Un amplificatore a valvole tutto Home-Made, Ma con caratteristiche Industrial Grade.

Esatto, Triac, hai indovinato. Aggiungi anche un pò di Jazz ma non troppo "free", molta classica di vario genere.
Qualcosa anche di folk-pop specialmente quando ci sono delle voci belle da sentire e poca musica "rumorosa".
Rock... qualche volta... ma poco e non troppo spesso.
Odio il "rap" e le canzoni di puro contenuto politico.

Eccoci quà, lo schema non è ancora pronto perchè ho avuto grane con l'oscilloscopio che adesso sembrerebbero risolte. Sia perchè ne ho comprato uno nuovo, sia perchè con quello nuovo ho riparato quello vecchio. Insomma, adesso ne ho due...

Comunque, voglio anticiparvi qualcosa del circuito che sarà quello finale. Le valvole usate sono:

EF86 Pentodo a basso rumore per piccoli segnali come preamplificatore.
E88CC Doppio triodo a medio mu come invertitore di fase.
6SN7 Doppio triodo a medio mu come driver.
807 Pentodo di trasmissione per onde corte (2 tubi) in push pull come finale.

Lo so. State per dire che è un malassortito valvolame... No, non lo è. Ci sono precise scelte dietro ad ogni valvola e quello che più conta è il circuito dove la valvola viene usata. Ma cominciamo dall'inizio.

La ECF80 è un pentodo ad alta amplificazione di tensione, ha un guadagno in tensione di circa 120, cioè di 40dB circa... EHHHHH, troppo. Poi un pentodo è rumoroso e distorce. Non sarà mai "dolce" come un triodo...
Vero. Ma io ho usato lo zucchero e ho messo il pentodo a glassare per bene
Vabbè, siamo seri. Ho connesso la griglia schermo con l'anodo ed ho ottenuto un bellissimo triodo a basso rumore e guadagno medio per piccoli segnali. Connesso come triodo l'EF86 della Sovtek da circa 30 dB di guadagno in tensione senza rumore e comportandosi armonicamente come un bel triodo. Il resto del circuito è il solito amplificatore a catodo comune, nè più nè meno. Niente reazione, anche se ho provato a lasciare il catodo senza condensatore, ottenendo il risultato di abbassare solamente il guadagno di solo qualche dB. Più avanti farò l'analisi armonica di solo quella parte lì e vedremo se cambia qualcosa con o senza condensatore sul catodo.
Negli amplificatori classici, il primo tubo, il solito pentodo EF86, veniva usato come pentodo ad alto guadagno perchè non avevano in ingresso il livello di uscita di un lettore CD moderno che è intorno ai 2Vrms per piena potenza in uscita. Per questo, oggi, ci possiamo concedere uno stadio pre con guadagno di 10/12 dB più basso di quaranta anni fa. Ma non solo. Sempre negli amplificatori classici, si usava iniettare la reazione dall'uscita del trasformatore sul catodo di questo tubo, riducendo l'amplificazione globale di tutto l'amplificatore coinvolgendo anche il pentodo di ingresso. Ecco, questo io non l'ho fatto. Il pentodo EF86 in ingresso è stato collegato a triodo ed in pura classe A senza reazione. Pare l'uovo di colombo, ma non ci voleva molto a pensarci (Si fa per dire, in realtà ho fatto un casino di prove prima). Quindi, se potessimo applicare il segnale di uscita del EF86 ad un altoparlante (non è possibile per ovvie ragioni, non vi illudete) sarebbe migliore di quello di qualsiasi 300B in classe A con trasformatore di uscita. Eh, scusate l'ovvietà, ma un triodo di bassa potenza, per basso segnale, a basso rumore ricavato da un pentodo apposta pensate che non sia meglio di una valvola a riscaldamento diretto a bassa amplificazione di potenza e per di più con un trasformatore di uscita come una 300B? Una 300B costa qualche centinaio di euro contro una ventina di una EF86 solo per la differenza di potenza dissipata, mica per l'infusione del bulbo in atmosfera esoterica dentro un pentacolo in un cimitero sconsacrato... Una EF86 anche connesso come triodo non potrà mai e poi mai pilotare un altoparlante... però... potrebbe pilotare qualcosa che somigli molto ad un altoparlante virtuale. Insomma, l'amplificatore che segue, se amplificasse soltanto senza aggiungere niente del suo sarebbe come collegare un altoparlante al segnale di amplificatore in classe a di un triodo senza reazione alcuna.
E questa è l'idea che ho seguito. Ma andiamo per passi. L'uscita del primo stadio entra dentro un invertitore di fase tipo floating paraphase. EEEEEEHHHH... ecco tutti ad urlare... ma lo sanno anche i sassi che tra i vari tipi di invertitori di fase il floating paraphase è quello peggiore...
Vero anche questo, ma perchè? Perchè è sempre stato giudicato il peggiore? C'è un motivo valido che possiamo, con la tecnologia moderna aggirare e usarlo in modo proficuo come gli altri e/o meglio, oppure tutt'oggi dobbiamo credere ciecamente alle leggende metropolitane?
Bella domanda eh? Risponderò più avanti. Nella prossima puntata...

Beh, Gyppe, allora dovrai aspettare ancora qualche anno. Per arrivare a questo punto ho impiegato circa sei anni di tempo perso... E devo ancora avvolgere il secondo trasformatore, rivedere l'alimentatore, ricablare tutto come si deve... Purtroppo, per fare un buon prodotto o ci si lavora otto ore al giorno e anche in più di una persona oppure richiede tanto, tanto, tanto, tempo.
Sul fatto che tu non capisci di cosa parlo, non è molto importante, probabilmente non conosci i termini e i componenti. Tu cerca di capire quello che puoi, il resto viene con il tempo. Nessuno nasce professore, e bisognerebbe aggiungere anche che pochi lo diventano anche se sono in tanti.

Ma torniamo a noi.
Nel frattempo qualcuno, in privato, mi ha chiesto come faccio a misurare la distorsione di cui parlo e vorrei rispondergli.
Una prima misurazione della distorsione armonica la si può fare ad "orecchio". Anche se può sembrare una cosa approssimativa, non lo è affatto. Esistono persone che ad "occhio" scelgono i colori delle pelli per realizzare capi e sono molto bravi. Anche in questo caso occorre imparare, educare i sensi. Quindi, una prima misura la possiamo fare ad orecchio. L'orecchio umano apprezza la distorsione armonica di un segnale sinusoidale quando questa supera l'uno per cento. Ma, se un'onda sinusoidale viene distorta fino ad 5%, allora la cosa diventa avvertibile da tutti. D'altro canto, per cosa ci si scervella a costruire amplificatori dalla bassa distorsione armonica? Per fare a gara a chi arriva più in basso o perchè una distorsione armonica alta disturba l'ascolto? Allora, se l'ascolto è "disturbato" la distorsione è inaccettabile. Logico!
Ma, il problema nasce quando non si ha a che fare con un amplificatore completo, e quindi si ascolta il risultato totale di tutti i suoi stadi, ma quando l'amplificatore, distorce, si sente, e non si sa perchè. In questi frangenti occorre lo strumento adatto e non basta più l'orecchio che può sentire l'altoparlante pilotato da "tutto" l'amplificatore ma non il singolo stadio preamplificatore, invertitore di fase, driver o finale che sia e capire quale stia distorcendo, di quanto, come e perchè.
In questi frangenti occorre un oscilloscopio, e osservare cosa accade ad onde sinusoidali, triangolari, a dente di sega o quadre. Da questa analisi preliminare si può risalire a cosa produce la distorsione in base al tipo che è, fino alla banda passante, la risposta ai transienti ecc...
Un analizzatore di spettro audio o un oscilloscopio che faccia anche la FFT (fast fourier transform), praticamente la stessa cosa di un analizzatore di spettro audio, con un generatore sinusoidale in ingresso all'amplificatore si può capire dalle armoniche misurate un sacco di cose. Esistono anche misuratori di distorsione o distorsimetri, ma lo strumento è molto costoso e limitato. Secondo quanto provato e riprovato, dimostrato e verificato, non è molto importante, per un amplificatore audio, una distorsione dello 0.00012% rispetto ad un altro che ne ha una dello 0.00006%. Come abbiamo detto, l'orecchio umano percepisce male una distorsione armonica totale inferiore al 5%. Con molto esercizio si riesce a capire se il segnale è armonicamente puro o se ha una distorsione superiore all' 1%. Questo nel caso che si stia ascoltando un segnale sinusoidale. Nel caso di musica, questi valori diventano più alti e puramente soggettivi. Quindi, non ha senso andare a cercare metodi per ridurre la distorsione a livelli inferiori allo 0.5%. In particolare sulle armoniche dispari.
E per rispondere alla domanda come si fa a misurare strumentalmente quella distorsione che non risulta percepibile all'orecchio umano:

http://www.elettronicashop.com/he/distorsiometro.html

Molto semplice ma efficace.
Invece una descrizione più accademica:

http://en.wikipedia.org/wiki/Distortion

Anche se la cosa più semplice è questa:

Continuando sull'onda...

La distorsione è la radice quadrata della somma dei quadrati dei livelli delle armoniche diviso per la somma dei quadrati dei livelli delle armoniche e della fondamentale.
La distorsione percentuale è la distorsione per il 100%.

Un sistema economico per misurare la distorsione di un amplificatore è di usare un amplificatore operazionale ed un generatore di sinusoide. Si sottrae alla forma d'onda in uscida dall'amplficatore la forma d'onda che è stata inserita in ingresso. Il resto è la distorsione. Il rapporto tra i due in percentuale è la distorsione totale. Armonica, di fase, da intermodulazione, di forma, di tutto insomma. Non si saprà esattamente cosa si sta misurando, ma in fase di messa a punto e di controllo è un ottimo metodo, in mancanza di oscilloscopio o di un analizzatore di spettro.
Un'alternativa è di usare due canali dell'oscilloscopio, uno sul segnale in ingresso uno su quello di uscita, tramite la funzione differenza dei canali si può apprezzare cosa aggiunge l'amplificatore.
Un filtro passabanda variabile molto stretto di almeno quarto ordine può aiutare moltissimo. Si inserisce nell'amplificatore la solita sinusoide indistorta (o quasi) e poi si vanno a misurare le armoniche sintonizzandocisi sopra con il filtro.
Insomma, i metodi di misura della distorsioni sono molti. E con un minimo di pratica si riesce a capire con cosa si ha a che fare, perchè un amplificatore si comporta così o cosà ecc...

Ritorniamo a bomba sul perchè ho scelto come configurazione una E88CC o se preferite una 6922 Electro Harmonix. Produzione sovietica, un pò diversa dalla E88CC NOS (New Old Stock cioè vecchia originale avanzo di magazzino), ma può funzionare benissimo. Normalmente, per gli invertitori di fase si usano doppi triodi ad altissimo guadagno. Doppi perchè si spera sempre che nello stesso involucro ci siano due valvole uguali come dovrebbero essere per fare da invertitore di fase. Ad alto guadagno perchè una volta serviva un buon guadagno totale, perchè i segnali da amplificare provenivano da un pick-up magnetico o a variazione di riluttanza, passavano attraverso uno stadio di equalizzazione RIAA e l'uscita non era mai a livelli tanto elevati. Perciò, per ottenere il volume di uscita necessario, l'amplificazione non si sprecava mai. Inoltre, occorre considerare il livello di feedback che assassinava definitivamente il guadagno globale.
Ma, oggi, non abbiamo proprio bisogno di livelli di amplificazione così alti. E forse, non abbiamo neppure bisogno di reazione globale negativa, visto che lo stadio finale ha la sua reazione locale. Quindi, in barba a tutti, una valvola tipo E88CC (6922) può andare bene. Ma, un phase inverter see-saw come veniva chiamato il floating paraphase, è sempre stato considerato come il peggiore tra il differenziale ed il concertina. Quindi perchè scegliere proprio questa configurazione?

Allora, ho scartato il concertina, per i seguenti motivi:

A) Non mi piace, e quindi questo vale sopra a tutti gli altri motivi.
B) Il carico, cioè le valvole successive, ricevono il segnale una dall'anodo e l'altra dal catodo producendo due semionde diverse.
C) Il guadagno è diverso per le due uscite una di anodo e l'altra di catodo.
D) Lo "swing" di tensione non è sufficiente con 350V di anodica a pilotare quello che vien dopo.
E) Se si aumenta la tensione anodica anche il catodo si trova a tensione troppo alta rispetto a massa ed occorrerebbe un alimentatore per il filamento riferito a metà tensione anodica piuttosto che a massa. Nell'amplificatore già c'è un alimentatore per i filamenti riferito a 150V rispetto a massa, ma più di due filamenti, le due valvole di pilotaggio 6SN7, non alimenta.
F) Il guadagno è unitario e anche se il guadagno ad anello aperto l'ho volutamente tenuto basso, un invertitore di fase che guadagna meno di 1 sarebbe stato troppo poco.

L'invertitore di fase differenziale, è quello più bello, quello più referenziato, quello più ... più. Infatti, ho fatto molte prove prima di scartarlo. Per fare un buon invertitore di fase differenziale occorre un current sink a corrente costante sui due catodi connessi insieme. Un pentodo tipo EF86 o un triodo pentodo tipo ECF80 sarebbero andati benissimo se non fosse stato necessario un ulteriore alimentatore a -150V per il CCS (Costant Current Sink). Quindi, ho pensato all CCS a semiconduttore, ma sarebbe stato necessario comunque una sorgente almeno a -15V e due o tre transistors e qualche diodo LED usati come stabilizzatori di tensione di riferimento. Bhè, ho un 12V libero per gli ausiliari, lampadine relay timers ecc... Ma, non mi andava di mettere semiconduttori dentro un amplificatore tutto a valvole. Oltre al fatto di farmi proprio "schifo" quei transistors e LED's penzolanti, e anche se non sono mai scoppiati durante le prove, sarebbe comunque potuto succedere in futuro. Comunque, funzionavano veramente bene, sia alimentati con il 12 con il negativo a massa che usando un solo transistor ed un solo diodo LED alimentato con una resistenza da 330Ohm dal +12 in questo caso connesso con il negativo a massa come piace a me e anche a tutti credo.
Quindi, scartati semiconduttori, scartato secondo alimentatore stabilizzato a -150V e ulteriore pentodo per il CCS... non resta altro che il buon vecchio floating paraphase.
Ma che va benissimo. Probabilmente, quel tipo di circuito è sempre stato schifato dai costruittori perchè non è mai stato bilanciato correttamente, sia in corrente continua sia in corrente alternata. Montare dei potenziometri di precisione in CERMET uno su ogni catodo ed uno per il bilanciamento delle due semionde, superiore ed inferiore, negli anni 40-60 era un sacrilegio. Anzi, credo che all'epoca potenziometri in CERMET non fossero di comune impiego neppure alla NASA, forse il CERMET era lontano da venire. Forse i potenziometri erano rumorosi avvolti a filo e oltremodo costosi. Poi sarebbe servito una messa a punto di qualche decina di minuti per ogni apparato prodotto, e ad ogni cambio di valvole ( le valvole non hanno delle caratteristiche così standard come i semiconduttori) si sarebbe dovuto riallineare tutto ed occorreva saperlo fare.
Ma, questo di cui sto parlando non è un amplificatore commerciale da produrre su larga scala, è un amplificatore per ME. E siccome lo sto costruendo io, so come fare l'allineamento, e sto dedicandoci moltissimo tempo, posso anche fare un circuito ad hoc per far funzionare un floating paraphase come il migliore dei differenziali, senza aggiungere alimentatori e altre valvole e circuiti su circuiti. D'accordo, visto che perdo tempo ad allineare un floating parafase avrei potuto aggiungere un altro trasformatore per il -150V del CCS con una EF86 per canale in più. Avrei potuto fare tante cose, ma se una decisione deve essere presa, che già l'oggetto completo di alimentatore pesa quasi 20Kg e comincia davvero ad essere enorme, preferisco limitare il numero dei componenti e semplificare il circuito, piuttosto che inseguire chimere degli anni passati solo perchè montavano su entrambi gli anodi uguale carico e non bilanciavano affatto in corrente alternata il floating paraphase, o see-saw come veniva chiamato.
Ecco in definitiva perchè sono arrivato al punto, che con un segnale di ingresso pressochè perfettamente sinusoidale a 1000Hz, senza alcuna armonica visibile, senza alcuna reazione negativa, l'amplificatore introduce a 10V di uscita su di un carico di 8Ohm puramente resistivo, quindi ad una potenza di 12W due armoniche, la seconda e la terza. Dove la seconda è 45dB più bassa della fondamentale e la terza a più di 52 dB. E, sinceramente, credo che non sia proprio poco.
Più avanti vi descrivo il pilotaggio e lo stadio finale

È passato un pò di tempo e non trovavo mai la via per postare lo schema elettrico dell'amplificatore. Oggi ci sono riuscito ed eccolo quà:



Non è definitivo e manca ancora l'alimentatore che prevede i trasformatori e le bobine di filtro, il circuito di ritardo per l'accenzione e lo stand by, il regolatore di tensione per le griglie schermo delle 807, il regolatore di tensione per i filamenti, e lo stabilizzatore della tensione di bias delle due finali, oltre che al circuito delle protezioni ecc...
Mi aspetta un lavoro lungo perchè voglio riprogettare l'alimentatore per renderlo più moderno. Inizialmente ero propenso a fare il più possibile mantenendo la tecnologia anni 50 ma ora sono più propenso a fare qualcosa, almeno la parte che non influisce sulle caratteristiche audio in modo più moderno.
In ogni caso chiunque può dedicarsi a quella parte lì, o semplicemente usare dei rettificatori a valvole e alimentare i filamenti in AC. Le prestazioni dovrebbero cambiare molto poco, e da prove reali di ascolto sono molto buone.

Bene, sono contento che qualcuno segua questo progetto perchè così anch'io mi sento più "stimolato" a proseguire quando il tempo me lo permette.

Le modifiche che ho in mente di fare sono abbastanza sostanziose su quello che ho realizzato fino ad ora e sono:

Migliorare l'alimentatore perchè il trasformatore di alimentazione dei filamenti alimenta anche l'anodica della parte pre e driver. Con un amplificatore montato e collegato, scalda decentemente e rimane pericolosamente nei limiti. Ma questo pericolosamente non mi piace, specialmente perchè ho da aggiungere il secondo canale. E sicuramente la temperatura del trasformatore si alzerà troppo per i miei gusti. Probabilmente fino a 70°C tutto regge ma a me non ispira. Come ho detto, il prodotto deve essere qualcosa che dura. I trasformatori sono impregnati in cera d'api e la cera a quella temperatura diventa troppo morbida. Quindi, cambierò l'alimentatore aggiungendo un trasformatore per la sola HT del pre e driver. Lasciando l'altro, che andrà riavvolto naturalmente, per i soli filamenti. Il problema non si dovrebbe più ripresentare. Inoltre, se devo fare questa modifica aggiungo un secondario per la -100V e cambio l'invertitore di fase see-saw con uno differenziale che mi piace molto di più, usando come current sink di catodo il pentodino EF86.

Ho intenzione di sconvolgere l'alimentatore e farlo più "tecnico" e meno "legnoso". Con un display per il timer di standby, un comando di standby manuale, un timer con componenti discreti (NE555). Voltmetro e amperometro per correnti e tensioni anodica più grandi, qualche spia in più. Qualche circuito di sicurezza in più ecc...

Quindi, ancora un bel pò di lavoro. Ma se si vuole ottenere qualcosa di veramente buono l'impegno non è necessario ma mandatorio.

Eh, io ci provo, quando capita del tempo. Poi, il tempo passa e bisogna rinviare alla prossima "bolla spazio-temporale" successiva.
Comunque, appena ho due minuti faccio due foto del trasformatore e le posto.