Questo articolo sarebbe dovuto uscire parecchi anni fa. Per la precisione la storia comincia nel 2017, quando ero ancora agli inizi della mia attività e cercavo di far conoscere il lavoro di SB-LAB anche al di fuori della cerchia di persone che già mi seguivano. Avevo pensato di proporre un articolo a una di quelle riviste da edicola dedicate all’autocostruzione Hi-Fi. O, per dirla meno solennemente, a uno di quei “giornalini” in cui la tecnica dovrebbe essere la materia prima e non un fastidioso contorno.

L’argomento che volevo affrontare era il pilotaggio delle valvole in griglia positiva, quello che, in un amplificatore funzionante in classe A, viene indicato come classe A2. Non volevo mettermi a scrivere teorie al tavolino. Avevo costruito un amplificatore intero, con delle KT88 connesse a triodo e pilotate oltre lo zero volt di griglia, proprio per dimostrare che era possibile ottenere più potenza di quanta se ne ricavi normalmente fermandosi al funzionamento in A1. Il tutto mantenendo un circuito interamente valvolare, senza ricorrere per forza a transistor o MOSFET.

Il punto, naturalmente, non era buttare tensione su una griglia e sperare nel miracolo. Per lavorare in A2 serve un driver progettato come si deve, perché quando la griglia diventa positiva comincia ad assorbire corrente. Avevo curato proprio questo aspetto. Il risultato era un amplificatore che funzionava benissimo, con riscontri strumentali molto buoni e una resa all’ascolto che, per quanto mi riguarda, era davvero notevole.

Preparai quindi un articolo tecnico completo: curve caratteristiche, rette di carico, simulazioni, spiegazione del circuito, schema elettrico e misure. Lo mandai alla redazione, ma qualcosa non quadrava. Il redattore continuava a chiedermi modifiche e all’inizio non capivo dove fosse il problema. Alla fine diventò chiaro: tutta la parte di prove e dimostrazioni, quella per cui avevo lavorato, sembrava interessare assai poco. Quello che voleva veramente erano pagine di impressioni soggettive su come “suonava” secondo me.

Ora, non ho nulla contro chi racconta le proprie impressioni d’ascolto. Anch’io ascolto gli apparecchi che costruisco, ovviamente. Ma se sto spiegando un fenomeno elettrico non posso sostituire una curva anodica con un aggettivo. A quel punto, visto che evidentemente parlavamo due lingue diverse, mandai il personaggio a quel paese, lasciai perdere la pubblicazione e archiviai i file.

La parte più bella, si fa per dire, arrivò circa due mesi dopo. Sullo stesso giornalino comparve un articolo che parlava proprio del pilotaggio in A2, affidato a un altro autore. La coincidenza mi irritò al punto che acquistai perfino il numero digitale, soltanto per vedere che cosa fosse stato pubblicato. E fu un’esperienza istruttiva, ma non nel senso che avrei sperato.

L’autore aveva preso delle valvole delle quali non mi interessa citare la sigla, messo insieme un montaggio su un tavolaccio di truciolare con trasformatori di recupero adattati alla bene e meglio e, dopo pagine di considerazioni alquanto fantasiose, presentato uno schema di pilotaggio a MOSFET sul quale avevo anche rilevato degli errori. I risultati strumentali non lo soddisfacevano, all’ascolto diceva che suonava male e da questa singola esperienza era arrivato ad una conclusione universale: pilotare in A2 usando valvole sarebbe impossibile, e comunque il risultato sonoro non sarà mai buono in nessuna condizione.

Peccato per un dettaglio: il funzionamento con corrente di griglia era già documentato nei datasheet delle valvola da lui utilizzata, e tale valvola veniva pilotata in griglia positiva fin dagli anni 40, ben prima che i MOSFET esistessero. Sarebbe bastato studiare un po’ di documentazione storica per evitare una conclusione del genere. Un conto è dire “il mio circuito non ha funzionato come speravo”; un altro è proclamare “non si può fare”. La differenza, per chi si occupa di elettronica, dovrebbe essere piuttosto evidente.

È da episodi come questo che nascono tanti dogmi audiofili: qualcuno fa una prova alla cazzo di cane, ottiene un risultato scadente, stabilisce che la colpa è del principio tecnico anziché del proprio circuito e trasforma una prova mal riuscita in una legge che tutti dovrebbero rispettare. Poi la voce gira, viene ripetuta nei forum e finisce per sembrare una verità. A forza di inseguire queste verità rivelate, nell’Hi-Fi si smette di progettare e si comincia a recitare il catechismo.

Rimetto quindi in ordine il materiale di allora e lo pubblico qui, insieme alla presentazione del progetto Proxima. Non perché la A2 sia una magia da applicare a qualsiasi valvola o a qualsiasi amplificatore. Semplicemente perché si tratta di una tecnica reale, con vantaggi, limiti e problemi perfettamente spiegabili. E perché, prima di decidere che una cosa non funziona, sarebbe salutare provare a capire come funziona.

Perché un triodo eroga normalmente meno potenza di un pentodo?

Partiamo dalla base. Per capire che cosa consente di fare la griglia positiva bisogna osservare le curve caratteristiche di una valvola. Come esempio ho scelto una piccola EL95: non è la finale utilizzata da Proxima, ma è una valvola abbastanza comoda per rendere evidente il fenomeno con due grafici.

A sinistra abbiamo la EL95 nel suo normale funzionamento a pentodo; a destra la stessa valvola connessa a triodo, collegando la griglia schermo all’anodo. Le curve del pentodo sono quasi orizzontali: al variare della tensione anodica, a parità di tensione di griglia controllo, la corrente cambia relativamente poco. È il comportamento tipico di una valvola con resistenza interna elevata. Con la connessione a triodo le curve si inclinano maggiormente, perché la corrente anodica dipende molto di più dalla tensione di placca e la resistenza interna risultante diminuisce.

La connessione a triodo può essere molto interessante per la resistenza interna più bassa e per la possibilità di ottenere un buon comportamento con una quantità moderata di controreazione. Però, a parità delle altre condizioni, limita spesso l’escursione di corrente utile quando non si vuole far diventare positiva la griglia controllo. Vediamo il perché con una retta di carico. Supponiamo di far lavorare la EL95 a pentodo con un carico primario di 7.000 ohm, una tensione anodica di circa 225 volt e una corrente di riposo poco superiore a 25 mA. Nel grafico seguente la retta rossa attraversa il punto di riposo, mentre i riferimenti verdi indicano l’escursione utile considerata nel calcolo. Con un trasformatore ideale si ricava una potenza teorica di circa 2,46 watt. Non è una misura al banco: è il risultato della costruzione grafica e delle ipotesi adottate.

Se manteniamo il carico e colleghiamo la stessa valvola a triodo, fermando l’escursione dove la griglia raggiunge lo zero, il tratto di retta utilizzabile si accorcia parecchio. La potenza teorica scende intorno a 1 watt. La parte della retta che rimane fuori, quella a bassa tensione anodica e alta corrente, è esattamente ciò che ci interessa recuperare.

Possiamo provare ad aumentare l’impedenza del carico e cambiare il punto di lavoro. Nell’esempio successivo la retta è da 10 k?, con un punto di riposo intorno a 300 volt e 20 mA: così si arriva nell’ordine di 1,5 watt. È un miglioramento, ma pagato con una diversa tensione di alimentazione e con un trasformatore più impegnativo. Non si può continuare ad aumentare impedenza e tensione all’infinito: esistono limiti di dissipazione, di isolamento e vincoli costruttivi molto concreti.

E allora? Se il limite è proprio il fatto che la griglia controllo non deve superare lo zero, invece di aggirare il problema cambiando continuamente carico possiamo domandarci che cosa succede superando lo zero volt di griglia. La risposta porta alla classe A2.

Classe A1 e classe A2: che cosa cambia davvero

La griglia controllo di una valvola viene normalmente mantenuta negativa rispetto al catodo. In queste condizioni respinge una parte degli elettroni emessi dal catodo e regola la corrente anodica senza assorbire, idealmente, una corrente significativa. Nel funzionamento A1 il segnale si muove entro questo campo di tensioni: la griglia può avvicinarsi allo zero, ma non viene portata in una regione di conduzione apprezzabile.

Quando la griglia diventa positiva rispetto al catodo, continua a modulare il flusso elettronico e permette alla valvola di raggiungere zone delle caratteristiche in cui la corrente anodica è maggiore. Però c’è un prezzo da pagare: una parte degli elettroni viene raccolta dalla griglia stessa. In altre parole la griglia, da ingresso sostanzialmente comandato in tensione, diventa un carico che assorbe corrente.

La cifra “2” in A2 non significa che la finale abbia smesso di lavorare in classe A: indica che, durante una parte dell’escursione, compare corrente di griglia. Lo stesso criterio distingue AB1 e AB2 nei circuiti in classe AB. La lettera descrive il regime di conduzione, il numero descrive il comportamento della griglia controllo.

Riprendiamo la EL95 a triodo, con il carico da 7 k, ma questa volta utilizziamo anche il tratto di curva oltre lo zero. Nella costruzione grafica la potenza teorica sale a circa 2,25 watt: più del doppio del caso A1 con lo stesso carico. Non vuol dire che il triodo si sia trasformato magicamente in un pentodo. Vuol dire che abbiamo recuperato una parte importante dell’escursione che prima lasciavamo inutilizzata.

Nel grafico sono tracciate anche le correnti di griglia. Ed è qui che cominciano le difficoltà vere, non certo insormontabili, ma da prendere sul serio. Finché la griglia resta negativa la corrente è trascurabile; appena supera lo zero cresce rapidamente e in maniera fortemente non lineare. Nell’esempio della EL95, verso il limite dell’escursione arriva nell’ordine di 40 mA. Un driver che sa soltanto fornire un segnale di tensione a vuoto, di fronte a un carico del genere, si siede.

Non è neppure un fenomeno nuovo. Le applicazioni storiche di valvole come le 211, le 811 e altre valvole nate per lavorare anche, o prevalentemente, con griglia positiva dimostrano che la corrente di griglia era un problema noto e affrontato molti decenni prima dell’elettronica a semiconduttori. Non tutte queste valvole hanno le stesse condizioni di lavoro, e naturalmente non si possono scambiare gli schemi a caso, ma il principio è documentato da lungo tempo.

Il vero problema dell’A2 è il driver, non la sigla della finale

Immaginiamo di usare un normale stadio a triodo con una resistenza anodica elevata, seguito dal solito condensatore di accoppiamento. Finché la griglia della finale non assorbe corrente può sembrare tutto regolare. Ma quando questa entra in conduzione, l’impedenza del pilota e la carica del condensatore possono provocare schiacciamenti del segnale, spostamenti momentanei della polarizzazione e distorsioni anche molto importanti. In certe condizioni compare il classico comportamento da blocking distortion.

La soluzione non è per definizione un MOSFET. Occorre uno stadio capace di fornire la corrente richiesta, con impedenza d’uscita sufficientemente bassa e un corretto comportamento dinamico. Questo si può fare con semiconduttori, con un trasformatore interstadio adatto oppure anche con valvole. Il punto è dimensionare bene il circuito, non scegliere una tecnologia per appartenenza ad una squadra.

Prima di costruire Proxima ho verificato in simulazione la condizione di pilotaggio di una 6550 connessa a triodo. Nel grafico seguente il segnale sulla griglia supera il potenziale del catodo durante una parte della semionda, mentre la corrente di griglia compare soltanto in quei momenti, con picchi vicini a 22 mA nelle condizioni simulate. È proprio questa richiesta impulsiva di corrente che il driver deve gestire senza deformare pesantemente la tensione applicata alla finale.

Attenzione anche a un’altra cosa: la tensione di griglia va sempre riferita al catodo della stessa valvola, non alla massa del circuito. In Proxima il catodo partecipa alla controreazione locale, per cui osservare soltanto la tensione di griglia rispetto a massa può portare a conclusioni sbagliate. La condizione che ci interessa è la differenza istantanea fra griglia e catodo.

Proxima: il single-ended nato da questa sperimentazione

Da quel lavoro è nato Proxima, un amplificatore stereo single-ended con finali connesse a triodo e pilotate in regime misto A1/A2. Non è un progetto costruito per sostenere una tesi a parole: è un apparecchio vero, che ho montato, messo a punto, misurato e ascoltato. Il circuito deriva in parte dall’esperienza fatta con Tulipa, ma l’architettura del driver è stata sviluppata per affrontare proprio la corrente di griglia delle finali.

Il progetto permette, con le necessarie verifiche e regolazioni, di sperimentare finali delle famiglie EL34, 6CA7, KT66, KT77, 6550 e KT88. È però importante chiarire subito un aspetto: il trasformatore di uscita e il punto di lavoro sono stati scelti soprattutto pensando alle EL34 e alle valvole di caratteristiche compatibili. Le KT88 possono funzionare in questo circuito, come dimostra il prototipo, ma non sono sfruttate fino alla massima potenza che potrebbero dare con un trasformatore e un’alimentazione progettati appositamente per loro. Le valvole non diventano tutte elettricamente uguali soltanto perché entrano nello stesso zoccolo.

Nell’esemplare mostrato nelle fotografie ho utilizzato due 5751 NOS nello stadio di ingresso, una 6H30Pi per il pilotaggio e due 6550 General Electric NOS come finali. Sul pannello superiore ci sono i due trimmer di bias, uno per canale, e due strumenti analogici in stile vintage per controllarne la regolazione. Oltre alla funzione pratica, direi che si sposano bene con l’estetica dell’apparecchio.

Attenzione al pin 1: KT88, 6550 ed EL34 non sono la stessa cosa

A proposito di zoccoli e presunte equivalenze, c’è un dettaglio che merita una parentesi. Su alcune KT88 e 6550 il pin 1 è collegato alla ghiera o a una schermatura metallica, mentre in altri esemplari è indicato come non connesso. Non è corretto dare per scontata una disposizione universale. Quando si lavora con valvole di produttori ed epoche diverse, si prende il datasheet della valvola effettivamente montata e, quando opportuno, si controlla anche la continuità con il tester.

Se il pin 1 è collegato a una schermatura accessibile, lasciarla flottante oppure portarla involontariamente a un potenziale diverso da quello previsto può creare problemi di ronzio, stabilità o sicurezza. Non bisogna quindi collegarlo alla cieca: bisogna sapere che cosa vi è collegato dentro la valvola e come è costruito il circuito.

Con la EL34 la questione è ancora più precisa: il pin 1 porta la griglia soppressore G3, che nel normale collegamento deve essere riferita al catodo, pin 8. Se si lascia G3 scollegata si altera il funzionamento del pentodo e si possono creare instabilità. Per le 6CA7, specie nelle versioni a fascio, e per altre finali apparentemente compatibili, bisogna invece consultare la piedinatura specifica del tipo utilizzato.

In breve: l’amplificatore è stato pensato per consentire alcune sperimentazioni con valvole diverse, ma compatibilità di zoccolo non significa automaticamente compatibilità di polarizzazione, dissipazione e collegamenti interni. Sembra una banalità. Poi capita di vedere certi schemi in giro e ci si accorge che tanto banale non è.

Trasformatori, alimentazione e componentistica

Il trasformatore di uscita montato sul primo esemplare era il mio SE2K-EL34/2, con primario da 2 kohm e secondario da 8ohm, insieme all’induttanza 15S59 e al trasformatore di alimentazione 17S4150. Chi volesse ricostruire Proxima deve comunque fare riferimento allo schema e alle specifiche della versione dei trasformatori effettivamente disponibile, senza dedurre le connessioni dal solo nome commerciale.

La sezione di alimentazione anodica usa una classica cella CLC. Per la capacità di livellamento avevo preferito più elettrolitici in parallelo, anche per motivi di ingombro. Collegare condensatori equivalenti in parallelo riduce la resistenza serie equivalente complessiva e ripartisce la corrente di ripple, a patto che componenti e cablaggio siano adatti. In parallelo avevo montato anche condensatori in polipropilene scelti dopo averne controllato le caratteristiche.

Non mi interessa sostenere che un condensatore debba costare una fortuna per suonare bene. Sul prototipo ho usato componenti nuovi e NOS, anche provenienti da surplus, selezionandoli dove necessario per caratteristiche elettriche e affidabilità. Nel percorso del segnale ci sono condensatori in polipropilene; tra il mu-follower e la 6H30 avevo utilizzato un Mundorf Supreme Classic da 220 nF con isolamento molto superiore al necessario. In altre posizioni, come C3 e C14, compaiono polipropilene NOS da 220 nF / 160 V.

Il criterio era semplice: misurare i componenti, conoscerne la funzione e scegliere ciò che serve. Se due condensatori si comportano correttamente nel circuito, il fatto che uno abbia un nome altisonante non lo rende automaticamente superiore. I bypass sui condensatori di alimentazione, per esempio, non sono un rito religioso: devono avere un senso elettrico ed essere verificati nell’insieme della rete di alimentazione, senza introdurre risonanze o altri inconvenienti.

I raddrizzatori sono normali ponti al silicio. Con il filtraggio originale, il ronzio residuo risultava appena percepibile soltanto avvicinando l’orecchio ai diffusori da circa 91 dB utilizzati nella prova. Con diffusori più efficienti o con condizioni di montaggio differenti può essere necessario rivedere filtraggio, masse e disposizione dei cablaggi. Non c’è nulla di strano: i dati misurati sul prototipo non sono un lasciapassare per qualsiasi montaggio.

Il montaggio di Proxima

Proxima è stato costruito volutamente senza lavorazioni impossibili da riprodurre in un laboratorio di autocostruzione. Il telaio è un quadro in legno di noce rifinito a gommalacca; il piano superiore e il coperchio sono ricavati da piastre di alluminio. Sotto al piano di montaggio c’è una lastra di bachelite da 3 mm, utilizzata come supporto per zoccoli, ancoraggi e altri componenti. Perfino la manopola del volume e i piedini sono stati realizzati con stampa 3D.

Non c’è nessun obbligo di costruire un amplificatore del genere su un telaio gioiello, ma neppure quello di buttare tutto su un pezzo di truciolare traballante. La disposizione fisica dei componenti, la sicurezza meccanica, i ritorni di massa e i collegamenti corti diventano particolarmente importanti quando si lavora con stadi ad alto guadagno e correnti di griglia impulsive.

Regolazioni e risultati strumentali

Sul prototipo con 6550/KT88 avevo previsto una corrente di riposo intorno a 120–130 mA per finale, corrispondente, alle tensioni anodiche effettive di quel circuito, a una dissipazione dell’ordine dei 33 W. Per altre famiglie, come EL34, 6CA7, KT66 o KT77, avevo previsto di scendere intorno a 100–110 mA, sempre dopo aver verificato tensioni e dissipazioni reali. Questi valori descrivono Proxima, non costituiscono un bias universale da applicare a valvole diverse in qualunque amplificatore.

Le prove originali hanno mostrato circa 6–7 W RMS per canale prima del clipping, con un valore di riferimento di circa 7 W nelle condizioni di prova. Una eventuale versione ottimizzata specificamente per KT88, con carico e punto di lavoro differenti, avrebbe potuto puntare a qualcosa in più, ma sarebbe un’altra progettazione: non ha senso spacciare una stima per una misura già eseguita.

Il fattore di smorzamento misurato era nell’ordine di 5–6, con un valore tipico di circa 5,5, variabile secondo le valvole utilizzate e la sensibilità del circuito. Non è un numero da esibire come trofeo, ma un risultato utile: consente un controllo dei diffusori ben diverso da quello che si otterrebbe lasciando un triodo single-ended completamente privo di controreazione e con una resistenza d’uscita troppo elevata.

Banda passante

La risposta in frequenza era particolarmente estesa. Nel materiale di misura originale il limite a –3 dB risulta intorno a 18–20 Hz in basso e circa 110 kHz in alto, con prove effettuate nell’ordine dei 6 W. Una lettura più restrittiva a –1 dB porta indicativamente a 30 Hz – 80 kHz.

Per me la banda passante di un trasformatore non è un numero da stampare su un depliant. Una risposta regolare e sufficientemente ampia permette anche di mantenere contenute le rotazioni di fase nella banda audio e di progettare con maggiore libertà gli anelli di controreazione. Nel grafico originale la rotazione di fase raggiungeva circa 20 gradi intorno ai 60 kHz: è il tipo di dato che preferisco leggere, invece delle solite descrizioni mistiche della “gamma alta”.

Risposta alle onde quadre

Le onde quadre sono utili per osservare il comportamento dinamico dell’insieme amplificatore-trasformatore, soprattutto agli estremi della banda. Qui sotto sono riportate le acquisizioni originali a 100 Hz, 1 kHz e 10 kHz. A 100 Hz si vede l’inclinazione della parte superiore, coerente con il comportamento alle basse frequenze di un trasformatore di uscita reale; salendo in frequenza si può osservare la tenuta dei fronti e l’assenza di fenomeni vistosi di oscillazione nelle condizioni della prova.

Onda quadra a 100 Hz

Onda quadra a 1 kHz

Onda quadra a 10 kHz

Distorsione e spettro armonico

A 1 W di uscita, le acquisizioni riportavano una distorsione armonica totale nell’ordine dello 0,2%, sia con segnale a 1 kHz sia a 10 kHz (rispettivamente circa 0,20% e 0,21% nei dati annotati). I grafici seguenti permettono di vedere lo spettro, non soltanto il numerino finale.

Spettro armonico a 1 kHz

Spettro armonico a 10 kHz

Naturalmente nessuna di queste misure, presa da sola, può raccontare tutto il comportamento di un amplificatore. Ma insieme dicono molto più di una lunga sfilza di oggettivi. Soprattutto consentono a chi legge di capire quali scelte progettuali siano state fatte e quali risultati abbiano prodotto. Se una prova dà un risultato brutto, si cerca la causa; non si corre a decretare l’impossibilità della classe A2.

E all’ascolto, come va?

Visto che una volta mi si chiedeva soprattutto di parlare di come suonava, due parole le spendo volentieri. Proxima ha una gamma bassa ferma e veloce, con una buona articolazione, e una gamma media e alta aperta, pulita, molto leggibile anche nei dettagli piccoli delle registrazioni. Il quadro stereofonico è ampio e ben organizzato. Con registrazioni fatte bene sa essere davvero coinvolgente; con quelle brutte, invece, non si mette a nascondere tutto sotto una coperta calda. Ed è esattamente ciò che mi aspetto da un amplificatore Hi-Fi, non da un apparecchio costruito per correggere i dischi a gusto mio.

Il prototipo è poi finito nelle mani di un caro amico, Cr, che aveva avuto modo di ascoltarlo già durante le prove. Il suo commento mi ha fatto particolarmente piacere perché, al di là delle impressioni soggettive, confermava il carattere dell’apparecchio che avevo cercato di ottenere.

“Proxima, che esperienza!!! […] Questo ampli è molto rivelatore, porta all’attenzione quei particolari della registrazione che solitamente solo stando attento riesci a percepire. […] Non mi dilungo ulteriormente, dico solo: Proxima è una delle tue migliori creazioni.”

Cr.

Le impressioni di ascolto sono una parte piacevole di questo hobby e del mio lavoro, ma devono restare quello che sono: impressioni. Possono aiutare a descrivere un’esperienza, non dimostrano una legge di elettronica. Per dimostrare che una griglia positiva può essere pilotata con una valvola servono uno schema che abbia senso, un circuito che funzioni e delle misure coerenti. Proxima, fortunatamente, ha tutte e tre le cose.

Conclusione: meno dogmi e più elettronica

Proxima non è il tentativo di convincere tutti a costruire esclusivamente amplificatori in A2. Un buon A1 resta un buon A1, e ci sono moltissimi casi in cui la complicazione del pilotaggio in griglia positiva non serve. La tecnica va scelta perché risolve un problema, non perché è diventata la nuova parola da mettere sul frontale dell’apparecchio.

Quello che mi premeva dimostrare già nel 2017 è che la griglia positiva non è un tabù e che un driver valvolare ben progettato è perfettamente in grado di affrontare la corrente di griglia. Non bisogna crederci sulla parola: ci sono curve, schema, dati di misura e un amplificatore reale. Ci sono anche limiti e compromessi, come in ogni progetto serio.

Dopo tanti anni, il sassolino dalla scarpa posso finalmente togliermelo. Una prova mal riuscita non diventa una verità soltanto perché qualcuno la pubblica su carta, e un’opinione espressa con molta sicurezza resta un’opinione. I dogmi audiofili si combattono soprattutto così: aprendo i datasheet, accendendo gli strumenti e facendo funzionare i circuiti. Il resto, al massimo, serve a riempire le pagine di un giornalino.