Modulo opamp a discreti

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.

Alex tu che hai avuto piu' tempo per ascoltare, hai rilevato differenze tra l'alimentazione a +-12V e quella a +-15V degli opamp?

b.veneri ha scritto:Alex tu che hai avuto piu' tempo per ascoltare, hai rilevato differenze tra l'alimentazione a +-12V e quella a +-15V degli opamp?

In teoria, le differenze all'ascolto dovrebbero essere piuttosto sottili. Una tensione di alimentazione più alta porta ad una THD leggermente più bassa, e naturalmente aumenta lo swing massimo consentito in uscita, ma visto che si tratta di dac con il picco a 2 V_RMS questo dovrebbe influire poco.

Comunque, sempre meglio una tensione più alta che troppo bassa. La tensione standard per gli operazionali è di +/-15V, e il range di utilizzo per l'AF-C02 va da +/-10V a +/-24V.

Non ho ancora pubblicato misure, spero di farlo quanto prima.

Più importante invece è la qualità dell'alimentazione. Senza arrivare alle esagerazioni testosteroniche di alcune realizzazioni amatoriali e - sigh - commerciali, è di una certa importanza che l'alimentazione sia a bassa impedenza e ben filtrata. Il più vicina possibile all'opamp.

Come spesso accade nella vita, cerchiamo dei punti fermi che ci sostengano nelle nostre convinzioni, appigli ai quali aggrapparsi per non veder volare via noi stessi e  le nostre certezze.
In questa nostra passione avviene la stessa cosa: siamo convinti che la valvola suona meglio del transistor,  che il dac X va meglio del dac Y, che quel software player è insuperabile.
Anni fa lessi un libro di De Crescenzo "Il Dubbio", fu per me illuminante perché instillò in me il desiderio di ricercare sempre, in tutto quello che ho fatto e soprattutto pensato, se esiste una alternativa, se esiste un percorso diverso e soprattutto se quello che ho pensato è il risultato di una logica o è frutto di sterili convinzioni.
Questa pappardella per dire che ho provato, nel dac cinese con l' AK4399, un paio di AF-C02 al posto di quelli che a me sono piaciuti di più, cioè gli Opa ADA4627.

Il risultato?
Posso solo dire: Provateli. Per me sono eccellenti.
Non ho i Burson per un confronto diretto, ma credo che non dovrebbero sfigurare, anzi...

Ho fatto una riflessione:  quando si parla del suono dei dac ci si riferisce quasi esclusivamente al chip di conversione, invece ciò che ascoltiamo principalmente è il suono dello stadio d'uscita e con questi ve ne accorgerete perchè cambiano completamente il carattere del Dac a voi noto.
Fate impazzire un po' Alex al saldatore.

password ha scritto:Ho fatto una riflessione:  quando si parla del suono dei dac ci si riferisce quasi esclusivamente al chip di conversione, invece ciò che ascoltiamo principalmente è il suono dello stadio d'uscita e con questi ve ne accorgerete perchè cambiano completamente il carattere del Dac a voi noto.

Il chip dac ha ovviamente la sua importanza, ma per dare un'idea dell'importanza dello stadio di uscita, si può dire che il suo contributo rappresenta senz'altro un buon 50% del risultato finale all'ascolto.

Fa riflettere anche il fatto che nel giudicare (o nello scegliere) un dac, si guarda quasi solo alla frequenza massima di campionamento e al numero di bit. Ora poi ci si è messo il formato dsd a complicare le cose, e a rendere il quadro ancora più torbido.

Ma... il fatto che alcune delle novità più interessanti di questi ultimi mesi riguardino dac con chip multi-bit di tipo ladder, e non sigma-delta, è qualcosa che fa ulteriormente riflettere e che getta un'ombra piuttosto lunga sul 99% degli stadi di conversione di tutti i dac attualmente in commercio.

Ad esempio, prendiamo il caso del Questyle CMA800i, da qualcuno definito addirittura "definitivo". Ebbene, che chip di conversione utilizza? Il vetusto sigma-delta WM8741, con stadio di uscita implementato ad opamp integrati secondo il datasheet del produttore del chip. Il CMA800i veleggia intorno ai 3500 dollari.

Buonasera, un caro saluto a tutti, sono un nuovo appassionato iscritto

Argomento interessantissimo, ma non ho la vostra preparazione.
Esempio, i valori resistivi non li vedo, oltre, poi ai semiconduttori usati che spero siano reperibili.
Mi piacerebbe fare qualche test, misure.

Perdonate l'ingenuità, ma non sono assolutamente pratico dei forum, spero che l'amico Alex non ne abbia a male. Leggo solo ora che gli op-amp a discreti sono in vendita. Buonasera a tutti. Grazie e a presto.

tektro ha scritto:Argomento interessantissimo, ma non ho la vostra preparazione.
Esempio, i valori resistivi non li vedo, oltre, poi ai semiconduttori usati che spero siano reperibili.
Mi piacerebbe fare qualche test, misure.

Se sei interessato a qualche test, e te la cavi con gli smd, ti posso spedire un paio di schedine e i componenti che servono, al costo della sola componentistica si intende. Contattami in privato.

Alex, posso sostituire un opa2107 con il tuoi moduli?

Ho fatto un piccolo cmoy niente di esoterico, con alimentazione lineare 30Vdc con lt3080, con partitore di tensione mi sono ricavato +-15Vdc, il tutto dc coupled ovviamente.

Ah, lavoro in azienda di elettronica come programmatore Smt, quindi non ho problemi a saldare, abbiamo delle riparatrice che saldano tranquillamente componenti con package 0201..

Leon77 ha scritto:Alex, posso sostituire un opa2107 con il tuoi moduli?

Certamente. L'OPA2107 è un doppio opamp con ingresso a jfet ("diFet", nella particolare declinazione di Burr Brown), come lo è l'AF-C02.

Ti serve una configurazione duale dell'AF-C02.

Sto lavorando su una seconda versione di questo modulo, leggermente più piccola e meno problematica da assemblare.

Ne riparliamo presto (anche perchè è l'elemento fondamentale del mio dac).

Se a qualcuno può interessare, elenco brevemente alcuni aggiornamenti relativi al mio opamp a discreti:

1) sostituzione della coppia complementare di BJT in uscita con una coppia di mosfet;

2) riduzione ulteriore delle dimensioni della pcb, ora di 32 x 18 mm;

3) impiego di BJT duali e matchati nel mirror, nel cascode, e nei CCS;

4) ulteriore trimmer di taratura per la corrente di bias del finale (obbligatorio con i mosfet);

5) eliminazione del "combinatore" per i pin di collegamento (per la riduzione dell'altezza).

Per quanto riguarda il punto 1), ne ho già parlato nell'altro thread, e si tratta di una piccola rivoluzione, sia tecnica che - almeno per quello che ho potuto constatare con le mie orecchie - sonora. Mi sento sempre un po' a disagio quando parlo di "sonorità" relativamente al cambio di qualche componente, soprattutto se il cambio riguarda componenti di silicio.

Dico questo perchè, almeno a livello teorico, il cambio della coppia finale di BJT per una a mosfet non dovrebbe cambiare molto le cose, a parte un open loop gain maggiore, soprattutto a bassa frequenza (anche in DC), che poi alla fine si traduce in un fattore di controreazione più elevato e in un'ulteriore riduzione della THD a parità di gain in closed loop.

Eppure, il cambio è abbastanza evidente all'ascolto. Non chiedetemi però di descrivere in cosa consiste tale cambiamento, perchè non avrei parole per farlo, e i soliti aggettivi audiofili non renderebbero l'idea.

Ancora più straordinario - almeno per me - è quello che è successo dopo, quando ho pensato che le cose potevano ulteriormente migliorare utilizzando, al posto della coppia BSS123/BSS84, una coppia sicuramente più complementare, in singolo package, come questa: DMC2700UDM.

Dopo aver fatto i salti mortali per adattare i 6 pin del componente alla pcb attuale, cosa che ho dovuto ripetere per due volte ovviamente, ho inserito gli opamp così modificati al loro posto sul dac e sin da subito ho notato un notevole peggioramento: suono ristretto e gamma alta bruttarella assai. Di corsa, sono tornato al saldatore e ho rimesso i mosfet che c'erano prima.

Forse avrei potuto indagare ulteriormente, e magari fare qualche misura. Ma il mio intento non era quello di ottenere la migliore prestazione strumentale (per questo ci sono già gli opamp integrati che sono imbattibili) quanto piuttosto la migliore prestazione sonora e la migliore stabilità di funzionamento. Qualunque ingegnere vi direbbe che ciò che ho appena scritto non ha senso, perchè ad una prestazione migliore al banco di misura deve corrispondere una migliore qualità sonora. Ma l'esperienza (la mia, almeno) non coincide con tale regola, o almeno non del tutto.

Ci sono due cose da considerare quando si tratta di confrontare il comportamento di un componente - o di un circuito - alle misure e poi all'ascolto. La prima, è che tutto ciò che è possibile misurare di solito non è percepibile dal nostro udito. Ad esempio, diminuire la THD al di sotto di una certa soglia, può avere senso per alcuni impieghi, ma nell'audio è del tutto irrilevante. Passare dallo 0.01% allo 0.001% di THD non è qualcosa di cui possiamo beneficiare all'ascolto. Stessa cosa per i rapporti S/N superiori ai -80 dB. Noi veterani dell'hi-fi siamo nati con il vinile dove raggiungere un rapporto S/N di -70 dB era considerato un risultato eccellente, e nessuno a quei tempi si lamentava del fruscio di fondo del proprio giradischi. Più problematiche erano le cassette, dove il rapporto S/N calava intorno ai -45 dB e solo con il Dolby B risaliva a -60 dB circa (-70/80 dB con il Dolby C).

Oggi, quando leggo le recensioni di alcuni DAC, dove si giustificano le migliori prestazioni sonore per via del rapporto S/N più alto di qualche decibel, mi viene da sorridere. Passare da -110 dB a -130 dB, ammesso che i -130 siano realistici, non è cosa che il nostro udito possa percepire. Già a -60 dB si fa fatica a percepire un tono sinusoidale di 2 KHz (una frequenza a cui il nostro orecchio è piuttosto sensibile), figuriamoci sentire la differenza tra -110 e -130. Eppure, l'unico motivo per cui - rimanendo sui DAC - si possono giustificare i bit dal diciassettesimo in poi, è proprio quello di un rapporto S/N superiore ai -90 dB.

Quindi le misure sono senz'altro importanti, ma superato un certo limite si corre il rischio di fare solo accademia. Oppure, di tralasciare aspetti più significativi per correre dietro alla THD più bassa o al rapporto S/N insensatamente più elevato.

La non esatta coincidenza tra misure e ascolto è cosa ancora ben lungi dall'essere chiarita, e la maggior parte dei grandi progettisti sta cercando quella che potrebbe essere una risposta razionale a tale dilemma. Chi bazzica i forum americani (dove risiedono la maggior parte dei professionisti dell'audio) sa benissimo che tale questione è largamente dibattuta, e spesso lo scontro tra opposte fazioni è piuttosto acceso.

Mettendo da parte quelle che sono le liturgie dell'audiofilo esoterico, che ahimè gettano discredito sull'intera categoria, è chiaro che un problema esiste(*), e soltanto ora alcuni ingegneri di un certo calibro stanno prendendo seriamente in considerazione la problematica misure/ascolto. Non si sa se tale presa di coscienza porterà a qualche risultato, ma almeno questo mi fa sentire meno solo in questa avventura border-line.

Chiunque, dopo mesi di lavoro su un opamp a discreti, si sarebbe fermato alla seconda versione della pcb, e appurato il minimo sindacale al banco di misura avrebbe messo la parola fine al progetto. Io invece vado avanti in questa follia, e comincio ad essere guardato con sospetto anche dalle persone che normalmente mi sopportano per ben altro.

Quindi, ricapitolando, nonostante non sappia dare una motivazione precisa che non sia quella del puro ascolto, la soluzione dei mosfet per l'uscita è senz'altro vincente.

Per quanto riguarda il punto 3) invece la motivazione è squisitamente tecnica, e si tratta di mantenere il più possibile simmetrici i due rami del differenziale. Tale simmetria permette di far rientrare entro limiti ragionevoli la deriva dell'offset con la temperatura, cosa che mi preoccupava assai dopo aver fatto le prime verifiche sugli esemplari della quarta generazione. In teoria, sarebbe stato sufficiente sostituire la coppia di BJT del mirror (T5 e T6 nello schema), ma visto che c'ero ho sostituito anche T8, T9 e T10, T13 con coppie matchate. Il componente prescelto (per i PNP) è questo: BCM857DS. Si tratta di un dual-bjt in package SOT23-6 contenente una coppia di PNP (NPN, per la controparte BCM847DS) con hFe e Vbe matchati al 2% di tolleranza.



Il disegno è quasi definitivo.

(*) volendo escludere problematiche di altro tipo.

Sto combattendo con un altro tipo di misure (la porta fuori standard) ma resto sempre ammirato dalla tua perseveranza nel raggiungimento degli obiettivi che ti sei posto...
Bravo!!!

Grande Alex allora ci dobbiamo vedere per confermare i tuoi ascolti, intanto a me sembra che con il rodaggio il tuo opamp migliora di giorno in giorno.

Sempre più interessante

Pgragnani2 ha scritto:

Sei tornato, e già mangi popcorn.

Le nuove pcb dell'ennesimo aggiornamento dell'opamp sono in arrivo, forse venerdi, chissà. Poi, a meno di non aver fatto qualche cappellata stratosferica con questo layout, mi fermo qui e procedo oltre (un ossimoro? oggi tutto è possibile).

Bentornato, comunque.

ahahahah, li mangiavo da prima di partire.
"Vado Oltre" profuma di .......DAC

Pgragnani2 ha scritto:ahahahah, li mangiavo da prima di partire.
"Vado Oltre" profuma di .......DAC

Chi lo sa... magari mi metto a fare cavetteria spinta.

Spinta all'interno di quali orifizi? 

fstiffo ha scritto:Spinta all'interno di quali orifizi? 

Quelli più utilizzati da alcuni audiofili.

Azz... siamo più verso l'otorinolaringoiatria o verso la proctologia?

mariovalvola ha scritto:Azz... siamo più verso l'otorinolaringoiatria o verso la proctologia?

A scelta, dipende da quanto costa il cavo (e da quanto è grosso, ovviamente).