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Trucchi costruttivi

Per realizzare un buon amplificatore ci sono tutta una serie di trucchi costruttivi frutto dell'esperienza che occorre sapere, prima di iniziare il progetto.
Uno dei nemici del costruttore è il ronzio.
Di seguito un elenco di trucchi adatti a migliorare le caratteristiche e validi per ogni tipo di apparato.

Trucchi costruttivi per aumentare la durata dell'apparato nel tempo

1) Scegliere un telaio su cui fissare tutti i componenti con delle caratteristiche di resistenza meccanica adeguate.
Tenete conto della capacità di condurre il calore, è meglio l'alluminio o il rame, vi aiuterà a non avere punti troppo caldi, ne attorno alle valvole ne attorno al trasformatore di alimentazione.

2) Mettete i condensatori elettrolitici disposti in modo che non siano troppo esposti al calore generato dalle valvole, aumenterete di molto la loro vita..
Montateli sempre in modo che siano facilmente rimpiazzabili, i condensatori elettrolitici hanno una vita abbastanza breve, non dureranno in eterno.

3) Curate il cablaggio, non montate mai componenti volanti, i componenti vanno fissati da tutte e due le parti in modo che non abbiano la possibilità di spostarsi.
Negli amplificatori anni 60' veniva usata una basetta di bachelite con delle linguette metalliche a saldare per questo scopo.
Non mi è stato più possibile trovare queste basette che erano veramente utili.
In sostituzione si può usare una basetta ramata con supporto in vetronite in cui siano state ricavate delle piazzole per asportazione del rame in eccesso.
Per i componenti più pesanti prevedete sempre un bloccaggio sul telaio con viti e fascette in teflon.

Trucchi costruttivi per ridurre il ronzio (in inglese lo trovate indicato come "Hum")

4) Se l'alimentazione dei filamenti è in corrente alternata occorre twistare i cavi che dal trasformatore vanno ad ogni singolo filamento.
Se volete esagerare prendete in considerazione il fatto di alimentarli in continua, magari con un alimentatore posto in un altro mobile da cui ricavare anche la tensione anodica.

Esempio di cablaggio di un amplificatore a valvole Esempio di cablaggio di un amplificatore a valvole

Esempio di cablaggio di un amplificatore.
Si tratta di un Audio Research Classic 60, un amplificatore hi-fi stereo da 60 Watt RMS per canale.
Si possono notare in verde i fili che alimentano i filamenti delle valvole finali di potenza e quelli marroni che alimentano i filamenti delle valvole driver, tutti rigorosamente twistati per evitare interferenze.

Lo stesso amplificatore visto da sopra.
Notate le imponenti valvole di potenza (6550s) accoppiate in parallelo due a due e i monumentali trasformatori.
In centro, in rosso si vedono i quattro condensatori di stabilizzazione della tensione anodica.

5) I trasformatori adattatori di impedenza (finali) vanno tenuti fra loro alla massima distanza e ruotati di 90 gradi sull'asse verticale rispetto a quello di alimentazione, per evitare di avere flussi magnetici che si concatenano fra il trasformatore di alimentazione e quelli di uscita.

Cablaggio amplificatore finale a valvole

Esempio di cablaggio di un amplificatore

Esempio di un cablaggio errato di un amplificatore di potenza in classe "A" single-ended visto da sopra.
Al centro in rosso il trasformatore di alimentazione che ha il pacco dei lamierini ruotato di 90° rispetto ai trasformatori di uscita in modo assiale.
Le valvole di preamplificazione e driver sono poste alla distanza maggiore possibile dal trasformatore di alimentazione.
ERRORE!! Il flusso magnetico del trasformatore si può ancora concatenare con i trasformatori di uscita.

Esempio di un cablaggio corretto di un amplificatore di potenza in classe "A" single-ended visto da sopra.
Al centro il trasformatore di alimentazione che ha il pacco dei lamierini ruotato di 90° rispetto ai trasformatori di uscita (il trasformatore di alimentazione è steso mentre quelli di uscita sono in piedi).
Le valvole di preamplificazione e driver sono poste alla distanza maggiore possibile dal trasformatore di alimentazione.
Una corretta progettazione della disposizione dei componenti ci evita poi molti problemi.

Disposizione corretta dei componenti in un amplificatore finale di potenza a valvole

A sinistra la disposizione corretta dei componenti su un telaio di un tipico amplificatore finale di potenza push-pull a valvole con una valvola driver preamplificatore.

  • T1 e T2 sono i trasformatori adattatori di impedenza.
  • TA è il trasformatore di alimentazione (anodica-filamenti)
  • V1 V2 V3 V4 sono le valvole finali che compongono i due amplificatori finali push-pull
  • V5 e V6 sono le valvole preamplificatrici - driver
  • C1 C2 C3 C4 sono i condensatori di livellamento dell'anodica.

Da notare: il rettangolo in colore verde è uno schermo termico realizzato con un lamierino di alluminio o di rame non colorato (quindi lucido) che serve per deflettere i raggi infrarossi provenienti dalle valvole e distribuire il calore in modo da mantenere il più possibile freddi i condensatori di filtro.
Per facilitare i moti convettivi dell'aria è talvolta opportuno forare il telaio e anche il mobile che conterrà il tutto.
Si devono evitare per quanto possibile ventole che possono introdurre del rumore e se proprio le dovere impiegare realizzate per le stesse un alimentatore completamente separato.

Flussi dispersi in un trasformatore tradizionale

A sinistra sono evidenziate le aree in corrispondenza delle quali vi sono flussi dispersi di maggiore intensità.
Il trasformatore è visto da sopra ed è evidenziato il circuito magnetico.
Le aree in blu sono occupate dagli avvolgimenti.
Le aree in rosa sono quelle interessate da flussi magnetici dispersi di maggior potenza.
In nero il circuito magnetico.
In corrispondenza degli spigoli e della parte inferiore e superiore dell'avvolgimento vi sono i maggiori flussi dispersi che possono influenzare maggiormente eventuali valvole preamplificatrici.
Se dovete proprio metterle il vicinanza del trasformatore allora mettetele lungo i fianchi, area in cui i flussi magnetici dispersi sono minori.

Ovviamente la soluzione ideale esiste, consiste nel fare un alimentatore in un mobile separato utilizzando un trasformatore toroidale.
Si tratta della soluzione migliore, ma anche di quella più costosa ed ingombrante.
Per misurare gli effetti del trasformatore sull'area circostante occorre realizzare una piccola sonda magnetica per oscilloscopio, facile da realizzare e molto utile.

6) Tutti i fili dove passa segnale a bassa tensione (non ancora amplificato) vanno rigorosamente schermati, e lo schermo del filo (calza metallica) va messo a massa solo da una estremità per evitare che possa formare un loop di massa e che possa catturare per induzione magnetica qualche segnale.
Questi collegamenti devono essere più corti possibile.

Calza cavo schermato collegata erroneamente

In questo esempio l'errato collegamento del cavo schermato, saldato a massa a tutte e due le estremità.
In questo modo in presenza di un campo magnetico si induce una corrente nella calza che si comporta come il primario di un trasformatore ed induce tale tensione anche sui conduttori interni.

Collegamento corretto della calza cavo schermato

In questo disegno il corretto collegamento della calza del cavo schermato che in questo modo bypassa tutte le componenti elettrostatiche, proteggendo da esse il filo che passa all'interno.

7) Non lesinare mai sui condensatori e sugli induttori di stabilizzazione dell'alimentazione, in special modo se i finali sono single-ended in classe "A".
Per i finali in classe AB (push-pull) il problema è meno sentito (o meglio occultato) in quanto il ronzio di alimentazione essendo in fase a riposo si elide sul trasformatore finale quindi non si sente sulle casse.
Tuttavia all'aumentare della potenza erogata e della corrente anodica vi è un fenomeno di miscelazione del ripple con il segnale che si avverte.
Quindi, più è stabilizzata l'alimentazione e meno problemi si hanno, anche per quello che riguarda la diafonia, in quanto lo stadio di alimentazione di buona qualità ha una resistenza interna molto bassa e non si presta ad una modulazione della tensione di alimentazione che porta ad una reciproca influenza fra i vari stadi i canali dello stereo.
In definitiva si possono montare valvole mediocri e trasformatori finali mediocri ma nulla incide sul risultato finale quanto l'alimentatore.
La miglior valvola e il miglior trasformatore finale daranno un risultato deludente se alimentati male.

8) Curare in special modo l'alimentazione degli stadi preamplificatori, dove il segnale da amplificare ha ancora un livello molto basso e sarebbe maggiormente dannoso il ronzio.
Prevedere il montaggio di schemi anche attorno alle valvole, magari non ce ne sarà bisogno ma non si sa mai.

Schermatura per valvole preamplificatrici

Un esempio di schermo magnetico ed elettrostatico per valvola preamplificatrice.
Si tratta di una ricopertura del corpo della valvola con un lamierino ferroso che conduce il campo magnetico schermando così la valvola.
Si tratta di un classico schermo magnetico che evita sia le interferenze magnetiche che elettrostatiche.
Certo, copre la valvola, quindi alla fine il risultato estetico sarà inferiore.
Meglio optare per quelli a rete metallica o traforati, funzionano bene e sono anche belli da vedere.

Da notare: lo schermo si posiziona sopra la valvola e si innesta a pressione ruotandolo.
In questo modo si blocca e può essere rimosso per accedere alla valvola sottostante.
Il basamento a volte è integrato con lo zoccolo della valvola, a volte è avvitato al telaio metallico.

9) Usare un punto di massa comune per tutte le masse, ad esempio una barretta di rame o meglio di argento massiccio sempre per evitare problemi di diafonia collegata direttamente al negativo dell'ultimo condensatore di fitro dell'alimentatore.
A questa barretta o grosso filo di rame vanno saldati tutti i collegamenti a massa ad iniziare dai condensatori di stabilizzazione.
Unico problema è che è difficile saldare su una grossa massa metallica, occorre saldare con un saldatore di grande potenza.
In pratica tutte le masse si dipartono da un unico punto comune.
In passato si usava, specie per quello che riguarda gli amplificatori per strumenti, collegare la massa al telaio metallico dell'amplificatore e usare quest'ultimo come massa.
E' una soluzione poco costosa ma fonte di infiniti problemi per quello che riguarda il ronzio.
Molto meglio collegare alla terra dell'impianto elettrico il telaio e tenerlo isolato dalla massa del circuito.

10) Ricordatevi sempre che, anche se non compare nello schema, i fili di collegamento non hanno resistenza zero, quindi studiate il cablaggio in modo da ridurne la lunghezza.
Non fate mai fare lunghi percorsi ai fili di segnale, anche se schermati.
Più il valore del segnale è basso più corto deve essere il filo che lo veicola.
Se state realizzando un preamplificatore con diversi ingressi, per commutarli usare dei relè posti in prossimità degli stessi, non collegateli direttamente al commutatore, non fate girare fili.

Altri trucchi costruttivi non direttamente connessi al ronzio, ma egualmente utili da conoscere

11) Mettere in parallelo ai grossi condensatori elettrolitici sempre dei condensatori poliestere di piccola capacità, meglio se più di uno di differente capacità, questo perché i grossi condensatori hanno una grande induttanza serie, quindi reagiscono lentamente alle richieste di corrente.
Questo vale sia per l'alimentazione che per il segnale.

12) Se possibile usate per l'alimentazione un trasformatore toroidale che ha dei flussi magnetici dispersi molto inferiori ed attenua di molto le correnti indotte negli altri componenti, abbattendo il ronzio.

13) Usate sempre dei filtri di rete o stabilizzatori per collegare il trasformatore di alimentazione alla presa di corrente, in questo modo limiterete l'ampiezza dei disturbi prodotti dagli altri apparati presenti nel vostro impianto domestico.

14) Cercate di limitare i picchi di assorbimento all'atto dell'inserzione del trasformatore per diminuire lo stress sui diodi raddrizzatori (qualora siano semiconduttori).
Un buon espediente è utilizzare una resistenza di adeguato valore disinserita da un relè una volta che i condensatori siano carichi.

15) Usate per i collegamenti sempre dei fili monofilari (ovvero composti da un solo elemento conduttore e non da una moltitudine di fili) di sezione abbastanza grande da renderli rigidi e in questo modo potergli dare una forma, specie se si tratta di quelli che alimentano i filamenti in alternata che vanno twistati e in questo modo mantengono perfettamente la forma senza srotolarsi.
Vanno bene, ad esempio i fili impiegati nei cablaggi per telefonia.
Nei cablaggi di estrema qualità i fili vengono realizzati in argento monofilare che è il miglior conduttore elettrico o in rame OFC (oxygen-free-copper) per ridurre la resistenza al minimo.

16) Nelle valvole con catodo a riscaldamento indiretto tenete sempre conto della massima tensione applicabile fra filamento e catodo.
Se eccedete questa tensione ci potrebbero essere delle scariche fra filamento e catodo con l'esito finale di introdurre rumori intermittenti come scoppiettii e scariche.
Se la tensione fra catodo e filamento è troppo alta occorre spostare il potenziale del filamento per ridurre il gap con un apposito alimentatore.
Questo in genere succede sugli amplificatori in cui due valvole sono messe in serie, come nella configurazione "cascode" o sugli inseguitori catodici che lavorano su segnali molto alti.

17) Ricordatevi sempre di mettere sul circuito di alimentazione anodica, in parallelo ai condensatori, una resistenza di scarica per gli stessi calcolandola per avere una costante RC che imponga un tempo di scarica di qualche decina di secondi, quindi con la resistenza del valore maggiore possibile per evitare di dissipare troppo calore.

Bello e ben funzionante: e' possibile?

Guardando gli amplificatori in commercio vedo lo sforzo progettuale rivolto sopratutto a fare un oggetto bello, dei veri e propri complementi di arredamento.
Lucide valvole in bella vista che diffondono la loro luce rosso cupo su telai cromati e inserti in legno.
Molto diversi dagli amplificatori anni 60' che poco concedevano all'estetica.
Una volta l'amplificatore a valvole non era esibito come qualcosa di esotico, quindi le valvole, anche per motivi di sicurezza (evitare il contato con parti molto calde o l'accidentale rottura con esposizione degli elettrodi sotto tensione) venivano occultate dietro griglie protettive o telai metallici chiusi.
Quanto l'estetica possa condizionare le prestazioni è da valutare.
Con una attenta progettazione si può ottenere una buona estetica e una buona resa sonora.