bandAlex
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Nota: in queste pagine con il nome Headmos si intende l'amplificatore AF-6.

Quando feci uscire il VHF-MOS, diversi mesi fa, le idee e i progetti che avevo nella testa si stavano accavallando in maniera quasi fastidiosa, tanto che a un certo punto sentii l'esigenza di chiudere alcuni argomenti aperti qui con una certa fretta, per dedicarmi in maniera specifica ad un progetto soltanto. In effetti in quel periodo c'erano in ballo il nuovo VHF-MOS, una sua versione a componenti SMD, un dac con sezione analogica hi-end, una rivisitazione del Lightning, e per l'appunto questo HeadMos, che finalmente riesce a vedere la luce.

Col senno di poi, devo dire che il fatto di dedicarmi interamente ad un progetto era solo una pia illusione, e quindi le cose sono andate a rilento, ma alla fine è stato sicuramente un bene. Nel corso dei mesi, infatti, sono state applicate diverse modifiche circuitali, tali da rendere l'amplificatore decisamente definitivo e sicuramente migliore di quello che era all'inizio. E partiamo proprio dall'inizio, facendo una piccola carrellata su quello che è successo in questi mesi.

Un prototipo allo sbaraglio
I primi vagiti del VHF-MOS si udirono ad agosto dello scorso anno (sembra passata un'eternità) e già l'ampli si faceva apprezzare per le sue grandi doti di musicalità. Parente stretto del VHF-N, da cui ereditava tutto il front-end, il VHF-MOS aveva sempre lo stadio finale in single-ended, ma con un mosfet invece che con il classico bjt di media potenza. Al posto del BD139 ora c'era un più esotico RFP12N10L, un mosfet di tipo enhancement della Fairchild, scoperto quasi per caso sbirciando nel catalogo Distrelec.

Altra novità del VHF-MOS erano i JFET all'ingresso, i 2N5460, sempre Fairchild. Successivamente, fu sostituito anche il dispositivo del VAS, optando anche in questo caso per un fet, un 2N7000, altro mosfet enhancement, pure questo Fairchild. Forse avrei dovuto chiamarlo FAIR-MOS, invece che VHF-MOS.

Dopo un paio di mesi, a ottobre, il mese fatidico del meeting di Roma, il VHF-MOS era già ben conosciuto nell'entourage cuffiofilo, ma se ne parlava soprattutto per una ortodinamica che gli veniva attaccata: la HE500 della Hifiman. L'accoppiata VHF-MOS / HE500 faceva faville, mentre pochi metri più in là era il Lightning con la HE-6 a mandare in confusione le orecchie di alcuni: non si capiva bene quale fosse la vera SR-009, nonostante il massiccio dispiegamento di cavi dal diametro planetario e di valvole dell'era paleozoica.

Ma naturalmente il Lightning non poteva riuscire a pilotare la HE-6, figuriamoci se poteva il VHF-MOS. In quei giorni ricordo bene la domanda più gettonata del momento: ma se la risposta già la sai, dicevo tra me e me, perchè diavolo me lo domandi?

Quando un mese prima portai il prototipo del VHF-MOS a Pescara, dove avrei potuto ascoltare la HE-6 con tutta calma, ero pronto a rassegnarmi alla dura realtà delle cose, ovvero all'impossibilità per un ampli come il VHF-MOS di pilotare in maniera decente la HE-6. E invece quel giorno si trasformò in una splendida rivelazione, un'esperienza mistica difficile da dimenticare, tanto più che il test coinvolse anche un altro ampli. Pensate intensamente a un noto marchio che inizia con la B.

Ho detto con la B, perchè avete pensato a un canguro?

(segue)


Ultima modifica di bandAlex il 13/2/2015, 13:12 - modificato 1 volta.
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Commenti

bandAlex
20/4/2014, 18:30bandAlex
Il VHF-MOS non prevede alcuna facilitazione per chi vuole un bilanciato, però se si assemblano due schede, nessuno vieta di fare un bilanciato, purchè si colleghino solo sorgenti bilanciate XLR.

Lo stesso sarà valido per l'Headmos, ovviamente.
cydonia84
20/4/2014, 18:42cydonia84
Ok, grazie per le tue risposte chiarificatrici. Secondo te ci possono essere particolari difficoltà tecniche per assemblare due schede insieme?
Si potranno usare solo sorgenti bilanciate, ma si possono avere contemporaneamente uscite SE e bilanciate?
bandAlex
20/4/2014, 18:43bandAlex
Uscite SE e bilanciate insieme, sì.
cydonia84
20/4/2014, 18:47cydonia84
[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Secondo te ci possono essere particolari difficoltà tecniche per assemblare due schede insieme?
Volevo delle precisazioni riguardo alle difficoltà di assemblaggio di 2 schede, visto che ho l'intenzione di costruirmelo da me DIY  grande sorriso e non sono una cima...
Grazie della disponibilità  winner
bandAlex
20/4/2014, 18:53bandAlex
Se si assembla una scheda, non vedo difficoltà a farne due, e anche i collegamenti sono piuttosto semplici.
cydonia84
20/4/2014, 19:00cydonia84
Ok, grazie. Mi sa che ci sentiremo spesso appena sarà pubblico l'headmos  grande sorriso 
OT: riguardo al dac ci sono novità?
bandAlex
20/4/2014, 19:10bandAlex
Per il dac ancora un po' di tempo...
bandAlex
18/5/2014, 16:38bandAlex
Nelle puntate precedenti
Vedremo che per quello che ci serve a noi (ovvero per l'audio) i lateral mosfet sono i dispositivi più promettenti.

Il problema dei lateral mosfet è che sono considerati dall'industria ormai obsoleti. Il motivo per cui è capitata questa disgrazia è che l'impiego principale dei mosfet al giorno d'oggi è quello - sostanzialmente - di interruttori ultra veloci (negli alimentatori switching, ad esempio), impiego per il quale i mosfet a diffusione verticale (vertical mosfet) sono più indicati. Mentre l'audio è decisamente passato in secondo piano. Quando un componente è ritenuto obsoleto dai grandi fabbricanti e distributori di componenti elettronici, vuol dire che a fabbricarlo rimangono solo poche ditte, in genere piccole, che per via dei volumi più bassi devono fare prezzi più alti. Per questo un lateral mosfet può costare anche dieci euro, come quelli usati nel mio AF-6. Non è poco, considerando che ne servono due coppie.

Chi fosse interessato ad approfondire la conoscenza sui mosfet, può cliccare qui.

Se sono considerati obsoleti, devono esserci dei validi motivi che spingono ancora ad utilizzarli. E in effetti ora vedremo che di motivi ce ne sono diversi. Il primo motivo è scritto nella pagina di wikipedia che vi ho linkato sopra. Non l'avete letta, vero? Non fa niente, rimedio io:

Da notare che esistono anche MOSFET di potenza con struttura laterale, utilizzati soprattutto negli amplificatori audio high-end. Il loro vantaggio è un miglior comportamento nella regione di saturazione (corrispondente alla regione lineare dei Transistor a giunzione bipolare) rispetto ai MOSFET verticali. I Mosfet Verticali sono progettati per applicazioni switching e quindi sono utilizzati solo negli stati ON o OFF.

Ci sono però due piccole imprecisioni. La prima riguarda il termine high-end: andrebbe sostituito con il termine hi-fi, in quanto high-end non significa nulla. Inoltre, non è vero che i vertical mosfet sono utilizzati solo negli stati on e off: anzi, parecchi amplificatori hanno come dispositivi nello stadio di uscita proprio dei mosfet verticali, come ad esempio il β22 della AMB Laboratories.

Vediamo quali vantaggi apporta l'impiego dei mosfet in generale rispetto ai comuni transistor bipolari:

1) assenza del secondary breakdown;
2) nessun accumulo di carica (no charge storage);
3) nessuna caduta del "gain" alle alte correnti (no beta droop);
4) facilità di pilotaggio.

Inoltre, i lateral mosfet hanno questi vantaggi aggiuntivi rispetto agli altri mosfet:

5) corrente auto-limitata;
6) facile controllo del bias;
7) capacità CGS e CGD più basse.

Alcuni di questi punti sono molto importanti, altri - in un amplificatore per cuffia - lo sono di meno. Quelli in neretto sono quelli per cui vale la pena usare dispositivi costosi come i lateral mosfet in amplificatori di bassa potenza.

Facilità di pilotaggio
Rispetto ai transistor bipolari i mosfet hanno il gate isolato, il che significa che per controllare la corrente che li attraversa lo stadio che li precede (il driver) non deve erogare alcuna corrente. Per questo motivo i mosfet sono spesso assimilati alle valvole, la cui griglia di controllo (isolata) può essere vista come il gate di un mosfet. I mosfet sono quindi dispositivi che si pilotano in tensione, rispetto ai bjt che invece si pilotano in corrente. Se uno stadio driver (o un VAS) non deve erogare corrente per pilotare i finali, vuol dire che esso lavorerà meglio (meno distorsione) e probabilmente suonerà pure meglio.

Ma il punto 4) è legato indirettamente al punto 7).

Capacità CGS e CGD più basse
Il gate del mosfet è isolato, da cui deriva che l'impedenza di ingresso di un mosfet misurata al suo gate è elevatissima, e di conseguenza il driver che lo pilota non eroga corrente. Sarebbe bello se fosse tutto così semplice, purtroppo però i mosfet presentano una forte capacità parassita tra gate e source e tra gate e drain. Questa capacità (che può arrivare nei casi peggiori a qualche nanofarad) si comporta come un vero e proprio condensatore in parallelo al gate, condensatore che ha bisogno di corrente per caricarsi e scaricarsi. Di fatto, tale capacità parassita abbassa l'impedenza del gate vista dal driver, soprattutto ad alta frequenza. Quindi è vero che i mosfet si pilotano in tensione, ma fino a un certo punto.

Il problema maggiore però scaturisce non tanto dalla capacità in se', quanto dal fatto che essa varia con il segnale applicato sul gate. La variazione della capacità si traduce in una variazione di tensione indesiderata sovrapposta al segnale audio, quindi in distorsione. Per questo motivo è importante che lo stadio che precede il finale abbia l'impedenza di uscita più bassa possibile, in modo da neutralizzare le capacità CGS e CGD. Vedremo che nel caso dell'AF-6 quella che conta è solo la CGD, in quanto lo stadio di uscita è un source follower e quindi la CGS è neutralizzata dal bootstrap che ne deriva.

Partire con dei dispositivi che hanno una capacità CGD più bassa come i lateral mosfet è quindi senz'altro un vantaggio da tenere in considerazione.

(segue)
bandAlex
18/5/2014, 17:56bandAlex
Corrente auto-limitata
La corrente che scorre in un lateral mosfet è auto-limitata dalle caratteristiche intrinseche del dispositivo, e questa è garanzia di robustezza, anche in presenza di corto-circuiti all'uscita. Ciò significa poter fare a meno di protezioni, con relativa semplificazione circuitale.

Facile controllo del bias
A differenza dei transistor bipolari e dei vertical mosfet, i lateral mosfet sono termicamente stabili, in quanto il loro coefficiente termico diventa negativo già a partire da un centinaio di milliampere di corrente. Il coefficiente termico è dato da come varia la ID (la corrente di drain) con la temperatura. Nei lateral mosfet la corrente tende a diminuire all'aumentare della temperatura, il contrario di quanto avviene nei bjt e nei vertical mosfet (il coefficiente termico di questi ultimi diventa negativo solo a partire da 1 A in su, a seconda dei vari tipi).

Il vantaggio sostanziale di questa caratteristica è che per stabilizzare il punto di lavoro non è necessario ricorrere al classico VBE (VGS) multiplier ancorato al dissipatore che traccia le variazioni di temperatura per mantenere il bias stabile. Una grande semplificazione, sia circuitale che costruttiva.

Con i lateral mosfet è possibile ottenere amplificatori di grande qualità utilizzando per lo stadio finale circuiti molto semplici ed estremamente affidabili.

Nel prossimo post analizzeremo lo stadio finale dell'AF-6 e vedremo quali mosfet sono impiegati per realizzarlo.
b.veneri
18/5/2014, 18:06b.veneri
Seguo come sempre affascinato popcorn
smanettone
18/5/2014, 20:25smanettone
popcorn  popcorn  popcorn  popcorn
avatar
18/5/2014, 21:31micio_mao
Alex,
come sempre spiegazioni chiare e interessanti, si preannuncia un progetto fantastico, probabilmente avrò un degno sostituto per il vhf1.2!

Grazie
Matteo
bandAlex
20/5/2014, 23:48bandAlex
I mosfet utilizzati nell'AF-6 sono questi:
HeadMos, le basi - Pagina 3 Cattur12

che lavoreranno insieme agli analoghi a canale P, gli ECW20-P20. Lo stadio finale dell'AF-6 è quindi un classico simmetria complementare. I finali sono sicuramente sovradimensionati per il compito richiesto, ma non è questo il motivo per cui sono stati scelti. L'amplificatore funziona bene con tutti i lateral mosfet, anche di potenza inferiore, purchè siano meccanicamente compatibili, ovviamente. Gli ECW20 sono stati messi a confronto con altri, e dopo lunghe e tormentate sedute di ascolto ho deciso di tenere questi. La pcb sarà compatibile anche con gli ECW10, sempre della Exicon, che sono più piccoli e meno costosi.

Per la gestione termica ci saranno due dissipatori, uno per ciascuna coppia di finali, ancorati alla pcb. L'uso dei dissipatori ha comportato l'aumento delle dimensioni della scheda, che ora misura 250 x 160 mm.

HeadMos, le basi - Pagina 3 Scheda10

Questa sopra è la pianta con la disposizione dei componenti principali. Come si vede, i dissipatori occupano gran parte dello spazio, insieme ai moduli switching di alimentazione.
bandAlex
21/5/2014, 00:56bandAlex
Questo è lo schema semplificato dello stadio finale:
HeadMos, le basi - Pagina 3 Schema11

Come si può vedere è uno schema molto classico. Q1 e Q2 sono la coppia di mosfet finali, T1 è il VAS che in questo caso fa anche da driver, e T2 è un generatore di corrente costante.

Il trimmer R3 serve a regolare la corrente di riposo, mentre il diodo led è all'infrarosso e serve ad ottenere una caduta di circa 1.1 V, utile per mantenere basso il valore di R3. I source dei mosfet sono collegati tra loro per mezzo delle resistenze R1 e R2, che hanno il mero compito di consentire la misura della corrente di riposo in maniera agevole, per facilitare l'operazione di taratura. In effetti tali resistenze potrebbero anche non esserci, e non cambierebbe praticamente nulla ai fini del funzionamento del circuito. In un normale amplificatore in classe B (o AB) esse hanno un ruolo cruciale, soprattutto con i mosfet verticali e i normali transistor bipolari, ma nel nostro caso esse assumono un ruolo del tutto secondario.

Nel prossimo post vedremo altre caratteristiche del circuito entrando più in dettaglio nell'analisi dell'amplificatore.
password
21/5/2014, 08:47password
popcorn
b.veneri
21/5/2014, 09:31b.veneri
Slurp!!!   grande sorriso
Pgragnani2
21/5/2014, 13:22Pgragnani2
WOW, finalmente!
Edmond
21/5/2014, 16:06Edmond
Qui, oramai, urge ascoltarlo!!!!!!!!!!  grande sorriso  grande sorriso
Pgragnani2
21/5/2014, 16:12Pgragnani2
[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Qui, oramai, urge ascoltarlo!!!!!!!!!!  grande sorriso  grande sorriso

Hai ragione! Lo farò appena torno a casa. grande sorriso 
Edmond
21/5/2014, 17:54Edmond
Resto in fiduciosa attesa.......................  popcorn
Pgragnani2
21/5/2014, 19:48Pgragnani2
Ieri sera stavo per scrivere ad Alex per dirgli che mi sarei tenuto il prototipo dell'Headmos, per quanto suona bene. E' stato progettato con l'HE6 in mente, ma la LCD3 così non l'avevo mai sentita, anche grazie al cavo FAW Noir Hybrid, che ha aumentato i "layers" della ricostruzione musicale, aggiunto delicatezza e musicalità (e giò certo non mancava), ampliato la scena in tutte le direzioni, aggiunto controllo ai bassi, aumentato l'aria,,,,,,Una meraviglia. Ora è come una HE6 per correttezza ma con la corposità e la musicalità della LCD3F. 

Per me, al momento: end game!
bandAlex
21/5/2014, 20:55bandAlex
HeadMos, le basi - Pagina 3 Dscf0210

Qui si vede un dissipatore a confronto con una pcb del VHF-MOS (così si percepisce la grandezza relativa).

Vicino, un paio di lateral mosfet, un Exicon e un Alfet.
Pgragnani2
21/5/2014, 20:56Pgragnani2
Ma come si montano?



PS: è la x100?
bandAlex
21/5/2014, 21:05bandAlex
[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Ma come si montano?

Domani farò qualche foto con un mosfet montato e il tutto agganciato ad una pcb di fortuna...  wink 

PS: è la x100?

Sì...
Dk90
21/5/2014, 21:17Dk90
Come sempre, seguo con grandissimo interesse
Quindi Immagino che con una tale pcb non sia possibile utilizzare lo stesso case del mos o si?
E, una curiosità, Alex che tu sappia ci sono degli ampli cuffia che utilizzano lateral mosfet nello stadio finale?
bandAlex
21/5/2014, 21:27bandAlex
[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Come sempre, seguo con grandissimo interesse

Grazie, Claudio.  wink 

Quindi Immagino che con una tale pcb non sia possibile utilizzare lo stesso case del mos o si?

Direi di sì, la scheda sarà 250 x 160, quindi dovrebbe entrare senza problemi.

E, una curiosità, Alex che tu sappia ci sono degli ampli cuffia che utilizzano lateral mosfet nello stadio finale?

Questo li usa di sicuro (si vedono nella foto dell'interno, ancorati alla barra di alluminio di dissipazione):

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