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o-10: 10 W, Class T Stereo Audio Amplifier

Si tratta di un amplificatore audio stereofonico in classe T, basato su uno dei circuiti integrati prodotti da Tripath, in particolare il TA2020.

Genesi e Requisiti

L'idea iniziale nasce dall'esigenza di un secondo impianto hi-fi casalingo, dalle prestazioni sonore elevate ma di costo contenuto ai minimi termini: questi due requisiti iniziali hanno comportato: Più in dettaglio i requisiti definiti per l'amplificatore sono:
  1. costo materiale (IVA esclusa) contenuto sotto i 150 Euro, contenitore compreso
  2. utilizzo di tool di progettazione SW free (o ancora meglio Open Source)
  3. potenza nominale disponibile non inferiore a 10 W su 8 Ohm
  4. risposta in frequenza (-0.5 dB): 20 - 20000 Hz
  5. Total Harmonic Distortion (T.H.D.) inferiore allo 0.1% a tutte le frequenze e alla potenza nominale
  6. InterModulation Distortion (IM.D.) inferiore allo 0.1% a tutte le frequenze e alla potenza nominale
  7. Total Aural Disconsonance (T.A.D.) inferiore a 500 a tutte le frequenze e alla potenza corrispondente a 90 e 95 dB di pressione sonora (a 2m).
Quest'ultimo parametro (T.A.D.), definito da Cheever nella sua tesi di MSEE (Dic. 2001), è il "numero" che meglio dovrebbe descrivere in maniera oggettiva la qualità sonora della riproduzione audio, ponendosi come un tentativo scientifico di risolvere le annose dispute sul perché certi amplificatori con caratteristiche a datasheet peggiori "suonino" in realtà meglio. Per il dettaglio si rimanda al sito di Cheever, da cui è possibile scaricare la tesi in pdf; in due parole si tratta in sostanza di una misura di distorsione "pesata" in funzione della curva di distorsione media dell'orecchio umano ...

Architettura

Sulla base dei requisiti identificati è stata definita l'architettura di base dell'amplificatore: stato solido (principalmente per il costo inferiore, sia iniziale che nel tempo), assenza o apporto estremamente limitato della retroazione negativa ingresso-uscita.

La scelta del circuito è infine caduta sulla classe T per i seguenti motivi:

Unico neo: la necessità di sviluppare un circuito stampato, stante le frequenze utilizzate dai chip Tripath e le potenze in gioco.

Sviluppo del progetto

La progettazione, agevolata anche dalla completezza delle informazioni fornite dal datasheet, dalla documentazione della Evaluation Board e dalle Application Notes Tripath, ha puntato dall'inizio a: Dopo accurato studio e simulazione con Spice (pacchetto SW gratuito LTSpice/SwitcherCAD III della Linear Technology) delle reti analogiche principali, e utilizzando per disegnare schema elettrico e PCB il SW Free Kicad in ambiente Linux (ma è disponibile anche per Windows), è stato sviluppato un circuito stampato a due strati, che impiega sia componenti tradizionali che a montaggio superficiale (questi ultimi consentono una effettiva riduzione della lunghezza delle piste); il risultato è visibile nelle immagini sotto riportate. Il circuito stampato è stato sviluppato anche in funzione del posizionamento dello stesso all'interno del contenitore prescelto.

L'amplificatore è stato infine ribattezzato "o-10" (o come omicron perché è piccolino, 10 come i Watt su 8 Ohm ...).

Alcuni dettagli tecnici:

Galleria Fotografica


o-10: il circuito stampato


o-10: in montaggio


o-10: assiemaggio nel contenitore


o-10: vista posteriore


o-10: in servizio !

Verifica delle Prestazioni

Di seguito riporto alcune misure effettuate a banco (utilizzando per la misura della distorsione il circuito suggerito da Tripath per attenuare i disturbi RF residui sull'uscita), tutte effettuate su carico resistivo di 8 Ohm.


fig.3: sinusoide 1 kHz


fig.4: sinusoide 10 kHz


fig.5: onda quadra 1 kHz


fig.6: onda quadra 10 kHz

Riepilogando i valori effettivi misurati risultano essere:

(la strumentazione attualmente a mia disposizione non consente misure di distorsione sufficientemente precise - livello di rumore intorno agli 0.5 mV ...)

Verifica del Costo

Escludendo l'esborso per fotoplottatura Gerber e attrezzature produzione C.S. (circa 150 Euro), calcolando l'acquisto dei componenti su RS o simili, si ottiene un totale (IVA esclusa) per il solo materiale di circa 165 Euro (contenitore incluso), maggiore del 10% rispetto all'obiettivo di progetto (lo "sforamento" è dovuto principalmente al costo del potenziometro ALPS e alla presa di rete filtrata). In realtà per lotti di produzioni medio-piccoli (100 pz) il costo totale del materiale si dovrebbe mantenere abbondantemente sotto i 125 Euro.

Documentazione

Schema Elettrico, (niente di originale, poco più del circuito applicativo della Tripath + stadio alimentazione da rete ...)

Impressioni di Ascolto

Premesso che: mi sembra che le prestazioni all'ascolto siano estremamente soddisfacenti, sia in relazione al T-Amp che al mio impianto precedente (costituito da lettore CD Denon DCD-615, giradischi Dual CS 508, pre Cabre AS41, finale a MOSFET classe AB autocostruito eoni fa e diffusori Cizek Model 3 risalenti ai primissimi anni '80, dalla timbrica e dall'equilibrio ancora validissimi, pur se non particolarmente efficienti ...).

L'o-10 esce vincitore per KO sotto tutti gli aspetti rispetto al vecchio HW di amplificazione: dettaglio, ricostruzione spaziale della scena sonora, pulizia in gamma alta e definizione della bassa. Lo stesso dicasi rispetto al T-Amp, anche se in questo caso la vittoria è "solo" ai punti ...

Avanzi ...

Dalla produzione del Circuito Stampato (ovviamente inquadrottato) sono avanzati alcuni pezzi, eventualmente disponibili se qualche autocostruttore è interessato (possono essere forniti anche con i componenti SMD montati) previa richiesta via e-mail (vedi sotto).


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Per informazioni contattare:

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Ultimo aggiornamento: 15/05/2006