L'alimentazione dei filamenti nelle valvole termoioniche è un aspetto cruciale per il corretto funzionamento e la longevità di questi componenti. Esistono diverse tecniche e considerazioni da tenere a mente per garantire un'alimentazione adeguata e minimizzare eventuali problemi.
Alimentazione Anodica: Un Approccio Classico
L'alimentatore anodico è un classico alimentatore a stato solido con filtro a doppio pi-greco resistivo. Per i diodi si utilizzano i comunissimi 1N4007; volendo si può mettere in parallelo a questi un condensatore a film o ceramico con tensione di lavoro molto elevata. Il condensatore ha lo scopo di filtrare in loco eventuali disturbi causati dalle commutazioni dei diodi. Il primo condensatore del filtro è di dimensioni moderate, in modo da evitare eccessive correnti nei diodi e ridurre in partenza i disturbi da commutazione; il secondo è molto più corposo ed ha lo scopo effettivo di filtrare drasticamente il ripple.
In uno stadio single ended qualsiasi disturbo presente sull'anodica si ripresenta in uscita. Perciò il filtraggio delle componenti variabili deve essere molto spinto; tuttavia non è particolarmente difficile ottenere ciò in un preamplificatore, dato che le correnti in gioco sono molto limitate. Tenendo conto del fatto che il ripple in uscita è un po' più basso (si ripartisce secondo la legge di Ohm fra la resistenza anodica, il tubo e la resistenza catodica), rispetto ad un livello di uscita di 1 volt dovrebbe essere sotto i -100 dB... Perciò il ronzio, se c'è, non viene dall'alimentazione...
Alimentazione dei Filamenti: Riduzione del Ripple
L'alimentatore filamenti è molto meno curato; ci sono solo un raddrizzatore a ponte a doppia semionda costituito da quattro diodi discreti e un singolo pi-greco. Lo scopo fondamentale per un alimentatore filamenti è di ridurre per quanto possibile il ripple, in modo da non avere problemi di ronzio dovuto ad accoppiamenti vari fra circuito filamenti e circuito di segnale. I due circuiti, infatti, sono totalmente indipendenti, anche se devono assolutamente avere un punto in comune, per garantire che le tensioni relative di catodo e filamenti non vadano fuori dai range (alquanto ridotti!!!
Considerazioni Importanti
Ci sono essenzialmente due considerazioni da fare. La tensione catodo filamento ha dei limiti ben precisi, di solito inferiori a 100 V; perciò è necessario che la tensione cui si pongono i filamenti sia riferita in qualche modo a quella del catodo: nel caso dello stadio single ended con uscita catodica il circuito di filamento deve essere riferito a massa, cioè avere un punto collegato alla massa del segnale.
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Una cosa importante: in caso di tensione fuori dai range previsti, si riduce di fatto al vita media della valvola, e si può avere un comportamento non ideale, ma in casi normali non ci si rende in realtà neppure conto del problema... Perciò misurate sempre la tensione dei filamenti: prima di inserire le valvole, per verificare che non ci siano degli errori macroscopici tali da bruciare i filamenti (attenzione al fatto che in questi casi si deve tener conto dell'assenza del carico, in cui scorre una corrente dell'ordine delle centinaia di mA e quindi niente affatto irrilevante: perciò tensioni di 8-9 volt possono anche essere accettabili, se si utilizza un filtro a pi-greco) e quindi riverificarla dopo aver connesso le valvole.
Trasformatori: Un Problema Ben Noto
Ora per gli alimentatori nasce un problema ben noto: le effettive tensioni reali di uscita da un trasformatore dipendono dalle caratteristiche esatte del trasformatore; trasformatori simili realizzati in due laboratori diversi hanno in generale caratteristiche sufficientemente diverse da rendere difficile dare in assoluto dei valori resistenze validi in generale. ricalcolare le resistenze in modo da ottenere le tensioni desiderate. Per inciso, il problema è ancora più significativo sui trasformatori di uscita per amplificatori a tubi, ma in questo caso entrano in gioco fattori ancora più critici che portano alla fine ad ottenere risultati ampiamente diversi soprattutto quanto a qualità del suono.
Nel nostro caso, comunque, quello cui sto mirando è la minimizzazione dei costi: scegliete il trasformatore più economico che trovate: certo, non è un consiglio molto valido per ottenere veramente un prodotto Hi End, ma è il modo più sensato per avvicinarsi alle valvole ed iniziare a capire le loro potenzialità. Il primario deve essere ovviamente a 220V; i secondari necessari sono... quelli che intendete usare! Serve come minimo un secondario a 6.3V; per permettere ampia flessibilità nelle prove, è bene che il secondario sia ampiamente sovradimensionato come amperaggio (teoricamente bastano 360mA per una valvola, ma se pensate ad esempio a un finalino o ad uno stadio phono... se si vuole avere in futuro la possibilità di sperimentare anche stadi tipo SRPP (prossimamente a voi su TNT... entro le prossime due o tre ere geologiche comunque...), che prevedono due valvole con catodi a tensioni molto diverse, diviene molto opportuno se non necessario un secondo secondario a 6.3V uguale al primo.
La tensione anodica è piuttosto elevata, anche perchè una eventuale inserzione di un diodo a vuoto produce una buona caduta di tensione (mi tengo sempre la via aperta...). Inoltre, si deve tener presente che per passare da una tensione elevata ad una bassa basta inserire una resistenza, mentre la via opposta è impossibile... perciò una tensione elevata permette di avere un campo di sperimentazione più ampio. È chiaro comunque che non si può neppure esagerare: a parte il fatto che l'utilizzo di resistenze per ottenere alimentazioni differenziate è stato comunissimo nella storia delle valvole, l'impedenza dell'alimentazione certamente non si abbassa...
Tensione Anodica a Valvola Fredda
Un punto molto discusso è legato al fatto che se l'alimentazione anodica è applicata a valvola fredda, la valvola non conduce e quindi si trova inizialmente una tensione anodica pari alla tensione massima di alimentazione: questo è il motivo per cui si vedono spesso circuiti di ritardo per l'accensione dell'anodica. Sono preoccupazioni sensate, ma non si deve neppure esagerare: l'utilizzo di timer e simili è entrato nell'uso solo di recente, un tempo ci si accontentava di progettare bene (meglio) i sistemi, invece di proteggere le valvole dagli errori di progetto... Tanto per intenderci la tensione anodica massima ammissibile per una ECC88 è 130V (per una E88CC è dell'ordine dei 250V) ma sui data book in cui viene riportata è anche segnalata una tensione massima a freddo di 550V ed una tensione massima a 0mA di corrente anodica di 450V... Anche qui vale la regola di cui sopra.
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Le tensioni indicate sono quelle di targa. Ci possono essere discreti scostamenti. Il punto a cui si deve stare attenti è che la ECC88 ha una tensione anodica massima rispetto al catodo in condizioni normali di funzionamento di 130V. Anche se si supera un po' questo valore di solito non succede niente (fermo restando il fatto di restare ben lontani dalla massima dissipazione!!!). Se però volete stare assolutamente tranquilli, utilizzate una E88CC o una 6922, che vi mettono assolutamente al riparo da ogni sorpresa.
Come vedete sto eludendo alla grande la domanda: dove trovo un trasformatore come quello indicato... beh, in calce riporto una breve lista di indirizzi, ricavati da un qualsiasi numero di Costruire HiFi, rivista cartacea di estremo interesse per gli argomenti che stiamo trattando e che dovreste trovare in edicola (io non ne ho mai avuti, ma stando alle lettere al direttore pare ci siano problemi di distribuzione: perciò, se non la trovate, insistete in altre edicole!!! Male che vada è anche in Internet: www.magazine.it/audio/coshf.htm. Ovviamente, è una rivista su carta, che pubblica pubblicità e i cui collaboratori sono spesso proprietari o ...*fiancheggiatori* di piccole o grandi società che producono kit. Ciononostante è MOLTO interessante. Fra l'altro, se guardate bene la pubblicità, troverete anche un trasformatore che può andare bene ai nostri scopi: è ampiamente sovrabbondante, ma ha un prezzo di un terzo rispetto agli equivalenti sul mercato...
C1,C2,C3,C4,C5,C6 sono tutti elettrolitici da 400 o 450V; il margine di sicurezza in questo modo è molto ampio; più veloci sono meglio è; non cercate però cose strane: bastano buoni elettrolitici. Se volete esagerare potete sempre andare in seguito su dei Black Gate da 200 mila lire o più l'uno...
Cavi di Collegamento e Messa a Terra
Il cavo di collegamento all'alimentazione è un punto delicato di discussione. La cosa più immediata ed ovvia è montare un bel connettore di alimentazione a norme IEC, garantendosi la possibilità di sostituire a piacere il cavo di alimentazione in qualsiasi momento. La presenza di un connettore di questo tipo è un must su qualsiasi apparato di buon livello. Ma... Ma come mai ad esempio nessun Marantz ha il cavo di alimentazione sostituibile? Una svista del grande Ken Ishiwata? Mai più! Se questa scelta è opinabile nel caso di un prodotto acquistato, in quanto di fatto diviene impossibile cambiare il cavo di alimentazione con uno migliore senza invalidare la garanzia, non c'è ragione di non farlo in un oggetto autocostruito.
Personalmente trovo molto comodo avere il cavo staccabile ma la cosa ha ovviamente un suo costo (diciamo sulle 6 mila lire al massimo per vaschetta e spina IEC...), perciò non è il caso di applicarla ad un progetto minimale. In definitiva consiglio l'uso di un bel Merlino, cioè un cavo trifase schermato con lo schermo connesso a massa solo dal lato della spina e non connesso all'altro estremo, saldato direttamente all'alimentatore da una parte e con una bella spina Vimar dall'altra.
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Il collegamento a terra attraverso il filo di alimentazione è obbligatorio per le norme di sicurezza vigenti. Perciò prevedetelo. Nel caso in cui riscontriate ronzii, provate a scollegarlo: se anche altri apparati della catena sono collegati a terra, come da norme, si può creare un loop di massa che in condizioni particolari produce ronzio. Nel caso in cui (a me succede) il ronzio scompaia scollegando il filo... seguite la vostra coscienza: cosa dicono le norme di sicurezza ve l'ho detto.
Cercate di tenere separato il blocco dell'alimentazione da quello dell'amplificazione; separateli anche con uno schermo elettromagnetico. Con il mio layout e il mio trasformatore il ronzio si riduce decisamente collegando alla massa di segnale la carcassa del trasformatore; provate. In ogni caso tenete conto che eventuali ronzii significativi non dovrebbero poter venire ne' dall'alimentazione anodica ne' da quella dei filamenti, se l'alimentatore è correttamente realizzato.
Implementazione
Funziona benissimo e il dissipatore scalda pochissimo nonostante alimenti 7 valvole di pre + 8 relè e 6 led da pannello + 8 da pedaliera. Tra poco alimenterà anche un'ulteriore cosa che non voglio ancora svelare. Tornando al discorso dell'integrato lm338, sono assolutamente d'accordo con Kagliostro per tutte le info che ti ha fornito riguardo ad amperes di picco e continui. Il consiglio che credo di poter dare è di mettere un'adeguato dissipatore termico considerando i watt che deve dissipare. Io, personalmente, l'ho piazzato sulla parte esterna dello chassis non solo per dargli più aria possibile ( dalle foto si intuisce che nella parte posteriore dello chassis verrà piazzata una griglia di areazione ), ma anche per guadagnare spazio all'interno dello stesso.
Si trovano in fiera alla massima cifra di circa 15 euro ( che è cmq esagerata! ) fino ad un minimo di 9 euro. Io li ho comprati da az elettronica a 14 euro ognuno, perchè mi servivano subito. Ma non è detto che bisogna utilizzare per forza quelli "K". I "T" vanno benissimo anche per alimentare 4 o 5 valvole in pre ( io ne alimento 7 solo per comodità strutturale dato che dopo ci alimento anche altro ). Se poi si vuole stare cmq tranquilli e spendere un pò meno, c'è sempre il fratello più vecchiotto: "LM350T / LM350K", capace di un'erogazione di 3 amperes continui e 5 di picco, se non ricordo male. Si trova sulla BAIA dai 4 euro o addirittura 2 euro per quelli "K".
L'elevazione del circuito regolatore in DC è ancora più semplice di quelli in AC. Tutto il circuito viene così elevato di 50 o anche 80 volts, se lo si desidera, da tutto il resto. Nel'uso "elettronico " più standard del termine basta prendere come esempio l'oscilloscopio che come ogni tubo a catodo caldo deflesso elettrostatico ha addirittura il catodo connesso a un lato del filamento e una tensione di accelerazione rispettabile c'è SEMPRE un trasformatore dedicato o un avvolgimento a se. Personalmente io aborro qualunque configurazione diversa dal catodo a bassa tensione,se si vogliono fare altre configurazioni esistono i fet che non richiedono accensione.
Come ha detto Doc, per sollevare il filamento basta calcolare un semplice partitore con due resistenze. Il filamento, che ha solo una piccolissima capacità verso il catodo, non assorbe corrente da queste resistenze. Quindi possiamo impostare una corrente a piacere nel partitore, e naturalmente la scegliamo bassa. Facciamo per esempio 1 mA. Allora, se il partitore è collegato ai 300 V di alimentazione, la sua resistenza totale sarà 300 Kohm, in omaggio alla legge di Ohm. Stabiliamo ora di portare la Vkf (tensione fra catodo e filamento) a 60 V. La corrente è 1 mA quindi la resistenza "bassa", cioè verso massa, sarà 60 Kohm. La resistenza "alta", quella verso i 300 V, sarà 300 - 60 = 240 Kohm. Tutte arrotondabili ai valori standard.
Una piccola complicazione viene dal datasheet Philips, che mi dice che la ECC81 è mia coetanea, e mi dice anche che la massima resistenza ammissibile fra catodo e filamento è 20 Kohm. Poco male, dividiamo per tre entrambe e il loro rapporto resta uguale. Solo che aumenta la corrente "sprecata", e quindi nel partitore scorreranno ora 3 mA. Adesso facciamo qualche considerazione più generale.
Non sarebbe corretto mettere una ECC81 al posto di una ECC83, sono valvole abbastanza diverse, e mi aspetto di ottenere meno dinamica e più distorsione, senza abbassare l' impedenza di uscita. Ma per la gioia di sperimentare, si può fare senza provocare danni.
Poi, quello schema è molto convenzionale, specialmente l' uscita a cathode follower, che con quei 120 Kohm sul catodo non può fornire una gran corrente allo stadio successivo. Infatti, la corrente di polarizzazione di quello stadio è di 1 mA, ma non può essere sfruttata tutta dal segnale. Io penso che la corrente utile di segnale in uscita possa essere un decimo, forse un quarto, se non vogliamo aumentare troppo la distorsione. Allora lo stadio seguente dovrà avere un' impedenza di ingresso alta (tipica valvolare) e capacità basse. E' uno stadio che metterà in risalto le caratteristiche dei cavi di collegamento e si presta a captare ronzii e campi a radiofrequenza. Parecchi amplificatori commerciali erano fatti così, nel passato, anche di marche importanti, magari polarizzando lo stadio di uscita con correnti più alte.
Alimentazione dei Filamenti in Serie: Limiti e Soluzioni
Per i costruttori di apparati commerciali poter risparmiare è stato sempre l'obbiettivo principale per poter poi proporre apparati più a buon mercato della concorrenza. In questa ottica si è sempre cercato di limitare il costo adottando delle soluzioni che permettevano di fare a meno, in questo caso, del trasformatore per alimentare i filamenti delle valvole. La soluzione era di mettere tutti i filamenti in serie e alimentare il tutto direttamente con la tensione di rete. Questa soluzione non era priva di inconvenienti.
Limiti dell'Alimentazione in Serie
- Tutte le valvole i cui filamenti sono posti in serie devono avere la stessa corrente di accensione dei filamenti.
- Le valvole di potenza richiedono una resistenza di filamento più alta.
- Tutte le valvole devono essere del tipo a riscaldamento indiretto.
- La tensione massima fra catodo e filamento deve essere compatibile con questo tipo di impiego.
- Occorre un circuito che limiti la corrente all'accensione.
- La sommatoria delle tensioni di filamento deve essere minore o uguale alla tensione di rete.
Soluzioni Circuitali per l'Alimentazione in Serie
A sinistra, a confronto, il collegamento serie in cui tutte le valvole devono avere la stessa corrente di accensione dei filamenti di riscaldamento indiretto del catodo e la soluzione parallelo in cui tutte le valvole devono avere la stessa tensione dei filamenti di riscaldamento indiretto del catodo. Nel primo caso si risparmia il trasformatore, quindi i costi sono ridotti rispetto al secondo caso. La resistenza R1 di caduta serve per generare la caduta necessaria ad adattare la tensione richiesta dalla serie di filamenti e la tensione di rete. La resistenza R1 potrebbe essere un ballast o barretter.
Ovviamente il trasformatore di alimentazione non dovendo alimentare i filamenti ma solo la parte di alimentazione anodica sarà in questo caso più piccolo. Quindi avrà un costo inferiore. Esiste una soluzione alternativa che permette di eliminare totalmente il trasformatore di alimentazione alimentando anche la parte anodica direttamente con la tensione di rete (disegno sotto). Tuttavia eliminare completamente il trasformatore elimina anche l'isolamento, quindi i circuiti e la carcassa del circuito sono direttamente collegati alla rete di alimentazione con relativo pericolo di folgorazione per l'utilizzatore. Se mai vi venisse in mente di utilizzare una circuitazione del genere pensateci bene. L'incolumità non vale il risparmio di un trasformatore!
La soluzione adottata normalmente in questi casi per evitare folgorazioni era quella di produrre il mobile dell'apparecchio in oggetto in materiale completamente isolante, comprese le manopole e i comandi. In questo modo si evitava il contatto dell'utilizzatore con parti che potevano essere in tensione. Le radio, ad esempio, avevano il mobile quasi sempre in legno o bachelite.
Alimentazione in Serie: Applicazioni Moderne
In un'ottica più attuale l'alimentazione in serie dei filamenti può avere un significato diverso, per esempio razionalizzare l'alimentazione in continua degli stessi riducendo le correnti in gioco e le perdite di energia nell'alimentatore. E' più facile costruire un alimentatore stabilizzato che eroga qualche ampere piuttosto che uno che ne eroga una decina. Facciamo un esempio pratico: vogliamo alimentare in continua i filamenti delle valvole finali di un amplificatore push-pull stereo che eroga una discreta potenza.
Abbiamo quindi almeno 4 valvole finali. Mettiamo che siano delle KT88 che hanno un filamento che richiede 6,3V e 1,6Ampere. Se le alimentassimo in parallelo avremmo 6,3V e 1,6x4=6,4A di corrente. All'accensione la resistenza del filamento è circa un ottavo di quella a regime, quindi avremmo una corrente massima di 6,4x8=51,2A. Una enormità anche se poi dopo qualche secondo si ridurrà progressivamente fino ad arrivare dopo un minuto a 6,4A. Costruire un alimentatore stabilizzato che eroga correnti del genere è un problema, immaginate che la corrente a regime nei diodi rettificatori da luogo ad una dissipazione di 12-13W e il regolatore dovrà essere in grado di gestire correnti massime teoricamente dell'ordine dei 50A anche se poi saranno molto meno per la resistenza parassita serie dell'alimentazione.
Se noi colleghiamo i filamenti in serie avremo una tensione di alimentazione di 6,3x4=25,2V con una corrente massima di 1,6x8=12,8 Ampere e una corrente a regime di 1,6A. Questo produrrà a regime una dissipazione di 3,2W sui diodi raddrizzatori, potenza più facilmente gestibile. Potremmo addirittura utilizzare un alimentatore switching esterno da 230Vca a 25,2Vcc isolato, stabilizzato e regolabile con un trimmer e con soft-start (per la limitazione della corrente massima) senza dover utilizzare un secondario sul trasformatore che rimarrebbe dedicato solo alla tensione anodica. Con lo stesso alimentatore potremmo alimentare in continua anche una serie di filamenti delle valvole driver dello stesso amplificatore.
Nel caso dello stadio a catodo comune, il guadagno dello stadio a catodo comune con resistenza di catodo bypassata con un condensatore, come di solito si fa, è attorno a 25-30: eliminando il condensatore di bypass viene ridotto a circa 13.2, che è un valore adeguato per un preamplificatore linea. Ovviamente c'erano altre soluzioni possibili ma in tutti gli altri casi erano necessari componenti addizionali: in un progetto a costo minimo anche questo aspetto è importante.
C'è solo un aspetto che è potenzialmente criticabile in questa scelta: il fatto che è uno stadio retroazionato, il che... C'è da dire che si tratta di una retroazione *intrinseca* ed inerente allo schema: la retroazione attualmente tanto criticata (e non a torto...) è in particolar modo quella globale o comunque pluristadio, che riporta il segnale di uscita all'ingresso (due o più stadi prima). La ragione più immediata della critica è legata tipicamente ad aspetti *sonici* (mancanza di ariosità in particolare), mentre dal punto di vista tecnico si fa riferimento di solito al fatto che il segnale torna invertito all'ingresso, ma in ritardo (tempi ridottissimi, ma...
Nello schema ho riportato un selettore di ingressi molto semplificato; se volete realizzare qualche cosa di più complesso potete far riferimento allo schema del Pressive, eliminando ovviamente i potenziometri sull'uscita tape. Il punto chiave è che l'uscita per il registratore deve essere prelevata PRIMA del potenziometro del volume. Si usa anche inserire un interruttore che permette di sconnettere l'uscita tape, quando non è in uso: poichè questo interruttore tratta un segnale a livello ridotto, sarebbe opportuno che i suoi contatti fossero dorati... il che ci porta fuori budget. La soluzione più economica è quella di... non connettere il cavo di interconnessione del registratore lato registrazione al pre, quando non si sta registrando.
Per i selettori vi consiglierei di utilizzare dei 2 vie 6 posizioni (riducibili a piacere mediante una ghiera piuttosto scomoda ma efficace) della Palazzo, blindati e con contatti dorati, completamente in materiale plastico nero, che nonostante le caratteristiche di cui sopra hanno un prezzo attorno alle 10 mila lire (e per quanto ho potuto vedere sembrano funzionare bene). I potenziometri sono un po' più critici. Cercate qualche cosa di solido ma economico (non è facile, lo so...). Quelli a carbone dal punto di vista sonoro vanno già bene, forse li preferisco anche a quelli plastici molto più costosi, ma quanto a durata ed affidabilità... Cercate di trovarli blindati, e se non ci riuscite cercate di tenerli al riparo dalla polvere (la polverina del legno.... orrore!!!) durante il montaggio.
I potenziometri sono 2, entrambi doppi. Il primo è quello del bilanciamento, da 50K A (lineare); le due sezioni sono da connettere in maniera opposta sui due canali (vedi schema). Con questo schema si ottiene un intervento di più o meno 3 dB (circa) rispetto alla posizione centrale. E' uno schema non convenzionale, ma che mi piace ed è utilizzato anche su degli oggetti chiamati Audio Note... Il secondo è quello del volume, da 50K B (logaritmico). Si vedono di recente in giro dei sistemi che evitano di inserire due potenziometri sul segnale (bilanciamento e volume) usando due potenziometri singoli separati per ciascun canale. In questo modo si risparmia anche qualche cosa, ma di fatto se le valvole non sono selezionate e/od accoppiate per guadagno, si rischia di dover ritarare ad orecchio il bilanciamento a ogni variazione del volume di ascolto... Personalmente lo trovo scomodo. Con il bilanciamento separato, invece, si trova la posizione del potenziometro di bilanciamento che garantisce lo stesso livello di uscita sui due canali in maniera strumentale (con un generatore di segnale ed un oscilloscopio) e poi si fissa la manopola del bilanciamento in posizione verticale stando attenti a non far spostare il potenziometro dalla posizione determinata prima. Così è semplicissimo tornare ad un bilanciamento perfetto in qualsiasi momento, cosa che torna spesso utile nel corso di prove varie... Ooops, tutto bene a parte il dettaglio che vi manca solo l'oscilloscopio e il generatore?
Non è assolutamente il caso di andare a cercare resistenze speciali: finora non sono riuscito a percepire alcuna significativa differenza in termini di suono.... Lo schema riporta in realtà due uscite diverse: quella di catodo ha un guadagno inferiore ad 1 (attorno a 0,7 col volume al massimo, con la confi...
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