Chi conosce abbastanza bene l’ audio saprà sicuramente che un buon preamplificatore deve avere determinate caratteristiche in base a determinate esigenze, ma sicuramente sarà a conoscenza che sul mercato ve esistono svariati tipi, l’ importante è trovare quello che si adatta alle proprie esigenze.

 

Questo articolo, vi insegnerà alcune basi per costruire un semplice amplificatore a basso costo e con componenti facilmente reperibili sul mercato.

Oggi vi spieghiamo come sono fatti alcuni preamplificatori e che tipo di componenti si adattano meglio, naturalmente è importante ricordare che un buon preamplificatore deve avere le seguenti caratteristiche:

 

Impedenza di ingresso medio alta; tempo fa c’ era una credenza del tipo “maggiore è l’ impedenza d' ingresso, migliore è l' amplificatore" perchè a quel tempo, esistevano sul mercato transistor al germanio o i primi transistor al silicio, che non erano poi ottimali, infatti presentavano sempre un’ impedenza di ingresso piuttosto bassa (dell’ ordine del 1,5KΩ - 2KΩ), perchè non era possibile fare di meglio, mentre con le valvole, era normale avere impedenze dell’ ordine di 400KΩ,1MΩ, però anche la sensibilità era inferiore, infatti a quei tempi erano molto usati i costosi trasformatori BF per adattare sorgenti a bassa impedenza con segnali deboli a preamplificatori a alta impedenza ma non molto sensibili.

Per questo motivo, possiamo affermare che un buon preamplificatore deve avere un’ impedenza di ingresso del valore compreso tra i 15KΩ e i 80KΩ per ingressi BF come sintonizzatori, lettori CD, DVD e decoder digitali e valori compresi tra i 25KΩ e i 100KΩ per le testine magnetiche dei giradischi.

Ai tempi delle valvole, erano molto usate anche le testine piezoelettriche, che fornivano segnali dell’ ordine dei 70-200mV ma con impedenze molto elevate, mentre le testine magnetiche forniscono segnali dell’ ordine di 4-6mV ma di qualità superiore.

 

Bassa impedenza di uscita; infatti un’ uscita a bassa impedenza permette l' abbinamento con qualsiasi amplificatore e una migliore immunità ai disturbi, mentre uno con uscita a alta impedenza, deve essere abbinato solo con finali a alta impedenza di ingresso e ben schermato, per non captare ronzii vari (questo sistema era molto usato ai tempi delle valvole), per questa ragione si cerca di mantenere i collegament BF il più corti possibile.

 

Insensibilità ai disturbi; questo è un punto molto critico, perché la presenza di campi elettromagnetici e ponti radio nelle vicinanze, provocano spesso questi disturbi.

Per evitare tutto questo, è necessario schermare il circuito racchiudendolo in un mobile metallico o schermato internamente, chi volesse mettere delle valvole in vista, sarà bene che si ricordi di schermarle con una rete metallica che permette di vedere all’ interno, ma nello stesso tempo evita la captazione di rumori dovuta al classico effetto microfonico delle valvole.

Per questo motivo, è necessario che tra il trasformatore a 50Hz (noi consigliamo un toroidale) e il circuito, sia presente uno schermo adeguato (basta un lamierino zincato) e l’ alimentatore sia del tipo stabilizzato.

 

Controllo toni e volume; questa funzione permette di dare quel tocco in più equalizzando il segnale in base ai propri gusti, ma spesso il controllo toni, introduce delle distorsioni armoniche, infatti molti preamplificatori professionali, possiedono un interruttore che permette di escludere questa funzione, trasferendo in segnale audio direttamente al potenziometro del volume (se questo si trova a valle) o all’ amplificatore (se a monte della rete controllo toni).

Questo controllo può essere di tipo passivo o attivo, il primo tipo presenta un’ impedenza di ingresso medio bassa e un’ alta impedenza di uscita, richiede in ingresso dei segnali abbastanza forti ma non introduce nessuna distorsione al segnale, un tempo molto usata con le valvole, oggi usata molto raramente, a meno che non si tratti di apparecchi semplici e economici dove si cerca di montare il minor numero di componenti possibile.

Il secondo tipo invece, presenta un’ impedenza di ingresso media e una di uscita piuttosto bassa e permette attenuazioni e amplificazioni maggiori rispetto a quello passivo, in più è in grado di pilotare anche un controllo di loudness montato a valle.

Lo stesso si potrebbe fare anche col controllo passivo, però questo richiederebbe l’ inserimento di un buffer adattatore di impedenza tra uno stadio e l’ altro, altrimenti il segnale di uscita sarebbe troppo basso e il tutto capterebbe molti rumori con estrema facilità.

 

Controllo di Loudness; molta gente crede che gli amplificatori audio siano tutti imperfetti perché a basso volume, certe frequenze sembrano quasi inesistenti, poi alzando il volume, ecco sentire tutte quelle sfumature mancanti ai bassi livelli, questo è dovuto a un’ imperfezione dell' orecchio umano alle diverse frequenze, il controllo di loudness (che è un filtro passivo), permette di esaltare alcune frequenze ai bassi livelli per escludere tale funzione alzando il volume.

Normalmente questo controllo è composto da un deviatore (o un rele), due condensatori poliestere o ceramici e due resistenze.

Se il potenziometro del volume è previsto per questa funzione, deve presentare una presa fissa a circa 1/3 della sua corsa, se questo morsetto non è presente, si può ottenere un effetto molto simile anche senza, con la differenza che nei potenziometri predisposti, la funzione (se abilitata attraverso il deviatore), si attiva e disattiva ruotando il potenziometro stesso, mentre in quelli non predisposti, avviene ugualmente ma in maniera fluida, costringendo qualche volta a ritoccare la manopola dei bassi e degli acuti col potenziometro del volume in posizioni intermedie.

 

Vu meter, solitamente montati sui finali di potenza, ma a volte questi strumenti sono molto utili per sapere se il circuito lavora in condizioni ottimali o se si trova vicino al punto di saturazione con conseguente distorsione del segnale.

Possono essere di tipo elettromeccanico (cioè dotati di strumento a lancetta) o a led, facendo riferimento a circuiti integrati tipo LM3914, LM3915, LM3916 o UAA180.

 

Preamplificatore a valvole; si tratta del più classico e antico tra i circuiti, basato solitamente sui triodi doppi tipo ECC81 o 12AT7, ECC82 o 12AU7 e ECC83 o 12AX7, queste valvole sono molto usate anche oggi dagli audiofili, come tutte le valvole, necessitano di alimentazioni anodiche dell’ ordine dei 180-200V, ma spesso il filamento è alimentato in continua invece che in alternata perché lo stesso filamento, essendo inserito nel catodo, spesso trasmette a quest’ ultimo dei disturbi sotto forma di ronzio a 50Hz, se nei finali questo risulta trascurabile (anche perché a volte la connessione in push pull annulla i segnali in controfasce, 50Hz compresi), nei preamplificatori, è un problema non trascurabile, specialmente per gli ingressi a alta sensibilità tipo PHONO e MICRO.

Inoltre questi preamplificatori presentano un’ impedenza di uscita molto elevata e segnali BF molto forti, che li rendono idonei a pilotare finali a valvole, ma spesso non idonei per finali a transistor, dal momento che il segale troppo elevato in uscita molto spesso satura gli stadi di ingresso dei finali a stato solido.

 

Preamplificatore a operazionali; è tuttoggi tra i più usati, perché unisce la versatilità con la semplicità costruttiva, e non meno un costo contenuto.

Spesso questo tipo di preamplificatore è formato da operazionali con ingresso a FET tipo TL071/2/4 o TL081/2/4, LF353 ecc o a transistor ma basso rumore tipo NE5532.

Questi presentano solitamente un’ impedenza di ingresso abbastanza elevata come i valvolari e una bassa impedenza di uscita, controllo toni attivo, e un livello di uscita abbastanza elevato, essendo molti di essi alimentati con tensione duale di +/- 15V, che consente di avere un segnale di 8V eff senza distorsione.

 

Preamplificatore a circuiti dedicati; molte case leader del settore, fanno ricorso a circuiti integrati appositamente studiati, che consentono di ottenere selettori di ingresso, controlli toni e volume e spesso interfacciati a microprocessori, questo permette di ottenere dei preamplificatori telecomandati, controllati da DSP o gestiti da PC tramite USB, ma il rumore di fondo è più elevato rispetto a quelli a transistor fet.

 

Preamplificatore a transistor; molto usato nei decenni 70 e 80 del secolo scorso, i primi erano dei veri e propri “orrori” viste le caratteristiche dei componenti, mentre i più recenti erano dei veri capolavori, perché negli anni, i transistor erano migliorati moltissimo, passando da quelli al germanio (guadagno basso, tensione di lavoro molto bassa, cifra di rumore elevata) a quelli al silicio che si sono poi evoluti, per arrivare ai transistor a basso rumore idonei per amplificare piccoli segnali, alto guadagno per pilotare finali di potenza e alta tensione per lavorare a valori dell’ ordine di 80-90V.

I modelli più recenti di questo tipo di preamplificatore, hanno una NF molto bassa, inferiore agli operazionali, combinati insieme è possibile ottenere dei circuiti con impedenze basse o elevate a seconda delle caratteristiche richieste, bassissimo rumore di fondo, controllo toni attivo, basa distorsione e bassa impedenza di uscita, per contro la tensione di alimentazione solitamente compresa tra 20 e 35V ne limita la dinamica rispetto agli operazionali, ma sono sempre degli ottimi apparecchi.

 

Preamplificatore a fet; unisce le caratteristiche dei migliori preamplificatori a transistor (come la dinamica, il basso rumore, la bassa impedenza di uscita e i costi contenuti) con quelle dei valvolari come l’ impedenza di ingresso elevata, la buona dinamica e la possibilità di usare la stessa configurazione circuitale sostituendo il triodo con il fet e adeguandone i valori di tensione e corrente, ma la bassa tensione di alimentazione (20-30V come i transistor) ne limitano il segnale di uscita, che risulterà sempre inferiore rispetto ai valvolari.

Questo tipo di preamplificatore è usato specialmente dai migliori audiofili anche in sostituzione dei più complessi costosi e ingombranti valvolari.

 

 

Alcune semplici nozioni per costruire un preamplificatore audio:

 

Vogliamo darvi qualche semplice schema funzionante per poter costruire un preamplificatore semplice ma funzionante e sicuro.

Seguiranno diversi schemi elettrici semplici e funzionanti che potrete costruire anche usando una millefiori.

 

Preamplificatore base a alto guadagno:

 

Se ci interessa un amplificatore molto semplice, lo schema riportato rappresenta un primo stadio molto semplice a alto guadagno, nel nostro schema, il guadagno in tensione sarà molto elevato (dell’ ordine delle centinaia di volte) ma purtroppo è soggetto a facili auto oscillazioni.

Elenco componenti preamplificatore base:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 22KΩ 0,25W

R3 = 4,7KΩ 0,25W

R4 = 1,5KΩ 0,25W

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

C4 = 47uF 16V elettrolitico

Q1 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

 

Preamplificatore a alto guadagno compensato:

 

Per evitare il rischio che si inneschino pericolose oscillazioni, che potrebbero essere in banda audio e quindi percepite come sibili o toc toc fastidiosi, oppure in RF, che impegnano tutti gli stadi successivi, portando alla saturazione i finali, li rimedi attuabile è quello di inserire un condensatore di compensazione tra base e collettore del transistor.

Con questo schema potrete amplificare anche i deboli segali dei microfoni dinamici:

Elenco componenti preamplificatore compensato:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 22KΩ 0,25W

R3 = 4,7KΩ 0,25W

R4 = 1,5KΩ 0,25W

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

C4 = 47uF 16V elettrolitico

C5 = 47pF 25V ceramico

Q1 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

 

Questo tipo di circuito, presenta anche un altro problema, quello della bassa impedenza di ingresso (dell' ordine di 1KΩ) e dell’ alta impedenza di uscita (maggiore di 3KΩ) , infatti se la sorgente presenta un’ impedenza interna dell’ ordine dei 10KΩ, il segnale presente sulla base di Q1 risulterà attenuato anche di 8-9 volte, quindi quello che preleveremo sul collettore di Q1 sarebbe l’ amplificazione di un segnale attenuato precedentemente, supponendo che in guadagno in tensione Av sia pari a 100, in uscita avremo un segnale pari a:

Vu = -Vi x Av

 

(abbiamo messo un – perché il segnale un uscita risulterà invertito di fare rispetto a quello di ingresso.

Ma con la resistenza interna del dispositivo sorgente (es. pick up piezoelettrico) avremo un segnale pari a:

Vu = -Vi x Av : 9

 

Preamplificatore a guadagno ridotto:

 

Molto spesso invece di un solo stadio a alto guadagno con tutti gli inconvenienti che possono sorgere, si preferisce usare due stadi in cascata a guadago contenuto, anche perché così facendo è più facile tenerlo sotto controllo.

Se inseriamo una resistenza R5 in serie al condensatore C4, andiamo a ridurre il guadagno Av, ma nello stesso tempo aumentiamo l’ impedenza di ingresso, migliorando il preamplificatore, e eliminiamo anche ogni rischio di oscillazione, pertanto avremo un guadagno approssimativamente pari a:

 

Av = R3 : (R4 // R5) x 0,97

 

quindi con i valori da noi scelti avremo:

 

4,7KΩ : (1,5KΩ x 220Ω) : (1,5KΩ + 220Ω) x 0,97

quindi avremo:

4,7KΩ : 192Ω x 0,97 = 23,7

 

Però anche l’ impedenza di ingresso ne beneficia, perchè adesso oltre al valore di R1 // R2 (cioè 17,35KΩ) e a sua volta in parallelo con l’ impedenza di ingresso tra base e emettitore (hie) normalmente dell’ compresa tra 1,5KΩ e 2,5KΩ), quest’ ultima risulterà in serie al carico di emettitore che sarà uguale a R4 // R5 moltiplicato per hfe (compreso tra 100 e 200), quindi avremo:

 

(R4 // R5 ) x hfe, cioè: 192 x 120 = 23KΩ

che sommato a hie e parallelato alla rete di polarizzazione ci darà un valore di:

 

23KΩ + 1,5KΩ, pari quindi a 24,5KΩ

 

che parallelato alle resistenze di polarizzazione R1 e R2 sarà pari a :

 

(hie x hfe) // (R1//R2) cioè 24,5KΩ // 17,35KΩ   = 10,15KΩ

 

Elenco componenti preamplificatore guadagno ridotto:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 22KΩ 0,25W

R3 = 4,7KΩ 0,25W

R4 = 1,5KΩ 0,25W

R5 = 220Ω 0,25W

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

C4 = 47uF 16V elettrolitico

Q1 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

 

Buffer di uscita, adattatore di impedenza:

 

Se il carico dovesse presentare un’ impedenza inferiore a 15KΩ, anche l’ alta impedenza di uscita influirebbe negativamente, in questo caso con un carico RL di 1KΩ e un’ impedenza di uscita di 3KΩ, il segnale utilizzabile sarebbe attenuato altre 4 volte.

Per rimediare a questo problema, è utile ricorrere a un buffer adattatore di impedenza come quello qui riportato:

Elenco componenti buffer adattatore di impedenza:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 82KΩ 0,25W

R3 = 1KΩ 0,25W

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

Q1 = transistor NPN tipo BC548, BC238, BC108

 

Le resistenze R1 e R2 servono a polarizzare Q1 in modo da avere sulla base di quest’ ultimo, una tensione pari alla metà di quella di alimentazione, di conseguenza sull’ emettitore, troveremo una tensione continua pari alla metà di quella di alimentazione sottraendo la caduta VBE, quindi (12 : 2) - 0,6 = 5,4V

Il segnale di uscità è uguale a quello in ingresso, ma l’ impedenza del circuito risulterà compresa tra 400 e 500Ω.

 

 

Preamplificatore con bootstrap a alta impedenza:

 

Per aumentare ulteriormente l’ impedenza di ingresso, abbiamo fatto ricorso al sistema bootstrap, per la polarizzazione di Q1, semplicemente collegando un condensatore elettrolitico tra l' emettitore di Q1 (dove è presente un segnale BF della stessa ampiezza di quello in ingresso) e il nodo di polarizzazione di R1 e R3, che in questo caso dovrà essere scollegato dalla base di Q1 inserendo in serie una resistenza R6 da 3,9KΩ; con questo accorgimento, il segnale in fase presente sull’ emettitore è riportato sulla base creando un “controvalore virtuale di impedenza" facendo che questa aumenti dai 10,15KΩ dello schema precedente, a un valore 25-30 volte superiore, raggiungendo valori dell’ ordine dei 2,50 – 3MΩ.

Elenco componenti preamplificatore con bootstrap:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 22KΩ 0,25W

R3 = 4,7KΩ 0,25W

R4 = 1,5KΩ 0,25W

R5 = 220Ω 0,25W

R6 = 3,9KΩ 0,25W

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

C4 = 47uF 16V elettrolitico

C5 = 10uF 16V elettrolitico

Q1 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

 

 

 

 

Preamplificatore bufferato con bootstrp a due transistor:

 

Questo circuito anche se più complesso dei precedenti, è quello con i maggiori vantaggi, perché oltre a un ingresso a alta impedenza che lo rende idoneo a amplificare segnali provenienti da qualsiasi sorgente (compresi microfoni e pick up piezoelettrici), grazie all’ impiego di un secondo transistor usato come inseguitore (con uscita da emettitore), presenta una bassa impedenza di uscita idonea a pilotare qualsiasi stadio successivo senza alcuna attenuazione o distorsione del segnale amplificato.

Se come Q1 abbiamo scelto un transistor a basso rumore, come Q2 va bene qualsiasi transistor di piccola potenza per usi generali , basta che abbia un B superiore a 100, in questo caso la base di Q2 risulta direttamente polarizzata dal collettore di Q1 e dalla resistenza R3, quindi il segnale amplificato non subisce nessuna attenuazione risultando indipendente dal carico.

Elenco componenti preamplificatore bufferato e ingresso bootstrap:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 22KΩ 0,25W

R3 = 4,7KΩ 0,25W

R4 = 1,5KΩ 0,25W

R5 = 220Ω 0,25W

R6 = 3,9KΩ 0,25W

R7 = 1KΩ 0,25W

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

C4 = 47uF 16V elettrolitico

C5 = 10uF 16V elettrolitico

Q1 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

Q2 = transistor NPN tipo BC548, BC238, BC108

Dopo aver descritto gli stadi di ingesso, passiamo adesso al controllo toni; questo tipo di circuito è formato da due filtri regolabili che possono essere di tipo attivo o passivo.

Elenco componenti controllo toni attivo:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 22KΩ 0,25W

R3 = 4,7KΩ 0,25W

R4 = 470Ω 0,25W

R5 = 1,5KΩ 0,25W

R6 = 4,7KΩ 0,25W

R7 = 100KΩ potenziometro lineare

R8 = 4,7KΩ 0,25W

R9 = 27KΩ 0,25W

R10 = 100KΩ potenziometro lineare

R11 = 4,7KΩ 0,25W

R12 = 220Ω 0,25W

R13 = 82KΩ 0,25W

R14 = 22KΩ 0,25W

R15 = 3,3KΩ 0,25W

R16 = 1KΩ 0,25W

RU = 10KΩ potenziometro logaritmico

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

C4 = 47uF 16V elettrolitico

C5 = 3,3nF 25V ceramico

C6 = 33nF 25V ceramico

C7 = 3,3nF 25V ceramico

C8 = 10uF 16V elettrolitico

C9 = 33nF 25V ceramico

C10 = 100uF 16V elettrolitico

C11 = 22uF 16V elettrolitico

C12 = 47uF 16V elettrolitico

Q1 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

Q2 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

Dopo il controllo toni attivo, ve ne presentiamo uno di tipo passivo, se in quello attivo l’ esaltazione avviene aumentandone l’ amplificazione, mentre l’ attenuazione avviene riducendo la stessa amplificazione della banda interessata attraverso uno dei due potenziometri, in quello passivo, l’ esaltazione è in realtà una minore attenuazione, infatti questo tipo di controllo toni, inserisce una certa attenuazione sul segnale in transito.

Questa configurazione si presta bene con segnali di ampiezza elevata, infatti era largamente usato con le valvole, con risultati eccellenti, ma molto meno con i transistor, perché risulta più critico e richiede un’ adeguata amplificazione, quindi la minore distorsione armonica non presenta nessun vantaggio, dal momento che un secondo transistor si rende necessario per il funzionamento.

Elenco componenti controllo toni passivo:

 

R1 = 82KΩ 0,25W

R2 = 22KΩ 0,25W

R3 = 4,7KΩ 0,25W

R4 = 470Ω 0,25W

R5 = 1,5KΩ 0,25W

R6 = 4,7KΩ 0,25W

R7 = 47KΩ potenziometro logaritmico

R8 = 4,7KΩ 0,25W

R9 = 220Ω 0,25W

R10 = 47KΩ potenziometro logaritmico

R11 = 3,9KΩ 0,25W

R12 = 10KΩ 0,25W

R13 = 120KΩ 0,25W

R14 = 120KΩ 0,25W

R15 = 4,7KΩ 0,25W

RU = 10KΩ potenziometro logaritmico

C1 = 47uF 16V elettrolitico

C2 = 10uF 16V elettrolitico

C3 = 10uF 16V elettrolitico

C4 = 47uF 16V elettrolitico

C5 = 6,8nF 25V ceramico

C6 = 68nF 25V ceramico

C7 = 68nF 25V ceramico

C8 = 6,8nF 25V ceramico

C9 = 100uF 16V elettrolitico

C10 = 4,7uF 16V elettrolitico

C11 = 22uF 16V elettrolitico

Q1 = transistor NPN tipo BC549, BC239, BC109

Q2 = transistor NPN tipo BC548, BC238, BC108

 

Controllo di luodness:

 

Per concludere abbiamo aggiunto un controllo di loudness come indicato qui per potenziometri dotati di presa…….

Elenco componenti controllo di loudness:

 

RU = 47KΩ potenziometro logaritmico

RA = 10KΩ 0,25W

RB = 3,9KΩ 0,25W

CA = 680pF 25V ceramico

CB = 27nF 25V ceramico

SW1 = deviatore a levetta

 

….. e quelli sprovvisti:

Elenco componenti controllo di loudness:

 

RU = 10KΩ potenziometro logaritmico

RA = 2,7KΩ 0,25W

RB = 2,2KΩ 0,25W

CA = 3,3nF 25V ceramico

CB = 100nF 25V ceramico

SW1 = deviatore a levetta

 

Adesso potrete collegarlo direttamente a un amplificatore, ma se volete avere un’ impedenza più bassa, potrete sempre aggiungere un booster come quello descritto precedentemente.

 

Se seguirete attentamente le nostre indicazioni, sarete fieri del risultato.

Buon lavoro!!!!