Ampli a valvole per tutti

[Anatra di Gomma]

Inizio questo "topic" con l'obiettivo ambizioso di rendere tutti capaci di costruirsi il proprio ampli valvolare per la chitarra o per il basso.

Purtroppo devo partire dalle basi elementari perchè non so come siete messi in elettronica per cui se non vi interessano i primi post leggeteli al volo ma leggeteli perché è importante condividere una base comune per capirci più in fretta dopo.

Non voglio tenere un corso perchè lo scopo non vuole essere didattico, è solo condividere una serie di nozioni utili finalizzate a destreggiarsi fra le valvole per costruirsi magari un amplificatore.

Molte delle cose che discuteremo le ho sperimentate in prima persona.

Se non è proprio necessario, per snellire il tutto, vi risparmio le giustificazioni teoriche (qualche volta non le so neppure io...)

Se volete integrare, vi accorgete di qualche errore o avete dubbi intervenite subito! Tutti i contributi sono utili sia a voi che a me.

Ultima cosa: Non aspettatevi una cadenza dei miei "post" troppo fitta xchè il tempo che ho non è molto e ho anche parecchi altri impegni ma se avete pazienza...

Allora, cominciamo.

Prima puntata: le basi di funzionamento.

La materia è formata da atomi che a loro volta sono costituiti da protoni ed elettroni (mia moglie direbbe che come al solito parto da Adamo ed Eva). Gli elettroni sono legati ai protoni perchè hanno cariche opposte ma con un'opportuna differenza di potenziale (elettrico) è possibile "strapparli" via. Più il materiale è caldo e più è facile snidarli.

La valvola termoionica (così si chiama) sfrutta proprio questo principio: un terminale caldo (catodo) emette elettroni ed un altro, freddo e carico positivamente (anodo o placca) li raccoglie. La corrente elettrica può circolare solo in un senso. Nella valvola c'è il vuoto in modo da non ostacolare la corsa degli elettroni da catodo ad anodo.

Quindi la valvola più semplice è il diodo che fa passare la corrente elettrica a "senso unico".

Il catodo può essere a riscaldamento diretto ovvero è lui stesso un filamento tipo lampadina riscaldato al calor rosso, oppure indiretto cioè il catodo è un tubetto con infilata una resistenza che lo scalda ma da cui è isolato elettricamente. Il suo simbolo è quello della fig.1.

Il diodo si usa per "raddrizzare" la corrente alternata che preleviamo dalla presa di corrente casalinga in corrente continua che useremo per alimentare il nostro bravo amplificatore.

Fine della 1^ puntata.

[Aerys II]

Molto bello Anatra, ti seguirò con piacere, anche perchè dalle mie parti l'elettronica a valvole è molto bistrattata...

[Anatra di Gomma]

Granzie...a presto le prossimo notizie...sono già in cantiere tra l'altro...

[Anatra di Gomma]

Seconda puntata: il sig. Triodo.

Ripartiamo dal diodo.

Se fra catodo ed anodo mettiamo una "griglia" e gli applichiamo una tensione negativa (rispetto al catodo), questa genererà un campo elettrico che respingerà indietro verso il catodo gli elettroni di passaggio diminuendo la corrente. Più la tensione è negativa e meno corrente passa. In sostanza la griglia è come un rubinetto, più è negativa e più è chiuso. Quando la griglia arriva allo stesso potenziale del catodo la nostra valvola è in conduzione piena e diventa un diodo perdendo l'effetto della griglia.

La griglia deve stare quindi ad un potenziale negativo rispetto al catodo per realizzare il più semplice degli amplificatori: tramite una tensione (piccola) applicata alla griglia possiamo controllare il flusso di corrente (anche grande) della valvola. Se la tensione è variabile (segnale audio), varierà anche la corrente di placca. Dato che gli elettrodi sono tre si chiama "triodo". Triodo: Catodo, griglia di controllo e anodo (o placca). (fig.2)

Il triodo è ottimo per amplificare, ha un basso rumore ma ha meno guadagno rispetto ad altre valvole, inoltre tende ad autooscillare e ha capacità parassite abbastanza alte anche se nella banda audio ci interessa poco. Queste caratteristiche lo rendono poco adatto per lo stadio finale di potenza ma adatto a:

- stadio di ingresso dove il basso rumore è fondamentale

- stadi intermedi dove il segnale non è eccessivamente alto e non induce autooscillazioni

- stadio pilota e "phase splitter" dove il basso guadagno è perfino un pregio

Si possono fare amplificatori con finali a triodo ma sono più delicati da mettere a punto e di fatto non si usano negli ampli per strumenti musicali. Quindi nel nostro ampli i triodi la faranno da padrone dappertutto tranne che nello stadio finale di potenza.

Fine della 2^ puntata.

[Anatra di Gomma]

Terza puntata: il dott. Tetrodo, e sir Pentode.

Per migliorare i difetti del triodo inseriamo un'altra griglia (griglia schermo) fra la griglia di controllo e la placca, vi applichiamo una tensione positiva così da non costituire una barriera per gli elettroni di passaggio ma più bassa dell'anodo per non diventare lei stessa l'anodo. Poi la mettiamo "a massa" con un condensatore per quanto riguarda il segnale. In questo modo abbiamo disaccoppiato per il segnale il circuito catodo/griglia-controllo dal circuito anodico ottenendo un maggior guadagno, minore tendenza ad autooscillare ed una minor capacità parassita. Signori ecco il tetrodo!

Anche il tetrodo ha qualche difettuccio: in particolare quello che gli elettroni, colpendo l'anodo a grande velocità per via della differenza di potenziale (ddp) applicata, possono scalzare via elettroni dal metallo dell'anodo (emissione secondaria) che vengono raccolti dalla griglia-schermo diminuendo la corrente di placca ed aumentando la distorsione totale.

Per eliminare anche questo difetto si sono studiati due espedienti:

Pentodo (fig. 3a)

-----------------

Si aggiunge un'altra griglia (soppressore) collegata a massa (potenziale negativo rispetto alla placca) abbastanza sottile da non interferire con gli elettroni di passaggio ma che ributta sulla placca gli elettroni di rimbalzo. Cinque elettrodi perciò "Pentodo".

Pregi: semplicità e robustezza, minor distorsione di intermodulazione

Difetti: piccola perdita di potenza (10% circa) nella griglia soppressore.

Tetrodo a fascio (fig. 3b)

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Si sagomano opportunamente gli elettrodi della valvola e si allineano i fili delle griglie in modo tale da "instradare" gli elettroni verso l'anodo senza permettere agli elettroni scalzati di tornare indietro. Quattro elettrodi più un "canale": "Tetrodo a fascio" (beam-tetrode).

Pregi: migliore efficienza, minor distorsione di terza armonica (ottimo!)

Difetti: distorsione di intermodulazione leggermente più alta, accettabile comunque.

Dopo l'invenzione di pentodo e tetrodo a fascio i tetrodi semplici sono usciti di scena.

Pentodi e tetrodi a fascio sono le valvole finali per eccellenza. Ciascuna ha le sue caratteristiche peculiari, il suo suono ed i suoi "fan", per esempio le 6V6 e le 6L6 (tetrodi a fascio) sono le classiche valvole da suono "Fender" usate nel Champ, Twin, Bassman, Twin Deluxe, e ...nel mio ampli. I pentodi EL34 sono invece i finaloni dei Marshall, e le EL84 (pentodi) sono le valvolette tutto pepe del mitico VOX AC30.

Fine della 3^ puntata.

[Dusdan]

Il diodo si usa per "raddrizzare" la corrente alternata che preleviamo dalla presa di corrente casalinga in corrente continua che useremo per alimentare il nostro bravo amplificatore.

piccola precisazione: il diodo da solo raddrizza e basta, per avere corrente continua serve anche un filtro.

cmq leggo con interesse i tuoi post, visto che di valvole so abbastanza poco.

[Anatra di Gomma]

piccola precisazione: il diodo da solo raddrizza e basta, per avere corrente continua serve anche un filtro.

Si si..era giusto per spiegare ai profani che non si intendono per nulla di elettronica...

[Dusdan]

Si si..era giusto per spiegare ai profani che non si intendono per nulla di elettronica...

lo so, ma cosi` e` meglio

[Anatra di Gomma]

Quarta puntata: Circuti di base.

Facciamo una carrellata fra i circuiti elementari, i nostri "mattoncini", nelle varie figure Vi è il segnale in ingresso, Vo il segnale in uscita, V+ la tensione di alimentazione e Rx le varie resistenze di griglia, catodo e Anodo. La configurazione che troveremo più spesso è quella di fig. 4a.

Tecnicamente si chiama "amplificatore a catodo comune in classe A"

- "Catodo comune" perchè il catodo, per quanto riguarda il segnale, è collegato a massa ed è quindi comune ad ingresso ed uscita.

- "Classe A" perchè la valvola è sempre in conduzione, sia nella semionda positiva che in quella negativa del segnale.

Pregi: semplicità, alto guadagno, distorsione graduale e gradevole

Difetti: alta impedenza di uscita, bassa efficienza (se usato come finale).

Uso: stadi di ingresso ed intermedi. Nello stadio di finale è la scelta obbligata se abbiamo una sola valvola.

Si può realizzare con un triodo o con un pentodo, il triodo però "soffia" di meno e si preferisce negli stadi di ingresso. Valvole tipo ECC81/82/83 (buone ed ancora in produzione) ne contengono due riducendo l'ingombro.

Nella fig. 4b abbiamo invece un esempio di amplificatore ad "anodo comune" chiamato anche "inseguitore catodico". Rispetto al precedente presenta un guadagno unitario (tot tensione entra, tot tensione esce) ma un'impedenza di uscita più bassa. Poco usata negli amplificatori in quanto il guadagno unitario non è una caratteristica molto ricercata. Inoltre portato in distorsione ha un "clipping" piuttosto secco e poco gradevole.

Nella fig. 4c abbiamo un amplificatore a "grigia comune", viene usato praticamente solo nello stadio invertitore di fase in configurazione "long tail" e lo vedremo in quel contesto.

Infine abbiamo i circuiti "push-pull" in cui due valvole funzionano in opposizione di fase raddoppiando la potenza. Le due valvole possono essere in classe "B" ovvero si lascia spegnere una delle due valvole quando il segnale su di essa è negativo per aumentare l'efficienza.

Pregi: minor potenza dissipata a tutto vantaggio della potenza di uscita.

Difetti: "distorsione di incrocio" in prossimità del passaggio del segnale per il livello zero.

Per ridurre la distorsione di incrocio (piuttosto sgradevole all'udito) si polarizzano le valvole in modo tale da non spegnerle al passaggio per lo zero ma dopo e quindi far assorbire loro una corrente anche a riposo (segnale nullo). Il circuito diventa "push-pull in classe AB".

Questo circuito fa la parte del leone nei finale di potenza e lo vedremo più avanti, fanno eccezione solo gli amplificatori con una sola valvola finale che usano una configurazione a catodo comune (fig. 4a) con il trasformatore di uscita al posto della Ra per abbassare l'impedenza da 6-10.000 ai 4-8 Ohm tipici degli altoparlanti.

Fine della 4^ puntata.

[Anatra di Gomma]

EDIT: cacchio, come fattomi notare dal poderosissimo Ichil, ho cannato, e ho messo la sesta puntata invece che la 5...che n44b che sono, domani provvederò alla giusta inserzione, anche perchè rileggendo la 6, mi sono accorto che ho mischiato un po' le due...abbiate pazienza...ciao!

[Anatra di Gomma]

Quinta puntata: lo schema a blocchi.

Prima di partire con la progettazione vera e propria occorre conoscere quali blocchi di base compongono il nostro amplificatore. Alcuni ci sono sempre ed altri sono opzionali.

Alimentazione: Trasformazione della 220V CA nelle correnti/tensioni continue adatte all'ampli. E' abbastanza staccato dalla parte audio ma alcune scelte fatte qui possono influenzare il suono.

Stadio di ingresso: La chitarra o il basso entrano qui. Normalmente contiene una sezione per la regolazione dei toni che può essere "alti-medi-bassi" oppure "alti-bassi" o semplicemente "tono". Parte del "colore" del suono dell'ampli dipende da questo stadio, in particolare dallo "stack" di controllo toni usato.

Pilota stadio di potenza: Questo stadio non sempre è presente, serve sia per dare una "spinta" in più al finale e mandare all'occorrenza le valvole in "overdrive" sia per compensare le perdite dei mixer quando ci sono due canali o effetti tipo "tremolo" e "reverbero" con un'unità a molle.

In questo stadio spesso troviamo la regolazione del volume "master".

Invertitore di fase: Solo per i circuito tipo "push-pull" con coppie di valvole finali (i circuiti più interessanti), se usiamo una sola valvola finale questo circuito non serve.

Finale di potenza: Una valvola nel caso più semplice, due, quattro, sei o addirittura otto per potenze mostruose di quattrocento e più watt.

Dopo aver passato in rassegna i blocchi costitutivi è ora di darci un "target". Per non far torto a nessuno inizierei con un amplificatore "da studio" con finale singola in classe A (tipo Fender Champ), pochi watt ma tanto divertimento.

Poi considererei un push-pull di ECL86 "compatto" (poche valvole) per passare subito dopo ad un "classico" dal suono pulito tipo Fender con una coppia di 6V6 (18W) che può andar bene sia per il basso che per la chitarra. Magari potremmo esplorare una sua variante con le 6L6 come finali e potenza doppia.

Infine metterei in cantiere un ampli "da palco" con due o quattro EL34 (Marshall-like) o addirittura con le mitiche KT88 capaci di cento watt a coppia.

Fine della 5^ puntata.

[Anatra di Gomma]

Giusto per, qualcuno si sta cimentando in questa costruzione, o sto postando solo per conoscenza generale??

[Phate]

io ti sto seguendo dalla prima puntata

un pò perchè studio ing. elettronica

un pò perchè suono la chitarra elettrica

un pò perchè non conosco le valvole

un pò perchè voglio costruirmi da solo un ampli xD

Ovviamente, non ho ancora iniziato a mettere mano a nessun componente... appena finirà il ciclo di "lezioni" aprirai un topo he si chiama "assemblare un ampli a valvole per tutti" e da li si inizierà la costruzione xD

[Anatra di Gomma]

Ovviamente, non ho ancora iniziato a mettere mano a nessun componente... appena finirà il ciclo di "lezioni" aprirai un topo he si chiama "assemblare un ampli a valvole per tutti" e da li si inizierà la costruzione xD

Mhm...collega ingegnere...allora dovresti essere tu al mio posto..io studio ing elettrica, ma l'elettronica non è proprio il mio pane (a parte quando si parla di ampli..)

[Dusdan]

Giusto per, qualcuno si sta cimentando in questa costruzione, o sto postando solo per conoscenza generale??

la seconda

[Anatra di Gomma]

Sesta puntata: Iniziamo a costruire

Avete in mente lo schema a blocchi? Partiamo dal primo: l'alimentazione, le scelte da fare sono:

- a valvole (trasformatore con centrale per circuito "full-wave") o al silicio (trasformatore normale per circuiti con ponte di diodi al silicio)

- la potenza

- la tensione di uscita

L'alimentatore ha un'influenza marginale sul suono. L'unica differenza è dovuta al fatto che un ponte al silicio è praticamente un ponte ideale, la valvola no. Ha normalmente una caduta di tensione (20-50V) dovuta alla sua caratteristica più "morbida" che si traduce nel fatto che quando mettiamo sotto pressione l'amplificatore, l'alimentazione cala e la potenza si riduce con un effetto di compressione della dinamica musicale.

Bello, ma questa valvola costa, scalda e si deteriora in fretta perchè è la più sollecitata dato che tutta la corrente passa di qui.

Per simulare la caratteristica "morbida" della valvola possiamo usare il ponte "solid state" e mettere una resistenza nel circuito così da "smorzarare" la caratteristica dei diodi.

Una nota: gli amplificatori "anni '50" come il VOX AC30 (Beatles) o il Fender Twin o Bassman (da Rock'n Roll) usavano raddrizzatori a valvola, quelli più da "metallaro" come Marshall e Mesa-Boogie usano raddrizzatori al silicio.

Sono scelte. Io preferisco un bel ponte "solid-state".

Vediamo entrambi i circuiti: in fig. 6a tipico alimentatore a valvola, in fig. 6b l'equivalente con diodi silicio.

Il dimensionamento sei componenti è per un ampli semplice, con singola valvola finale o comunque per potenze non superiori ai 7-8W, qualcosa tipo il Fender Champ per intenderci.

Il trasformatore è in entrambi i casi da 40 VA. Se non ci sono troppi fronzoli nell'ampli anche 30 VA vanno bene.

Notare che:

a) a parità di "ripple" (5Vp.p.) non abbiamo usato l'induttanza (costosa) anche se abbiamo usato condensatori con capacità un po' superiore.

per avere la stessa tensione di uscita il secondario del trasformatore è a 215 V anziché 235+235 V.

Dati i valori di tensione uno potrebbe dire: non metto il trasformatore ed uso direttamente il 220 della presa. NON FATELO MAI! Avreste la massa dell'ampli collegata direttamete al 220 della presa con il risultato che toccando il jack della chitarra potreste prendere una bella scossa!

Fine della 6^ puntata.

[giò²]

Bello, ho scoperto ora questo topic

Da ignorantissimo: per curiosità, gli amplificatori odierni usano ancora valvole o si usa tecnologia transistor/MOS ?

[Aerys II]

Bello, ho scoperto ora questo topic

Da ignorantissimo: per curiosità, gli amplificatori odierni usano ancora valvole o si usa tecnologia transistor/MOS ?

Dipende da quanto vuoi spendere...

[Ichil]

Bello, ho scoperto ora questo topic

Da ignorantissimo: per curiosità, gli amplificatori odierni usano ancora valvole o si usa tecnologia transistor/MOS ?

Valvole, transistor e digitale. Mescolati in tutte le combinazioni possibili.

[Dusdan]

Bello, ho scoperto ora questo topic

Da ignorantissimo: per curiosità, gli amplificatori odierni usano ancora valvole o si usa tecnologia transistor/MOS ?

di tutto un po'. comunque il MOSFET (MOS per gli amici) e` un tipo di transistor.