Autocostruzione finale in classe A "JLH"

Ciao a tutto il forum mi presento, mi chiamo Piero e sono un appassionato di elettronica e del buon ascolto
Ero da tempo alla ricerca di un amplificatore semplice da realizzare ma ben suonante e, leggendo varie opinioni sul web, ho optato per questo finale da 10W in classe A progettato da John Linsley Hood.
Ho scelto la versione "2000" perchè dei transistor originali del 1969 non se ne trova nemmeno l'ombra, o se ci sono dubito che siano genuini, per cui trovandomi abbastanza 2N3055 nei cassetti, ho avviato la costruzione.

Lo schema realizzato su MULTISIM:


Qui, il PCB disegnato su AutoCAD e portato su basette ramate tramite trasferimento del toner:


Volendo realizzare un finale STEREO ho ovviamente creato due basette perfettamente simmetriche che ospiteranno i componenti dei due canali.

Come alimentazione ho utilizzato un toroidale con due secondari configurato per alimentazione singola, un secondario per canale, due ponti raddrizzatori da 25A e batteria di condensatori per ogni canale.
Il toroide è un 230V 30-0-30 da 300VA, forse la tensione in uscita è un pò eccessiva per questo finale ma non ho altro in casa al momento:


Gruppo alimentazione:


Ed ora i finali, montati su dissipatore anodizzato con isolatori di mica e la PCB di un canale;


Vista PCB:


Come chassis sto utilizzando il vecchio case di un VCR della Sinudyne che ha tirato le cuoia ma al momento è in lavorazione.

Come si vede, i componenti necessari sono davvero ridotti all'osso e inutile dire che quando si termina un circuito non si vede l'ora di provarlo .

Alla prima accensione di un canale sembra tutto ok. Si regolano i trimmer R8 per la corrente a riposo, R1 per la VCC/2 , e si controllano i multimetri: L'assorbimento di corrente è di 1,70 A e la VCC/2 è 12 e qualcosa. Ho notato che girare il potenziometro del partitore per controllare VCC/2 non cambiava più di tanto,ma non stava succedendo nulla di particolare e così ho deciso di andare avanti. Entrambi i finali sulla superficie del package risultano incandescenti ma con delle ventoline da PC si riesce a mantenere la temperatura del dissipatore sotto i 50 gradi dopo 20 minuti a vuoto.
Decido di collegare le casse e di buttar dentro un pò di musica e con grande soddisfazione riesco a sentirla più che bene, ma i problemi arrivano dopo...
Nonostante la temperatura del dissipatore fosse abbastanza bassa grazie alle ventole, rimaneva il fatto che toccare i 2N3055 era come mettere il dito su un fornello acceso, quindi ho spento tutto e cercato sul web informazioni a riguardo senza trovare nulla.
Decido di riaccendere e mettere sotto carico l'amplificatore, magari quella temperatura sul case è normale, basta che il corpo dissipante sia tenuto fresco e penso vada tutto bene...Forse
Ha suonato alla grande per 2 orette circa ma ad un certo punto non sento più niente e l'assorbimento scende a 0 A... che è successo?
Per curiosità ho smontato i finali dal dissipatore e sorpresa sorpresa... c'era una grossa macchia grigia su entrambi i die , esattamente a pochi millimetri dai pin di Emettitore e Base.
Avendone altri in casa ho deciso di montarne altri e di nuovo stessa cosa, ma stavolta ha funzionato più a lungo, 4 ore invece di 2...  
C'è sicuramente un problema e per evitare di friggere un'altra coppia ho deciso di rivolgermi a chi sicuramente ne sa più di me, secondo voi quale può essere il problema?
Ogni consiglio o critica sono ben accetti.

A mio parere è solo un problema di dissipazione, altrimenti non durerebbe così a lungo.
Proverei a togliere la mica e tenere isolato il dissipatore per intero, anche se può avere qualche problema di assorbimento rf, ma che di solito non infastidisce.
Il dissipatore è comunque piccolo, ne metterei almeno uno per canale con dmensioni simili.
Buon lavoro!
--
CIao

Il dissipatore in foto è di un canale soltanto, ma può darsi che sia effettivamente troppo piccolo per entrambi i finali. Però con le ventole si riusciva a tenerlo abbastanza fresco quindi non capisco come mai siano saltati ugualmente...

Nessuno che abbia qualche idea?

Ciao, se hai gli stumenti adeguati e regolato la.corrente da riposo non dovresti avere un problema di temperatura ( senza segnale deve rimanere freddo ) ma a occhio credo che sia un problema di dissipazione...metti della pasta termica sotto il.finale e con una ventilazione adeguata dovrebbe andare bene.
La dimensione del dissipatore per un solo finale va bene purche sia connesso a sua volta sul telaio dell ampli....anche quello sembra poco invece dissipa....e poi una ventilazione in una scatola chiusa è meglio che lasciare il dissipatore all aperto perche il convoglio di aria in una scatola chiusa ( con fessure avanti e dietro la ventola ) fredda meglio. Dico questo solo se l hai fatto funzionare così in maniera volante...alteimenti come non detto...

I finali in classe "A" scaldano con o senza segnale è la loro peculiarità avendo una corrente di riposo gagliarda...

almo70 ha scritto:I finali in classe "A" scaldano con o senza segnale è la loro peculiarità avendo una corrente di riposo gagliarda...

scaldano di più senza segnale o a basso volume che quando ci dai dentro.

i problemi sono semplici e sono 2:
la sovralimentazione, che aumenta notevolmente la potenza che il transistore deve dissipare,
e l'altro, questo:

HiFiGuy ha scritto:... nonostante la temperatura del dissipatore fosse abbastanza bassa grazie alle ventole
toccare i 2N3055 era come mettere il dito su un fornello acceso ...

significa che il contatto tra transistori e aletta non è termicamente buono,
occorre stringere meglio, verificare che il sotto dei transistori siano planari,
e soprattutto più pasta termoconduttiva,
le miche sono indispensabili, perché i collettori sono a potenziale differente.

Dalla foto mi pare che i 3055 non siano di buona marca,
mi sembra che abbiano la tesa del cappello un po' troppo sottile,
se così è più di tanto non riusciranno a dissipare
e la soluzione potrebbe essere una di queste 3:
3055 di buona marca
abbassare la tensione d'alimentazione
un dissipatore da TO3 anche sul sopra dei transistori

Non vedo una controreazione totale, teoricamente buona cosa dal punto di vista sonico ma pessima dal punto di vista della stabilità.
Inoltre i fili lunghi sui finali non aiutano a eliminare eventuali autooscillazioni in alta frequenza.
Con un oscilloscopio hai controllato cosa c'è in uscita con segnale a zero?

Ciao a tutti e grazie per le risposte!

Andrea 6v6gt ha scritto:
La dimensione del dissipatore per un solo finale va bene purche sia connesso a sua volta sul telaio dell ampli....anche quello sembra poco invece dissipa....e poi una ventilazione in una scatola chiusa è meglio che lasciare il dissipatore all aperto perche il convoglio di aria in una scatola chiusa ( con fessure avanti e dietro la ventola ) fredda meglio. Dico questo solo se l hai fatto funzionare così in maniera volante...alteimenti come non detto...

Ciao Andrea, le prove le ho fatte come dici tu "volanti" e le ventole le ho appoggiate dietro il dissipatore in piedi in modo che buttassero aria verso il dissipatore e fluisse fuori dai lati, il montaggio sullo chassis non l'ho ancora provato ma stavo pensando di avvitarli ai lati con un buco rettangolare grande quanto i dissipatori con le ventole piazzate per buttare aria da dentro verso fuori, non so se vada bene.

Valter, quoto in toto il tuo messaggio e sono d'accordo su tutto.
Il problema della sovralimentazione potrebbe essere un fattore, si potrebbe provare ad abbassarla tramite una resistenza o qualcos'altro...
Convengo particolarmente sul discorso pasta termica, credevo fosse sufficiente stringere con solo l'isolatore di mica ma, a quanto pare, non è cosi quindi proverò ad aggiungerla.

valterneri ha scritto:
Dalla foto mi pare che i 3055 non siano di buona marca,
mi sembra che abbiano la tesa del cappello un po' troppo sottile,
se così è più di tanto non riusciranno a dissipare

Per quanto riguarda la bontà dei 3055 ho provato ad aprire uno dei primi caduti:

Confrontandolo con immagini sul web credo sia autentico quindi non credo siano loro il problema..

sportyerre ha scritto:
Con un oscilloscopio hai controllato cosa c'è in uscita con segnale a zero?

Per l'uscita no, non ho pensato a controllare con segnale zero ma solo con segnale sinusoidale che risultava abbastanza pulito e con pochissima distorsione.
In questo momento i finali in foto sono la seconda coppia saltata, quindi proverò a smontarli e ad aggiungerne una terza applicando l'accorgimento della pasta termica.
Vi terrò aggiornati, grazie ancora a tutti per i preziosi consigli.

HiFiGuy ha scritto:... il problema della sovralimentazione potrebbe essere un fattore,
si potrebbe provare ad abbassarla tramite una resistenza o qualcos'altro...

Hai 4 possibilità:

suddividere quei condensatori in due (1/3 prima e 2/3 dopo) e inserire un enorme resistore nel mezzo:
(2,2 Ohm 40 Watt, ma anche più potente e ben raffreddato)

un alimentatore stabilizzato semplicissimo: (Zener + 2N1711 + 2N3055) molto ben raffreddato

un resistore prima del trasformatore (sul primario) sempre di notevole potenza:
(56 Ohm 40 Watt ma anche più potente e ben raffreddato)

togliere la plastica al trasformatore e sbobinarlo un po'

usare l'amplificatore solo di mattina per fare il caffè

Ahahahahahaha, bella quella del caffè
Tutte soluzioni molto valide, credo che quella più auspicabile sia quella di sbobinare il trafo, tralaltro il fatto che sia a due secondari separati facilita l'operazione senza stare dietro al center tap.
Quanto credi che serva di alimentazione a questo finale? Sull'articolo di Nuova Elettronica lo alimentano a 35 volt ma il progetto originale lo riporta a 27...

[quote="valterneri"]

HiFiGuy ha scritto:... un resistore prima del trasformatore (sul primario):
(56 Ohm 40 Watt ma anche più potente e ben raffreddato)

No, qui ho sbagliato a scrivere,
56 non sono gli Ohm, ma i Volt da abbattere, gli Ohm da inserire saranno attorno a 16 …
la misura non è calcolabile con precisione perché occorrerebbe conoscere l'assorbimento a vuoto del trasformatore,
dato che è di potenza notevole, 300 Watt, almeno 14-18 li assorbe.

Anche se non userai questo metodo "ho corretto per correttezza"

Bene: io ho calcolato necessaria una riduzione di 8 Volt sui condensatori di livellamento
per scendere a 30 o poco più dei 38 o poco più che forse avrai,
scenderei comunque del minimo indispensabile per renderlo affidabile
dopo averlo anche raffreddato meglio.

Sbobinare il trasformatore è la soluzione migliore ma è un po' un peccato,
perché quel trasformatore così potente per questo amplificatore è molto sprecato,
era giusto 100 Watt 24 Volt.

Del progetto quel che mi sorprende è come faccia a resistere quel povero 2N1711,
hai provato a toccarlo per vedere quanto scalda?

Si, scaldicchiava un pochino ma niente di che, ma mi ricordo che fu anche uno dei transistori che, insieme alla seconda coppia di 3055, si ruppe.
Per il trasformatore in effetti sarebbe uno spreco, lo avevo preso perchè era la prima cosa che mi era capitata, e sembrava andare bene per un esperimento.
Devo cercare meglio in garage perchè ricordo di avere in qualche armadietto un bel pò di trasformatori a lamierini, peccato non poter utilizzare il toroidale... sarebbe stato sicuramente migliore.

Non fidarti troppo della potenza promessa dai trasformatori,
spesso, se messi a regime continuo, ci fai il caffè anche su di loro.
Quindi occorre sempre un collaudo di prova.

Ci sono a giro molti toroidali da 50Watt 12Volt dismessi da lampadine al quarzo,
se ne metti due in serie ...

Allora molte macchine del caffè possiedono all'interno dei toroidali di quelli scarsi..

Bene, comunque sia farò il cambio, vediamo se ne trovo uno da 24 Volt

Ah, giusto per correttezza anche da parte mia, ho dimenticato di farne menzione, la tensione di alimentazione, prima che non funzionasse più, ammontava a 40.2 V con 1.7A, forse valori un pò troppo elevati, vero?

HiFiGuy ha scritto:Ah, giusto per correttezza anche da parte mia, ho dimenticato di farne menzione, la tensione di alimentazione, prima che non funzionasse più, ammontava a 40.2 V con 1.7A, forse valori un pò troppo elevati, vero?

Si, per la dissipazione costante che ne deriva.
E' buono il trasformatore! io lo davo un po' più in calo coi 3,4 A totali che deve dare,
certo è un 300 watt! e forse poi è 220 o 230 Volt? Ora ne riceve 230 o anche più.

Sei vicino a ottenere 20 Watt RMS.

Non so se sia un bene o un male visto che questo amplificatore è progettato per 10 Watt RMS oltre questa barriera non mi risulta ci siano stati molti esemplari, almeno di questo modello del 2000.
Comunque, resto dell'idea che, se non voglio utilizzare dissipatori piu grandi pena temperature troppo elevate, dovrò sostituire il trafo per la tensione con cui l'ampli è stato progettato.

i radiatori devono essere più grossi,
ovvero di maggior spessore, soprattutto dove è avvitato il transistore,
la quantità di calore dissipato lo da il contatto metallo/aria, quindi la superficie radiante,
ma la velocità di estrazione la da la quantità di metallo dove è avvitato il transistore,
questo perché l'accumulo di calore nei pressi della giunzione ne impedisce l'ulteriore dissipazione
e la temperatura aumenta.
La velocità è data dalla quantità di metallo.
Ovviamente l'imperfetto contatto transistore/metallo interrompe questa velocità di trasmissione.

Sono d'accordo, credi che aggiungendo la pasta termica per mettere a pari le basi dei TR con le alette basti ad assicurare una buona trasmissione e soprattutto la dimensione dei dissi sembra adeguata per assicurare una buona dispersione per i 10Watt? Considerando la scarsa efficienza della classe A suppongo che ulteriori 40 Watt andranno sprecati in calore con l'alimentazione giusta... Le misure delle alette, se possono servire, sono: 250x101x26mm e hanno una resistenza termica, sulla carta, di 1.2C° per Watt

Si, sono un po' piccoli,
anche se è vero che li raffreddi forzatamente
è vero anche che le ventoline estraggono il calore dalle alette, non dal transistore,
la superficie tra transistore e alette rimane quindi il punto critico.
Quindi … pasta tra transistore e mica e tra mica e alluminio.

Ti consiglio una soluzione migliore di tutte quelle finora dette:

lasci il trasformatore com'è
lasci il radiatore com'è
raddoppi il numero dei 3055 (4 per canale)
(ho visto che il radiatore ha già le forature necessarie)
metti un resistore da 0,22 Ohm 3 Watt dopo ogni emettitore
lasci la corrente di riposo a 1,7 o poco più in totale
sostituisci il 2N1711 con un transistore migliore in ogni parametro
(potenza corrente guadagno)
dovresti selezionare i 3055 per l'uguaglianza e il massimo guadagno
(ma questo avresti dovuto già farlo)

Apparentemente l'aletta insufficiente sembra così diventare ancor più insufficiente,
invece è vero il contrario.

Mmm.. Soluzione davvero interessante valter, per raddoppiare intendi aggiungerne un'altra coppia in parallelo ai finali giá esistenti? Se si, intendi come collegamento tipo darlington o con stessa base dei finali originari?
Per il 1711 hai qualche idea? Si dovrebbe optare per un transistor che non si discosti come performance e THD, rimanendo sempre capace di sostenere la sovralimentazione...

in parallelo:
base con base
collettore con collettore
emettitore con emettitore … però, gli emettitori, prima di unirsi ...
dovrebbero avere ciascuno un resistore 0,22 Ohm 3 Watt in serie,
quindi 4 emettitori, 4 resistori.

Un sostituto al 2N1711 è facile da trovare, però cercarne uno con la stessa piedinatura CBE è difficile.
Occorrerebbe 80-100 VBE0, almeno 2 o 3 Watt, 120-160 hFE certi

quindi solo un po' più potente (va comunque raffreddato) e con più guadagno (basta poco),
questo perché i 3055 hanno un guadagno basso e rischi la distorsione salendo in potenza.

Che ne dici del 2n3019? Ha delle caratteristiche simili e inoltre possiede la stessa piedinatura e case del 1711.