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La prima parte
DCMB
E TRASFORMATORI DI USCITA AUTOCOMPENSATI.
Parte Seconda.
15 Genn.06
La
prima parte ha trattato rapidamente il sistema DCMB ( Direct
current modulated bias) che non è altro che un accorgimento per
evitare di collegare lo stadio pilota a quello di potenza
attraverso un condensatore che, anche se di buona qualità, non
puo’ essere imparziale con le alte e le basse frequenze del
segnale, data la sua non-linearità.
Maggiori dettagli saranno esposti alla fine di questo articolo
(più precisamente nella quarta parte), ma, nel frattempo, se
qualcuno volesse documentarsi più ampiamente, puo’ farlo
ricorrendo ad una ricerca internet, con la parole “Polisois” ,
“Plitron”, “Valve magazine” e “Audiodesignguide.com”. Troverà
anche delle descrizioni sulla rivista Costruire HI FI nel n°48,
nella serie 67-68-69 ( La pagella del Suono) e nei numeri 50 e 55.
In
poche parole, il segnale è prelevato dalla resistenza di carico
della valvola pilota, collegandola direttamente alla griglia ed al
catodo della valvola di potenza. A causa di questo collegamento,
non si potrà utilizzare l’alimentazione delle valvole finali, ma
ce ne vorrà una dedicata esclusivamente allo stadio pilota.
Una
rapida occhiata alla figura n°1 vi chiarirà il concetto.
fig-1
I
vantaggi sono numerosi e verranno elencati a suo tempo. La
semplicità del circuito single ended è spinta al massimo e la
riproduzione del suono ne trae sollievo, dato che si evitano dei
percorsi tortuosi e pericolosi per la qualità.
Sono
sicuro che coloro che hanno avuto modo di ascoltare un
amplificatore di questo tipo sono pronti a confermarlo.
Tuttavia, se ci si limitasse al solo circuito DCMB, sarebbe come
possedere una Ferrari e guidarla a 30 km/ora.
Per
sfruttare tutte le possibilità della suddeta circuitazione (
velocità, dinamica, chiarezza) è indispensabile equipaggiare
l’amplificatore con un trasformatore di uscita single ended
autocompensato (1).
Su
questo punto ho avuto numerosissime esperienze riguardanti
autocostruttori che, sedotti dalle argomentazioni che
evidenziavano i pregi del DCMB, si sono decisi a costruire
l’amplificatore, dotandolo pero’ di trasformatori di uscita di
varia provenienza. A causa della qualità scadente di molti di
essi, il risultato finale non impressiona (2).
Vi
consiglio quindi caldamente di non lesinare sulla qualità del
trasformatore di uscita. Da notare che la differenza è reale,
contrariamente a quella di altri componenti del tipo passivo, le
cui doti sono spesso decantate ma mai dimostrate. Se, per motivi
di disponibilità, non siete in grado di permettervi il lusso di un
trasformatore di ottima qualità, o se preferite rinviare
l’acquisto a data successiva, provate comunque a costruire
l’amplificatore con il circuito DCMB, che non sarà certamente
inferiore, come prestazioni, a nessun altro tipo ricorrente.
Un’opera d’arte perfetta non puo’ definirsi tale se non è perfetta
in tutti i suoi aspetti.
Tornando al TU autocompensato ( SC-OPT ) le sue caratteristiche
saranno ampiamente descritte nei capitoli successivi. La sua
superiorità dipende dal fatto che il nucleo viene quasi
completamente liberato dal peso della magnetizzazione causata
dalla corrente anodica, per cui esso si adatta,
istantaneamente ed automaticamente, a qualunque livello della
stessa. I trasformatori tradizionali, invece, devono sacrificare
stabilmente almeno la metà del nucleo per questa necessità
improduttiva e parassita e quanto resta ( solitamente un 50%
scarso) viene messo a disposizione della corrente alternata i cui
picchi spesso raggiungono ed oltrepassano la linea di demarcazione
tra suono accettabile e suono distorto.(3)
Limitiamoci per ora a precisare che detta superiorità si evidenzia
soprattutto quando si desidera ottenere una potenza discretamente
elevata da una topologia single ended.
Perchè ?
Facciamo un passo indietro, per dedicare qualche riga alla
disputa: circuito “push-pull” verso “single ended o asimmetrico”(vedi
figura n°2). Possiamo dividere, tanto per iniziare, gli
audiofili in tre categorie:-
fig 2
a)
quelli che trovano soddisfacente il suono di un amplificatore
“push-pull”
b)
quelli che preferiscono il suono dettagliato degli amplificatori
single ended.
c)
quelli che non hanno preferenze ( tutto fa brodo ...)
Trascuriamo questo ultimo caso e constatiamo che le motivazioni
della categoria a) sono, quasi sempre, la maggiore potenza che si
puo’ ottenere con due valvole contrapposte ( tira e molla), ossia
in topologia P-P, in quanto i 30 - 40 ed anche 100 Watts si
possono ottenere quasi senza sforzo, con una paio di valvole di
media Potenza ( dalla dissipazione a riposo tra 30 e 50 Watts).
Il rapporto di efficienza, paragonato a
quello del single ended, supera 2 a 1.
Nella
scala delle priorità dei Push-pull-fans, la fedeltà di
riproduzione viene dopo la potenza, che si esprime generalmente
con la robustezza dei bassi. Indubbiamente, questa caratteristica
procura un ben definito senso di soddisfazione. Ma vedremo più
avanti che il Single ended puo’ redimersi da questa carenza.
Le
principali differenze circuitali.
Come si
sa, il circuito P-P richiede un invertitore di fase, poichè,
quando una valvola è pilotata da un segnale positivo, l’altra deve
essere pilotata da un segnale negativo, della stessa ampiezza e
tempestività, intendendo con quest’ultima espressione che il
segnale deve essere istantaneamente opposto a 180° di differenza.
Inoltre, la corrente anodica delle valvole finali contrapposte dei
due rami, deve essere sempre uguale, per cui si devere ricorrere
al laborioso ( e costoso) processo di selezione di valvole
appaiate, oltre che l’inserimento di regolazioni nel circuito.
E’
sufficiente il buon senso per capire che, da un lato, il circuito
si complica, si allarga e costa di più e che, dall’altro, solo
la perfezione spinta potrà soddisfare le suddette esigenze.
La
domanda è : quanti sono in grado di assicurarla e di mantenerla
nel tempo ? ( ricordiamoci che le condizioni di lavoro si
modificano con l’invecchiamento dei componenti, valvole in testa,
e, anche se con meno incidenza, di ambiente ( temperatura).
Esaminando attentamente la situazione, si deduce che non si tratta
di una questione di precisione nella costruzione, bensi di
un’esigenza di controlli periodici frequenti.
Cosa
succede se le condizioni richieste non si verificano ?
1)
molto frequentemente, tra una semionda e l’altra vi potrà essere
una differenza quantitativa, in termini di escursione o di fase.
Osservate le figure n° 3 e 4, che rappresentano il caso più
banale di una forma d’onda sinusoïdale ( mentre in pratica il
segnale è più intricato) ma cio’ che peggiora la situazione è che,
tra le due semionde si potrebbe creare, in determinate condizioni,
un “salto” o “scalino” , se queste non combaciano perfettamente
( Fig. n°4).
fig. 3-4
Conseguenze? Non si puo’ impunemente alterare la struttura di un
segnale musicale senza allontanarne il suono da quello originale.
Magari non si riesce a capire cosa ci sia che non va, ma, a meno
di chiudere un occhio ( in questo caso un orecchio), si dovrà
addivenire ad un compromesso qualitativo che si riassume con la
frase « non c’è male, puo’ andare ».
Il
problema di base è di non alterare la timbrica ( ossia la
particolare ed unica personalità di una voce o di uno strumento
musicale), che possiamo individuare, visivamente, nel complesso
involucro (envelope) che comprende tutte le variazioni del
segnale, istante dopo istante. Come nel caso di una lente di
ingrandimento di qualità mediocre ( ad esempio, in plastica), «
l’immagine » del suono puo’ risultare deformata ed opaca, se
l’amplificatore non rispetta le proporzioni.
E
sopratutto, non illudetevi che il senso dell’udito sia meno
preciso ed esigente di quello della vista.
Percio’, date queste premesse, sarebbe un « wishfull thinking » (
all’incirca un pensiero speranzoso) aspettarsi ad una prestazione
impeccabile con un push-pull non monitorato e regolato ad
intervalli relativamente brevi.
Prendiamo invece il single ended. Abbiamo una valvola ( o più, in
parallelo), che richiede un solo segnale di pilotaggio (gli stadi
precedenti a quello finale sono tenuti a rispettare l’originale ma
senza l’obbligo di costruirne un secondo identico ma rovesciato),
un trasformatore che raccoglie l’escursione delle alte tensioni
modulate dalla valvola di potenza e le trasforma in bassa tensione
ad alta corrente, per gli altoparlanti. Nè invertitore, nè la
proccupazione di pareggiare la fase e l’ampiezza del segnale di
pilotaggio, nè la verifica e la regolazione delle correnti
anodiche statiche. Sono già parecchie preoccupazioni in meno !
Il
senso di obliettività ci impone tuttavia di precisare che anche il
single ended richiede delle attenzioni
Uno
dei doveri iniziali è di fissare la corrente a riposo della
valvola finale su un punto della curva di amplificazione che sia
abbastanza centrale (vedi figura n°5), in modo da
consentire un’escursione piuttosto ampia, senza che vi sia
sconfinamento, da un lato, nella zona che produce una corrente di
griglia e, dall’altro, in quella dove aumenta il rischio che si
crei della distorsione.
fig.5
Nella suddetta figura ho segnato un punto di polarizzazione che
appare idoneo, nel caso di tensione anodica applicata alla valvola
( misurata a riposo, tra anodo e catodo), di 250 V. Si puo’
facilmente notare che, spostando in sù o in giù questo punto, per
avere la stessa escursione di pilotaggio, si avrebbe troppa o poca
corrente anodica, sconfinando nella zona interdetta per eccesso di
potenza dissipata, nel primo caso, mentre si avrebbe poca corrente
nel secondo caso.
Altro inconveniente della valvola che lavora in modo asimmetrico è
l’effetto della corrente statica, nel circuito magnetico del
trasformatore di uscita.
Per la legge di Ampere,
detta corrente produce un campo magnetico pari al prodotto I x N ,
dove I indica la corrente ed N il numero delle spire
dell’avvolgimento percorso dalla stessa.
Ogni
circuito magnetico ( lamierini ad EI, UI, C o toroidali, circuiti
in materiale amorfo) ha un limite di tolleranza di
magnetizzazione, proporzionale alle sue grandezze fisiche (
sezione, lunghezza, peso, tipo di materiale ). Cio’ che viene
definita la saturazione esprime un confine, oltre il quale, il
comportamento del nucleo ferroso decade e non funziona più a
dovere. Se questo avviene, l’avvolgimento perde la sua
caratteristica di induttanza e conta soprattutto la sua resistenza
ohmica.
Non è
certo quello che ci vuole come carico di una valvola finale. Il
trasformatore è indispensabile per la sua capacità di
rappresentare un collettore di impulsi. Il primario deve avere una
reattanza adeguata, per far fronte alle tensioni alternate elevate
generate dalla valvola di potenza e, nel contempo, una resistenza
ohmica più bassa possibile, per non privare la valvola della
necessaria alimentazione, assorbendo una parte della tensione
continua, nonchè del segnale alternativo, senza restituirla verso
il secondario.
L’occupazione di buona fetta della capacità magnetica del nucleo
da parte della componente in corrente continua ( corrente anodica
statica ) costringe, come accennato, a spartire la capacità
magnetica del trasformatore in due quantità, una per la suddetta
componente, l’altra per il lavoro delle correnti alternate.
Abbiamo
visto che, nel circuito push-pull, ci si preoccupa giustamente di
mantenere possibilmente identica la corrente anodica di ciascun
ramo, scegliendo delle valvole gemellate, nonchè prevedendo delle
regolazioni adeguate. Va chiarito che una differenza tra le
correnti anodiche, nel caso del push pull, ha degli effetti
negativi pronunciati, mentre il SE si adatta a tale situazione,
dato che abbiamo una sola valvola o gruppo di valvole in
parallelo, che agiscono senza l’obbligo di allinearsi ad un altro
gruppo di valvole contrapposte, come nel caso del push pull.
Non so
se ho reso l’idea delle difficoltà latenti o potenziali della
configurazione pushpull.
Per
quanto riguarda invece il Single ended, che è al centro delle
considerazioni di questo articolo, proviamo ad elencarne solo gli
svantaggi, assieme alle soluzioni proposte e le loro eventuali
controindicazioni.
Primo svantaggio : l’importanza critica del punto di lavoro.
Soluzione : attenersi alle indicazioni dei costruttori delle
valvole o ricercare con prove e misure il miglior compromesso.
Controindicazioni : nessuna in particolare.
Secondo svantaggio : la potenza .
Soluzione : utilizzare delle valvole più potenti o mettere un
certo numero in parallelo.
Controindicazioni : 1) necessità di appaiarle ; tuttavia non è
indispensabile una grande precisione.
2) La
corrente anodica, per potenze effettive superiori a 25W, aumenta
considerevolmente e diventa molto difficile il reperimento o la
costruzione di trasformatori di uscita adatti.
Terzo svantaggio : reperimento di trasformatori di uscita
che assicurino un’alta qualità di riproduzione.
Soluzione : il trasformaore di uscita autocompensato SC-OPT che
verrà descritto nella parte che segue, oppure, in alternativa,
altre marche di TU per single ended tradizionali, purchè di ottima
qualità.
Controindicazioni : un prezzo superiore ai TU per push-pull, a
parità di potenza. Cio’ è dovuto alla
costruzione più complessa, nonchè al numero di pezzi inferiore che
viene prodotto attualmente.
Il trasformatore di uscita Polisois-SC-OPT.
L’esposto che segue vi permetterà di fare conoscenza con questo
nuovo tipo di trasformatore, che ha ottenuto tre brevetti di
invenzione, del quale riferiro’ non solo i pregi, ma anche i
limiti.
Pregi
Risolve totalmente la questione delle correnti anodiche elevate e,
di conseguenza, conferma la validità della scelta di valvole
potenti, ad alta dissipazione anodica ( 30 – 60 – 120 W ed oltre),
come pure l’abbinamento a mosfets e transistors.
Una
regola pratica stabilisce che la potenza media che si puo’
ottenere da una circuitazione single ended è di circa un quarto
del valore della dissipazione della valvola finale.
Ad
esempio, una 6C33C-B, che dissipa staticamente 60W, puo’ fornire
15-16 Watts di potenza, intendendo non le solite, gonfiate,
potenze « musicali » , bensi 11 Volts rms su un carico di 8 ohms e
cio’ con un tasso di distorsione contenuto.
Una
valvola tipo 211 o 845 ( 120 W di Pa ) ne puo’ fornire 30, due
valvole il doppio, ecc.
Se
l’autocostruttore non ha come scopo finale la frantumazione di
tutti i vetri del locale, tali potenze dovrebbero ampiamente
bastare.
Difetti
Non è
adatto alle valvole meno potenti ( dalla 300B in giù ), perchè il
suo funzionamento richiede la presenza di un avvolgimento
terziario, il cui compito principale è di cancellare la
magnetizzazione dovuta alla corrente continua statica. Tale
presenza antagonista al primario ha anche come effetto, purtroppo,
di ridurne l’induttanza.
Per un
buon trasferimento della potenza sonora dalla valvola al
trasformatore di uscita, il prodotto
Induttanza del primario x
frequenza più bassa che si vuole riprodurre x
2
p
deve
essere superiore ( almeno il doppio ) dell’impedenza del primario
del TU, la quale, a sua volta, deve avere circa 3 volte il valore
della resistenza interna della valvola.
Facendo
i conti, vi accorgerete che non sono molte le valvole che
soddisfano queste condizioni.
Quindi,
tutto sommato, la sopravvivenza dei trasformatori single ended
tradizionali, a traferro, viene preservata, mentre abbiamo un
nuovo prodotto che si addice perfettamente alle valvole a bassa
resistenza interna, finora scartate in molte occasioni, a causa
della mancanza di TU adeguati.
Riprendendo la formula, possiamo semplificarla nel modo
seguente :-
Induttanza minima del primario Lp >= Ri / fb dove Ri è la
resistenza interna della valvola ed fb la frequenza più bassa che
si vuole ottenere ( a –3dB ). (4)
Pertanto, se prendiamo una valvola che abbia una resistenza
interna di 280 ohms e vogliamo
ottenere dei bassi anche a 25 Hz, Lp deve essere uguale o
superiore a 280 / 25 = 11,2 Hy.
Se
invece il trasformatore di uscita è destinato al « Duplex » , un
amplificatore che verrà descritto nella quarta parte di questo
esposto ( con due 6C33C-B in parallelo la resistenza interna
risultante è di circa 50 ohms), andrà bene un’induttanza primaria
da 50 / 25 = 2 Henry in su.
Detto
questo, se volete, potrete tentare la costruzione di un SC-OPT, da
soli o con l’aiuto di un vostro bobinatore di fiducia. Seguite le
indicazioni.
La
costruzione del T.U. Polisois-SC-OPT.
In
questo trasformatore abbiamo :
a)
Il nucleo
magnetico principale
b)
La bobina che
comprende il primario+secondario
c)
La bobina del
terziario
d)
Il nucleo
magnetico ausiliario.
Il
nucleo magnetico principale.
Conviene particolarmente il nucleo a due tronchi aventi la stessa
sezione ( tipo C oppure UI ) .
Per il
calcolo della potenza che detto nucleo puo’ gestire nella
configurazione che sto descrivendo, e senza sobbarcarci in formule
complicate, dato che il presente esposto non ha nessuna pretesa di
essere di qualità accademica, vi indico alcuni sistemi pratici :-
a)
il peso = circa
7 watts a 25 Hz, per chilo di ferro.
b)
La sezione =
circa 2 watts a 25 Hz, per cm²
Si
tratta, naturalmente, di approssimazioni orientative, da usare nel
caso non abbiate indicazioni più precise del fornitore.
Se
la frequenza più bassa che volete ottenere è inferiore o superiore
ai citati 25 Hz, fate la proporzione ( esempio : a 50 Hz abbiamo
14 Watts per kg ed a 15 Hz solo 4,2 W/kg. ).
Precauzioni : l’induttanza che si ottiene dipende molto
dall’accuratezza con la quale viene assemblato il nucleo
magnetico. Nel caso di circuito a “C” , le superfici delle due
sezioni che vengono in contatto debbono essere pulite e lucide. Ma
badate bene a non usare lima o carta vetrata per rimuovere
eventuali impurezze od ossidazioni ! Usate dell’acetone o, al
massimo, della paglia di ferro finissima. Nel caso di lamierini
UI , assicuratevi che siano puliti alle estremità ed assemblateli
incrociati, per poi fissarli mediamente serrati dai riquadri ed
infine martellateli senza danneggiarli e stringete bene i supporti
che li serrano. Chiaro ? Spero.
A
lavoro ultimato potete verniciare il nucleo per evitare che vibri
sotto l’influenza della magnetizzazione.
Devo avvisarvi pero’ che alcuni non approvano la resinatura che
imprigiona il circuito magnetico, sostenendo che esso deve invece
poter “spaziare”.
Altri
accorgimenti li scoprirete con l’esperienza.
Nella
prossima pubblicazione verranno fornite le nozioni necessarie al
completamento della costruzione del T.U.
© Ari
Polisois – Genn.2006
(1)
Infatti, questo nuovo strumento consente una dinamica
eccezionale, una sensibilità ai minimi segnali ed una limpidità
difficilmente raggiunta dalla maggior parte dei TU in commercio,
anche di marche note.
(2)
Nel senso che, pur essendo buono, non ha niente di eccezionale che
colpisca a prima vista ( o a primo ascolto).
(3)
Ho cercato di semplificare cause ed effetti, per non sconfinare
dalla teoria di concetti che riguardano l’oggetto del presente
articolo.
(4)
2*p*fb*Lp
=> 2*Zp Zp = 3*Ri 6,28*fb*Lp => 6*Ri
Lp => ( 6*Ri ) / ( 6,28*fb )
Approssimando Lp => ( Ri / fb ).
Fine della seconda parte
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