Il progetto di questo circuito di filtraggio / amplificazione mi venne poco dopo aver acquistato una cosiddetta “Evaluation Board” della CRYSTAL, nota azienda di semiconduttori specializzata nella realizzazione di dispositivi di conversione analogico / digitale e digitale / analogico per applicazioni audio. Nella fattispecie il convertitore montato sulla scheda di valutazione è il CS4320, un circuito integrato montato su diversi cd player commerciali.

La scheda di valutazione, il cui codice è CDB4390, è ben realizzata e consente di fare esperienza e acquisire familiarità su alcuni aspetti fondamentali della conversione D/A. Dopo aver fatto alcune valutazioni che mi interessavano sulla parte strettamente digitale del circuito, ho iniziato a elaborare idee su come migliorare la scheda per migliorarne la qualità sonora e subito ho pensato al filtro analogico di uscita. Lo schema originale del filtro è visibile in figura 1;

si noti anzitutto l’ingresso differenziale, infatti, l’uscita del CS4390 è di tipo bilanciato, costituita cioè da due segnali in controfasce. L’amplificatore operazionale montato in origine sulla scheda è un MC33078 della Motorola, un componente che ho apprezzato altre volte, soprattutto in virtù di un ottimo rapporto qualità / prezzo.
L’allineamento del filtro è di tipo “Butterworth” del secondo ordine e la frequenza di taglio è di circa 50 kHz, come si può vedere dalla risposta, simulata con MICROCAP7, di figura 2.

Il guadagno di 6 dB in banda passante è dovuto alla struttura differenziale dell’ingresso, cui si accennava prima. L’andamento del modulo in banda di transizione e la caratteristica della risposta in fase (grafico inferiore della figura) confermano che si tratta di un filtro alla “Butterworth”.
I primi esperimenti di “up grade” sono stati fatti sostituendo l’integrato MC33078 con altri aventi la stessa piedinatura cioè “pin to pin compatibili”, ottenendo in alcuni casi dei miglioramenti apprezzabili, ma in nessun caso strepitosi.
Il primo vero miglioramento è stato ottenuto sostituendo il filtro attivo originale con uno passivo di tipo induttanza – capacità del secondo ordine, seguito da un amplificatore differenziale a JFET.
Con questa struttura circuitale si notava in particolare un miglioramento della gamma medio-alta, più rifinita e dettagliata, e una maggiore dinamica generale.

Il circuito a triodi.
Ciò che ha veramente fatto compiere un salto di qualità al sistema di conversione è il circuito di figura 3;

la struttura circuitale è praticamente la stessa di quella descritta prima per lo stadio a JFET: filtro passivo del secondo ordine (la struttura del filtro è esattamente la stessa impiegata in precedenza), seguito da amplificatore differenziale.
L’allineamento del filtro è di tipo “Bessel” e la sua risposta, sempre simulata con MICROCAP7, è visibile in figura 4;

si noti, rispetto alla risposta del filtro originale (figura 2), una maggiore linearità della caratteristica di fase, soprattutto in banda di transizione. La frequenza di taglio è un po’ più alta di quella del filtro originale ed è vicina ai 70 kHz.
La valvola impiegata per la realizzazione della sezione di amplificazione è la E182CC o 7119, un doppio triodo non molto noto nell’ambiente dell’autocostruzione, ed è un peccato perché si tratta di un dispositivo dalle caratteristiche molto interessanti, sicuramente in grado di regalare notevoli soddisfazioni, soprattutto se impiegato in determinati ambiti. Il mio amico Mario Passarelli da Campobasso, ottimo progettista di amplificazioni sia valvolari sia a stato solido, ne suggerisce in particolare l’impiego come driver di tubi di potenza ostici da pilotare. Io, che sono meno velleitario di lui, mi sono per ora limitato al loro impiego a livello di conversione D/A, e vi assicuro che hanno completamente rivoluzionato le caratteristiche soniche del convertitore. Io solitamente sono piuttosto riservato circa i parametri di ascolto dei circuiti che realizzo, ma in questo caso mi è difficile non evidenziare le differenze che ci possono essere tra questo sistema e quello della scheda originale o quelli montati su molti cd player commerciali, anche di classe medio-alta.
I miglioramenti immediatamente più evidenti riguardano anzitutto la dinamica, ma è l’ascolto in generale, inteso come godibilità della riproduzione strumentale e vocale a trarne vantaggio.
I numeri che compaiono nello schema di figura 3 fanno riferimento alla numerazione dei nodi del circuito e alle rispettive tensioni relative al punto di lavoro dei triodi. I valori sono il risultato dell’analisi in continua fatta da MICROCAP7, tra parentesi si trovano invece i valori effettivamente riscontrati sul circuito reale; si noti la buona corrispondenza fra i valori.
Ai fini della simulazione è stato utilizzato per il triodo il modello semplificato, cioè quello che prevede una caratteristica di uscita descritta dall’equazione:

Ip=K*(µVgk+Vpk)3/2 ,

dove Ip è la corrente di placca (anodo), Vgk e Vpk le tensione di griglia e placca rispetto al catodo e µ e K sono due parametri (guadagno e perveanza) caratteristici del triodo.
La parametrizzazione della E182CC con MICROCAP7 è visibile in figura 5,

“TRIODE1” è la “MACRO” cui vengono passati i valori dei parametri al fine di avere il legame fra corrente e tensioni di cui all’equazione precedente.
In figura 6 è riportata la risposta in frequenza complessiva , relativa ad una delle uscite (quella in fase, l’uscita è di fatto bilanciata, ma nell’impiego hi-fi solitamente si usa la versione sbilanciata del segnale).

Si noti un guadagno abbastanza elevato, attorno ai 20 dB, ciò comporta che l’uscita analogica risultante dalla conversione ha un valore abbastanza elevato; con un cd di test registrato a 0 dB si ottengono quasi 5 Vrms.
La sezione di alimentazione è caratterizzata dallo schema di figura 7, in cui si può notare l’estrema semplicità circuitale, sia per la tensione anodica, sia per i filamenti; si tratta in entrambi i casi di uno stabilizzatore serie, a MosFet nel caso dell’anodica, a transistor bipolare per i filamenti.

Circuiti di questo tipo risentono abbastanza poco del tipo di componente utilizzato, di alternative, soprattutto per i MosFet, ce ne sono diverse; quello proposto, IRF740, è ha il pregio di costare poco ed essere facilmente reperibile.
L’alimentatore è unico, il disaccoppiamento fra le tensioni per i due canali è realizzato per mezzo di filtri R-C.

La realizzazione
Le foto illustrano chiaramente l’aspetto prototipale della realizzazione, l’unica parte abbastanza ben consolidata è quella relativa all’alimentazione anodica e dei filamenti, realizzata sul circuito stampato a L, il cui particolare compare nella foto sotto.

Per il resto, si tratta di montaggio su basetta millefiori, forse, un giorno, farà seguito il circuito stampato.

Per chi volesse ulteriori informazioni può prendere contatto all’indirizzo luccomi@tin.it.

Il convertitore è stato presentato su Costruire Hi-Fi n°57