Amici musicofili e chitarromani del Forum, grazie anche all' invito del nostro Lawrence, vi propongo un nuovo progetto.
Nell’ infinita diatriba tra valvolare e stato solido, in ambito elettromusicale, ho voluto mettermi in prima linea e portare avanti un mio personale esperimento...
Stavolta la mia mente “mannara” vuole tentare il colpo grosso…davvero grosso e succulento! Il progetto-oggetto della presente, è un finale a stato solido che ho simpaticamente battezzato "MOStro", appartenente ad una serie speciale di amplificazione per chitarra elettrica, che ho sviluppato e che ho chiamato "Alchemy", con pre e finale interamente a stato solido.
Con questo modulo finale di potenza, potrete pilotare i vostri stacks di casse, direttamente con il vostro sistema "pedal-board", analogico o digitale che sia, con una notevole proiezione sonora, un grande range dinamico e armonico, la tipica "botta" dei migliori valvolari e la robustezza, unita all' assoluta mancanza di manutenzione, del transistor.
In tanti anni di passione e ricerca, nonché visione di innumerevoli schemi elettrici di ampli di ogni genere, posso affermare di non aver visto mai nulla del genere; mi sono chiesto più volte il perchè, vista in fondo anche la massima semplicità del circuito che ho sviluppato (sono il solo e unico ad esserci arrivato? possibile?). Tuttavia, come altre volte appurato, i progettisti e i costruttori a livello industriale hanno come primo interesse quello di guadagnare il massimo, riducendo nella stessa proporzione i costi; difficilmente si impegnano a tirar fuori qualcosa di originale: di solito preferiscono adottare le classiche tipologie di sempre, cambiando qualche valore e affidandosi, al più, a dosi terribilmente massicce di NFB, forzando le circuitazioni ad avere presunte caratteristiche valvolari, negando a priori cure progettuali di garbo, anche minime, ai loro prodotti a stato solido. In pratica essendo essi intrinsecamente rilegati alla fascia economica (e quindi ai principianti), vengono sfornati senza troppe cure e con altoparlanti davvero pessimi: l’importante è che suonino.
Se ne vedono perciò di ogni: componentistica di qualità molto discutibile; stampati scadenti con piste di potenza sottilissime; masse a spasso su e giù come capita e senza alcuna distinzione tra segnale e potenza; semiconduttori al limite della rottura termica e mal dissipati; celle di bypass e alimentazioni sottodimensionate e mal filtrate...
Da qui la cattiva fama sonica del transistor in quel ramo specifico (e non solo).
Fermo restando che sono (e resto) convinto che la tipologia valvolare sia in assoluto la migliore per l’ amplificazione della chitarra elettrica, credo anche che si possa far suonare bene uno stato solido e conferirgli, in via del tutto essenziale e analogica, un comportamento più che dignitoso, dalle caratteristiche simili ai circuiti valvolari, a noi molto cari.
Certamente non è impresa facile, perché le due tipologie sono molto differenti nelle loro caratteristiche intrinseche.
Ciò che le valvole offrono in via del tutto naturale (un carattere che è il risultato di complesse e a volte sottili interazioni elettriche, molto determinanti), può diventare un’ impresa davvero difficile da riprodurre con integrati e transistor. Almeno con le tipologie classiche di solito in uso con tali dispositivi.
Si tratta di una sfida tanto interessante quanto ardua, dove niente può essere lasciato al caso. Bisogna necessariamente conoscere approfonditamente le due tecnologie ed analizzarne meticolosamente le caratteristiche e le inevitabili divergenze.
E’ comunque doveroso mantenere una certa sobrietà e precisare che per quanto si possa lavorare con cura e precisione al progetto, bisognerà accettare dei compromessi, in cui sono compresi limiti invalicabili che immancabilmente dividono da sempre le due tipologie; nello specifico è lo stato solido a “piegarsi”, limitando, ad un certo punto, i traguardi raggiungibili nella creazione di un perfetto clone valvolare. Tuttavia, si possono ottenere risultati di tutto rispetto con pesi e costi infinitesimali al confronto: Diciamo che, in una sorta di auto-compensazione, si perde qualcosa sulla qualità assoluta ottenibile nei confronti del suono e se ne guadagna un’ altra, concretizzata nel risparmio in dimensioni, peso e denaro investito.
Cerchiamo quindi di capire un attimo quali sono le caratteristiche fondamentali tipiche di un sistema di potenza a tubi.
Per prima cosa, un classico push-pull per la chitarra, generalmente è sviluppato su Pentodi o su Tetrodi a fascio (molto di rado coi Triodi, o meglio con gli stessi Pentodi o Tetrodi configurati a Pseudo-Triodo) e solitamente, costoro, vedono un carico riflesso offerto dall' altoparlante, tramite il trasformatore d' uscita, di molto inferiore a quella loro “interna” offerta (la cosiddetta Rp o Ri). Questo significa che i tubi si comportano per lo più come generatori di corrente e non come generatori di tensione (i triodi e gli apparecchi a stato solido di solito approssimano quest’ ultima tendenza). Si tratta della prima importante differenza di cui tenere assolutamente conto. Un ampli a Pentodi o Tetrodi è quasi esclusivamente un amplificatore a Transconduttanza: ad una tensione in ingresso, corrisponde una corrente in uscita.
Tranne per alcuni casi, come il Vox AC-30 e AC- 50 oppure il Traynor YCV20 che non hanno nessun tipo di controreazione negativa e mantengono completamente intatte le caratteristiche di amplificazione a transconduttanza offerte dalle valvole finali, di solito si lascia ad una moderata dose della succitata NFB il compito di “domare” le caratteristiche di uscita del push-pull (spesso tale rete di NFB è integrata nel sistema “Presence”), al fine di renderle più costanti al variare del carico; Infatti gli ampli classici in push-pull elettromusicali, hanno un basso o un bassissimo “Damping Factor” o “Fattore di smorzamento”.
Nello specifico, quindi, una delle caratteristiche tipiche degli amplificatori valvolari, a pentodo o tetrodo, è quella di seguire il comportamento dell' impedenza del' altoparlante in funzione della frequenza che, specie per i modelli dedicati alla chitarra, presenta larghe escursioni “verso l' alto”, soprattutto. I modelli controreazionati esibiscono un forma di pilotaggio del carico a potenza costante. Quelli non controreazionati (tipo Vox AC30), invece, si comportano come un generatore a transconduttanza, nei confronti del carico: ad un raddoppio di impedenza, corrisponde un raddoppio di potenza (ovviamente nei limiti della retta di carico).
Per contro, un finale a stato solido, si comporta in maniera opposta, tendenzialmente come un generatore a tensione costante (ad un raddoppio dell' impedenza, corrisponde un dimezzamento della potenza disponibile).
Ecco anche perchè, a parità di altoparlante utilizzato, un finale a tubi suona più aperto e frizzante e anche vaporoso sui bassi, mentre uno a stato solido suona più scuro, fermo sui bassi e asciutto.
Altro differenza sostanziale tra le due tipologie è la morbidezza nel clipping: mentre uno stato solido, raggiunto il limite della sua massima potenza d’ uscita (limite invalicabile dato dalla sua stessa tensione d’ alimentazione), “taglia” di netto i picchi più alti squadrandoli in modo deciso, un finale valvolare (complice la linearità dei tubi, ma anche la presenza del trasformatore d’ uscita) man mano li schiaccia arrotondandoli, li comprime. La saturazione resta, anche se spinta di molto in là, molto più morbida e musicale rispetto ad una onda quadra sviluppata dai semiconduttori (le armoniche generate sono di basso ordine, eminentemente). Anche la polarizzazione (il famoso BIAS) dei tubi finali subisce uno slittamento dinamico in queste condizioni e partecipa a quanto detto poc’ anzi. Un ampli a stato solido ha al suo interno numerosi generatori di corrente costante, unitamente ad un elevatissimo tasso di NFB, che mantengono i punti di lavoro inchiodati e precisi; quelli a valvola, invece, non ne dispongono e il punto di lavoro statico varia in funzione del grado di saturazione, della potenza d' uscita e del carico in uscita.
Infatti la saturazione nello stato solido interviene quasi esclusivamente per "insufficienza di alimentazione" (sono perfettamente lineari fino alla fine); nelle valvole costei interviene in modo graduale e del tutto naturale man mano che ci si avvicina alle massime prestazioni. Su un finale a tubi, in prossimità della potenza massima i condensatori di accoppiamento sulle griglie si caricano negativamente e traslano il punto di lavoro statico verso valori più bassi di corrente a riposo.
Unitamente a questo, il segnale proveniente dallo sfasatore, data la sua impedenza d’ uscita non bassissima, tende di conseguenza a “sedersi” e a pilotare meno energicamente i finali…
I fattori che intervengono sono davvero molteplici e così lo sono altrettanto le sfumature e le spesso sottili interazioni elettriche che intervengono sul comportamento globale.
Pertanto, alla luce di questi fatti, il mio personale punto di partenza è stato quello di progettare un ampli che non avesse più di 25-30 Watt, semplice, economico, senza fronzoli e dalle prestazioni, per quanto possibile, “no compromises”.
Tuttavia, non volevo articolarmi artificiosamente (e sottolineo, inutilmente) in troppi contorsionismi elettronici ed evitare anche di usare dosi massicce di NFB a forzare sulle prestazioni ricercate. Ho ricercato per cui la massima essenzialità possibile, ricalcando la tipologia valvolare, sia come filosofia che come sbrogliatura tecnica. Utilizzare degli operazionali di potenza mi avrebbe (apparentemente) facilitato la cosa, ma li ho scartati a priori per i motivi sopracitati e anche per una certa coerenza concettuale dell' esperimento; solo componenti discreti, quindi, e nel minor numero possibile. Insomma: pochi, ma buoni e ben piazzati.
Ecco i risultati:
La componentistica è assolutamente reperibile dappertutto ed è anche molto economica. Il trasformatore di alimentazione è un modello utilizzato nei quadri elettrici per le alimentazioni degli ausiliari...
La potenza teorica di questo modulo, dovrebbe aggirarsi sui 250Watt su 8 Ohm (alimentazione e finali permettendo), che però viene "limitata" a soli 30W RMS in assenza di clipping e arriva a 50W circa in clipping "spinto" (in realtà distorce volutamente molto poco di suo, elargendo più che altro quello che in gergo musical-chitarristico viene chiamata compressione/soustain, come nei veri valvolari). Il volume è davvero notevole, soprattutto se lo spinge in quella zona di saturazione.
La potenza erogata, grazie alla modestissima dose di NFB, è
costante , similmente alle testate a Tetrodo/Pentodo in Push-Pull, nella gamma di variazioni del modulo dell' altoparlante che va da 4 a 40 Ohm. Questo amplificatore, infatti, ad un confronto con uno standard solid-state suonerà più "aperto" e "brillante" e con una notevole "botta".
Se anche voi volete ripetere l' esperimento e costruirvi il vostro esemplare, ecco alcune indicazioni pratiche, comprese quelle per una perfetta taratura:
I transistor TR1 e TR2 vanno raffreddati con una piccola aletta per TO39;
I due Termistori NTC, invece, vanno montati sulla stessa aletta dei 2 Mos finali, spalmando entrambi i lati con pasta termica (mi raccomando: non lesinare);
Ovviamente i due Mosfet vanno BEN dissipati. Naturalmente si alloggeranno questi in modo che possano arearsi nel case e si provvederà a far buchi, feritoie e quant' altro serva ad un buon circolo di aria interno-esterno. Se l' ampli dovrà suonare in posti molto caldi, consiglio di integrare un piccolo ventilatore che aiuti l' espulsione del calore. Non è strettamente necessario, ma aiuta sempre;
Dove non specificato le resistenze sono da intendersi da 1/2Watt. Se poi come base si tengono 1Watt, non farà male, anzi. Meno rumore termico e più affidabilità generale.
I condensatori di piccola capacità sono da preferirsi al poliestere o, meglio ancora, al polipropilene.
I condensatori elettrolitici è bene che siano di qualità e con ottimo grado di isolamento; soprattutto quelli vicini ai MOS, è bene che siano a basso ESR-LSR e che siano posti vicini a loro. Stesso dicasi per quelli da 220-100nF-100V.
Nello schema troviamo 2 trimmer, rispettivamente: BIAS1 e BIAS2.
Scegliere dei modelli multigiro e, se si riesce, in Cermet. La loro qualità renderà facile e precisa la taratura e l' affidabilità nel tempo. Si bloccheranno infine con una goccia di smalto per unghie.
TARATURA:
SENZA DARE TENSIONE
1) Porre i due Trimmer BIAS 1 e BIAS 2 in modo che tra il cursore centrale e il terminale collegato al rispettivo NTC ci sia il minimo valore resistivo (cioè 0 Ohm). Basta un tester. Mi raccomando E' IMPORTANTISSIMO. Se sbagli questa, vedrai partire istantaneamente in fumo la coppia di Mosfet finali....
2) Collegare in uscita all' amplificatore una resistenza da 8,2 Ohm 5Watt, in funzione di carico sostitutivo dell' altoparlante. Se non si è sicuri del cablaggio, servirsi di una resistenza da 47-100Ohm 5Watt. Se abbiamo commesso qualche errore (capita) salterà lei....
3) Cortocircuitare l' ingresso dell' amplificatore. E' importante che non entrino disturbi spuri durante la taratura.
DOPODICHE' SENZA FRETTA:
1)Collegare il solo ramo di alimentazione +75 VDC dell' alimentatore all' amplificatore, interponendo un Tester settato su 250mA DC in serie .
Colegare anche la massa, ovviamente.
2) Accertarsi che "PONTICELLO TARATURA 1" sia chiuso e aprire invece il " PONTICELLO TARATURA 2" (presente sul ramo opposto).
3) Dando tensione, ruotare lentamente BIAS 1 fino a leggere sul tester un valore di assorbimento a riposo di 150mA.
4) Spegnere l' alimentatore e lasciare così scaricare per bene i condensatori sull' alimentazione.
5) Scollegare il ramo +75 VDC e collegare adesso il solo ramo di alimentazione -75 VDC dell' alimentatore all' amplificatore, interponendo un Tester settato su 250mA DC in serie .
Colegare anche la massa, ovviamente.
6) Aprire il "PONTICELLO TARATURA 1 e chiudere adesso il "PONTICELLO TARATURA 2".
7) Dando tensione, ruotare lentamente BIAS 2 fino a leggere sul tester un valore di assorbimento a riposo di 150mA e cioè IDENTICO AL RAMO TARATO PRECEDENTEMENTE.
8) Dopo 15-20 minuti che l' ampli è acceso (e quindi a caldo) è buona norma ricontrollare le 2 correnti di BIAS, ritoccandole se necessario.
9) Spegnere l' alimentatore e lasciare così scaricare per bene i condensatori sull' alimentazione.
TARATURA CONCLUSA!!!!
Alcune NOTE finali....PRIMA DI COLLEGARE L'ALTOPARLATE LA PRIMA VOLTA.
L' amplificatore è molto stabile, anche tenuto conto che non ha differenziali ultra-controreazionati che svolgono la funzione di autobilanciare l' uscita sullo 0 volt.
Tuttavia, consiglio di prendere il tester e di settarlo per 250mV DC e di porlo sui morsetti di uscita all' Altoparlante, dove è già presente la resistenza da 8,2 Ohm 5Watt (in parallelo ad essa, per intenderci). Un valore di OFFSET di + o - 50mV è ancora normalissimo. Se dovesse essere leggermente maggiore, si dovrà intervenire su uno dei due Trimmer BIAS, ruotandolo lentamente in un verso o nell' altro fino a leggere 0Volt o comunque il minor valore possibile. Anche per questa operazione l' ingresso dovrà essere necessariamente messo in cortocircuito.
Nel mio esemplare l' offset oscilla, tra caldo e freddo (senza ventilazione forzata!), da circa -20mV a circa + 35mV: OTTIMO!
Un esempio di alimentatore idoneo potrebbe essere benissimo questo:
Ecco infine alcune foto del mio prototipo. Oddìo, sono scarsissime (vecchio cellulare, gente) però rendono almeno l' idea...
Le mie prove sono state fatte con un Trasformatore di alimentazione 55-0-55 V
100VA. Il tutto si è comportato già più che benone. Per cui potrebbe andar bene anche un modello di tale caratura. Naturalmente con un 120-150-160-180VA si miglioreranno le prestazioni generali e si ridurrà la componente di ripple sui condensatori di filtro (allungandone la vita). Un modello da 220VA LEGRAND su RS costa intorno a 50euro...
Edited by svalvolman - 21/7/2012, 19:20
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