Preamplificatore RIAA MM a massa virtuale

Diversamente dalle testine a bobina mobile (MC), le testine a magnete mobile (MM) più economiche possono soffrire di alcune limitazioni nella risposta alle alte frequenze della banda audio. Grazie ad una circuitazione del tutto innovativa, il preamplificatore RIAA presentato in quest’articolo permette di estendere sensibilmente la banda passante delle testine a magnete mobile fino alle frequenze ultrasoniche.

Questo circuito è stato concepito, in primo luogo, al fine di rappresentare una soluzione economica per migliorare sensibilmente le prestazioni delle testine a magnete mobile di fascia “entry level”, ottenendo risultati paragonabili alle testine a magnete o bobina mobile di fascia superiore.

Funzionamento del preamplificatore phono a massa virtuale

I comuni preamplificatori RIAA presentano al loro ingresso un’elevata resistenza (~47 kΩ) ed una capacità regolabile che, risuonando con la testina magnetica, ne estende leggermente la risposta in frequenza. Tuttavia, le testine a magnete mobile più economiche possono risuonare già a frequenze prossime ai 15 kHz, peggiorando in maniera inaccettabile l’andamento di ampiezza e fase in banda audio.

Il circuito proposto in quest’articolo risolve efficacemente questo problema fornendo un’impedenza d’ingresso nulla, mentre un’apposita rete di correzione, accordabile con la testina, provvede a rendere costante la sua risposta in frequenza fino a frequenze dell’ordine delle centinaia di chilohertz. Il risultato è una percepibile estensione della risposta alle alte frequenze.

Infine, la connessione della testina ad un cortocircuito virtuale contribuisce a smorzare le risonanze meccaniche, migliorandone le prestazioni. Un approfondimento teorico sulla tecnica impiegata in questo circuito è disponibile qui.

Progetto del preamplificatore RIAA a massa virtuale

La testina magnetica è connessa al morsetto invertente di un amplificatore operazionale impiegato come amplificatore in transresistenza, ovvero il cui ingresso è pilotato in corrente (anziché in tensione); il guadagno complessivo del circuito è di circa 40 dB a 1 kHz.

Data l’elevata amplificazione in continua del primo stadio, è necessario impiegare operazionali con piccolo sbilanciamento d’ingreso (V_OS, offset). Inoltre, dal momento che il segnale d’ingresso è una corrente, per ottenere un elevato rapporto S/N è conveniente scegliere amplificatori operazionali con bassa corrente di rumore d’ingresso. A questi scopi sono particolarmente indicati gli amplificatori operazionali con ingresso a JFET, che permettono di ottenere un rapporto S/N di oltre 70 dB(A). R₁₍₇₎, C₁₍₆₎, R₃₍₉₎, C₃₍₈₎ e R₅₍₁₁₎ sono i componenti della rete RIAA, che forniscono un’accuratezza tipica di ±0,2 dB in banda audio.

Il progetto è stato dimensionato per la testina Shure M44G, che è caratterizzata da una resistenza interna R_s = 640 Ω e da un’induttanza interna L_s = 640 mH. Impiegando testine diverse, è necessario modificare i valori di R₂₍₈₎, C₂₍₇₎ e R₅₍₁₁₎ usando le seguenti formule:

\[R_{2(8)}=\frac{(L_s/R_s)-8\times10^{-7}}{3,18\times10^{-3}-(L_s/R_s)}\times1,8\times10^5\]

\[C_{2(7)}=\frac{8\times10^{-7}}{R_{2(8)}}\]

\[R_{5(11)}=\frac{9\times10^6\times R_s}{1,8\times10^5+R_{2(8)}}\]

Si noti che il rapporto \(L_s/R_s\), che rappresenta la costante di tempo della testina, dipende dal modello impiegato. I valori di R_s e L_s di ciascuna testina possono essere ottenuti dai documenti tecnici del produttore o misurati opportunamente.

Lo stadio d’alimentazione è costituito da un moltiplicatore di capacità (Q₁, R₁₃ e C₁₂) che fornisce un’attenuazione del ripple di –50 dB, seguito da un rail splitter che consente di ottenere un’alimentazione duale a partire da una tensione singola, che deve essere compresa tra +18 e +24 V.

I condensatori da 100 nF sono di tipo ceramico e servono al by-pass delle alimentazioni.

La scheda

Le dimensioni della scheda sono di 100 × 60 mm, e pertanto può essere facilmente montata in contenitori metallici di piccole dimensioni.

La scheda dispone di una connessione centrale di massa che può essere collegato all’apposito cavetto proveniente dal giradischi. Per non degradare il rapporto S/N, è necessario evitare anelli di massa nei collegamenti tra la scheda ed i connettori.