerciale. Per curiosità, ho provato ad applicare il "duo-β" nel circuito di uscita del mio dac, con il solo risultato di rendere il tutto molto sensibile al tipo di condensatore usato per la rete di feedback.

Naturalmente non era possibile prendere il circuito del C-02 così com'era e farci un opamp. Bisognava tenere in considerazione parecchie cose, tra le quali c'era la tensione di alimentazione per cui era progettato il circuito originale (molto alta: +/-31V), i valori di corrente, e non ultimo il fatto che gran parte dei componenti sarebbero stati diversi e che un opamp deve poter essere utilizzato in contesti molto diversi rispetto al circuito di un preamplificatore che fa ed è ottimizzato solo per quello.

Alla fine, quello che è venuto fuori è un "mix" dello stadio phono e linea, prendendo da ciascuna parte quello che era più vantaggioso. Ma alla fine, la sostanza del C-02 è rimasta la stessa, e per questo ho pensato di rendere omaggio al marchio che di fatto mi ha ispirato.

Fine del gossip.