Il Triodino 2 “Rework” – v2.1 – Perchè non dovete costruire l’originale…

Considerazioni importanti sulla valvola 5998A e altre valvole regolatrici

La valvola 5998A è progettata principalmente per fungere da valvola di uscita a inseguitore catodico in applicazioni come regolatore di tensione in serie. La sua caratteristica più significativa è il suo valore eccezionalmente basso di resistenza interna (Ri), nominalmente di 350 ohm, che consente alla valvola di fornire fino a 250 mA con una caduta di tensione anodo-catodo inferiore a 50V. È importante sottolineare che queste specifiche di funzionamento si applicano a ciascuna metà della valvola. La valvola 5998A non è stata originariamente progettata per essere utilizzata in applicazioni audio. Come già detto in origine, è stata creata per essere impiegata come regolatore di tensione in alimentatori stabilizzati. Quando utilizzata in applicazioni audio, la valvola può presentare problemi che non erano rilevanti nel suo utilizzo originale.

Una delle principali sfide nell’utilizzo della valvola 5998A in applicazioni audio riguarda l’instabilità del bias. Nel corso del tempo (minuti, ore), il bias può variare significativamente, causando problemi di polarizzazione, linearità e sovraccarico delle alimentazioni, soprattutto se i circuiti di bias non vengono implementati correttamente. Gli audiofili che desiderano utilizzare questa valvola per scopi audio devono prestare particolare attenzione a questi aspetti e adottare misure appropriate per affrontarli.

La sua costruzione presenta una forma particolare per garantire che i fili della griglia rimangano sufficientemente raffreddati per prevenire l’emissione di elettroni, anche verso la fine della vita della valvola, quando materiale attivo dalla superficie del catodo potrebbe essersi depositato sulla griglia. La valvola 5998A ha una struttura che comprende un catodo piatto, una griglia di controllo avvolta tra aste scanalate e un’anodo diviso in due sezioni a forma di “U” piatte, una su ciascun lato del catodo.

Gli elettrodi al suo interno sono vicinissimi e proprio per questa estrema vicinanza essa è soggetta a derive importanti del bias dovuta alla deformazioni meccaniche degli stessi elettrodi quando questi variano di temperatura, sempre a causa della vicinanza tra gli elettrodi bisogna stare molto attenti a non oltrepassare le tensioni massime ammesse per non rischiare che avvengano scariche interne, che potrebbero anche distruggere la valvola o guastare l’amplificatore su cui sono montate.

Pertanto, sebbene la valvola 5998A possa essere utilizzata in applicazioni audio, gli audiofili devono essere consapevoli delle sue peculiarità e delle sfide associate al suo utilizzo, ossia la corretta implementazione del bias.

È importante sottolineare che le considerazioni e gli avvertimenti riguardanti l’instabilità delle caratteristiche si applicano a tutte le valvole regolatrici, comprese le 6AS7, le 6080, le 6336 e le 6C33. Queste valvole condividono la tendenza a presentare una forte instabilità delle caratteristiche di placca durante il riscaldamento e di avere derive molto grandi e che si compiono in lunghi tempi di riscaldamento. Questa instabilità non era un problema nel loro utilizzo originale, queste valvole operavano all’interno di circuiti con una retroazione molto forte che compensava efficacemente le derive. Tuttavia, quando vengono utilizzate in applicazioni audio questa instabilità può diventare un problema significativo. È importante comprendere le peculiarità di queste valvole e adottare le misure appropriate per garantire un funzionamento stabile e affidabile nel contesto audio.

Analisi dei difetti nel progetto Triodino 2

Nel mondo dell’autocostruzione audio a valvole, mi ritrovo ancora una volta a evidenziare inconvenienti. Non posso fare a meno di notare che ci sono numerosi schemi e progetti che circolano da oltre 25 anni, pieni di errori, senza che nessuno si sia mai accorto o abbia avuto la volontà di correggerli. Sembrerebbe che l’unico criterio di giudizio sia che l’apparato “suoni”, senza prestare attenzione a una progettazione accurata come la ritengo necessaria. Questo articolo nasce dalla richiesta di “P.C.” di un set di trasformatori per realizzare un progetto trovato su una vecchia rivista, chiamato Triodino 2 con la valvola 5998A. Di seguito, allego lo schema che mi è stato inviato:

Ormai ho imparato a non fidarmi ciecamente degli schemi provenienti da internet, riviste e libri scritti da vari “guru”. Appena ho dato un’occhiata a quei 350 volt, mi è subito venuto il sospetto. Ho consultato il datasheet della valvola 5998A e ho scoperto che è essenzialmente una versione leggermente potenziata della 6AS7 o 6080, differendo solo per la massima dissipazione di potenza, che è di 15 watt per la placca rispetto ai 13 watt della 6AS7 e della 6080 e ha un mu superiore. Per il resto, le tre valvole sono praticamente identiche.

Facendo alcuni calcoli semplici, ho notato che la resistenza di catodo indicata è di 1k e viene specificato un voltaggio di 53 volt. Applicando la legge di Ohm (I = V/R), la corrente che scorre attraverso la resistenza di catodo è di 53 mA. Se sulla placca sono presenti 350 volt, sottraendo i 53 volt che cadono sulla resistenza, sulla valvola rimangono 350 – 53 = 297 volt. Pertanto, la potenza dissipata è di 297 * 0,053 = 15,74 watt, già leggermente oltre il limite massimo di dissipazione consentito per la 5998A. Il secondo problema sono quei 297 volt che cadono sulla 5998A…

Ora, diamo un’occhiata ad un estratto del datasheet della 5998A…

Il sottotitolo della sezione recita “Valori ASSOLUTI” e poco più avanti si legge “Tensione di placca continua = 275V”, che indica la massima tensione fissa che la valvola può tollerare in modo sicuro. Tuttavia, in questo progetto, si applicano 297V, superando il valore massimo specificato. È importante sottolineare che è sottointeso e buona pratica far funzionare una valvola SOTTO i suoi valori massimi. Nel caso di valvole regolatrici di tensione come questa, è particolarmente importante rispettare i valori massimi di tensione di placca, poiché la loro costruzione interna prevede distanze ridotte tra i vari elettrodi (catodo, griglia, placca come si vede nella foto poco sopra) per ottenere resistenze interne molto basse. Di conseguenza, l’isolamento tra questi elementi si riduce drasticamente. Inoltre, è necessario considerare le dilatazioni termiche dei metalli. Superare questi limiti significa mettere a rischio la valvola con il pericolo di scariche interne. Le voci di coloro che affermano di averlo fatto senza problemi sono irrilevanti. I datasheet sono considerati come una guida affidabile, chi nel passato ha progettato la valvola sapeva quello che faceva più di quelli che fanno chiacchere da bar.

Inoltre, ho effettuato una simulazione del circuito in questione per verificare i dubbi riguardo all’impedenza corretta del trasformatore (2500 ohm). Lo screenshot che segue mostra chiaramente la presenza di distorsione armonica, senza necessità di analisi spettrale. È evidente anche una forte compressione nella semionda di salita, causata dalla bassa resistenza di ancoraggio della griglia finale (100k, troppo bassa), che sovraccarica il triodo pilota dell’ECC81.

Nel contesto di questo progetto, i famosi “8 Watt Sopraffini” si sono distinti, ma in realtà, non sono nemmeno 7 watt RMS pieni prima che si verifichi il clipping. Questa valutazione è basata su simulazioni, ma nella realtà potrebbero essere raggiunti solamente 3 o 4 watt effettivi RMS. Ho sollevato questi dubbi a “P.C.” (forse sono stato il primo ad avere il coraggio di farlo in 25 anni? O forse semplicemente sono l’unico a essermene accorto?), e mi ha confessato che anche lui aveva qualche sospetto in merito, ma non osava dire nulla poiché è solo un appassionato. Tuttavia, mi ha informato dell’esistenza di uno schema modificato, sempre pubblicato dagli stessi autori, che rappresenta un ritorno sui loro passi. Di seguito, puoi trovare lo schema modificato:

Probabilmente dopo un fuoco d’artificio, in questa variante, hanno cercato di correggere gli errori presenti nello schema precedente, abbassando la tensione che arriva alla valvola a 257 volt, finalmente rientrando nei limiti consentiti, con una dissipazione di 11 watt (un valore conservativo anche per una 6AS7/6080). Tuttavia, un errore persiste ancora nello schema: viene indicato di utilizzare la valvola raddrizzatrice 5U4 o, in alternativa, la GZ34. Tuttavia, queste due valvole raddrizzatrici presentano cadute di tensione diverse a causa delle loro diverse resistenze interne e limiti di corrente. Di fatto, se con una 5U4 si avrebbero 300 volt sulla placca della 5998, con una GZ34 si avrebbero 340 volt… e questa non è una differenza irrilevante! Una differenza irrilevante sarebbe stata se avessero indicato di sostituire la 5U4 con una 5X4 (sento già le voci di certi personaggi che iniziano a fare osservazioni sul fatto che la 5X4 era utilizzata nelle TV e nelle radio, non essendo considerata una valvola “audio” e così via… Ma la 5U4 e la 5X4 sono ESATTAMENTE la stessa valvola con connessioni sui pin dello zoccolo differenti. Punto, basta e finita la questione! Ne ho sentite abbastanza di queste inutili polemiche).

Tuttavia, l’uso della GZ34 richiede un trasformatore con una tensione più bassa o, almeno, un qualche accorgimento come una resistenza in serie alla valvola per smaltire l’eccesso di 40 volt. Ma niente, ancora una volta, si lasciano le cose al caso. Poi sui forum si legge di persone che parlano del diverso suono delle valvole raddrizzatrici, ma con schemi del genere, la differenza di suono deriva semplicemente dal fatto che cambia la tensione del circuito. Con 40 volt in più, sfido a dire che non ci sarà una distorsione minore e un po’ più di potenza, ma si spinge nuovamente la finale oltre le sue possibilità…

Continuando con le modifiche apportate al secondo schema del Triodino 2, è evidente che anche il trasformatore è stato modificato con un’impedenza di 3200 ohm, più adatta alla valvola utilizzata. Inoltre, è stata mantenuta una presa a 2500 ohm per coloro che desiderano ottenere una maggiore distorsione. È importante notare che l’aumento dell’impedenza riduce la distorsione ma comporta anche una diminuzione della potenza erogata, secondo quanto dichiarato dagli autori, che cala a 3,5 watt effettivi. A fini di completezza di questo articolo, desidero anche menzionare il progetto Lilliput, che è molto simile a quelli appena descritti. Di seguito, riporto velocemente lo schema del progetto Lilliput:

Nel progetto Lilliput, la tensione di placca della valvola 6080 è notevolmente ridotta, il che la fa funzionare in modo estremamente conservativo. La potenza resa supera di poco i 2 watt su un trasformatore con un’impedenza di 1400 ohm. Il tasso di distorsione riscontrato non differisce da quello mostrato nello screenshot di LTspice che ho condiviso in precedenza. Durante la nostra conversazione con “P.C.”, è emerso che era interessato anche alla possibilità di utilizzare entrambe le sezioni della valvola in parallelo per ottenere una maggiore potenza. Mi ha condiviso questa immagine JPEG, ottenuta attraverso una faticosa ricerca su Google, che mostra un grande sforzo progettuale:

In realtà, trasformare il Triodino 2 in una versione PSE richiede solo pochi accorgimenti per far lavorare al meglio i due triodi parallelati. E no, non si tratta semplicemente di mettere due resistenze di catodo con due condensatori separati per ogni triodo. Lo dico per smentire coloro che, passando su questa pagina e vedendo lo schema premium non leggibile, potrebbero pensare: “Chissà cosa nascondi, si capisce…”. Non è come pensi! Siccome alcune persone considerano le soluzioni banali, nonostante nessuno sia mai arrivato a scoprirle in trent’anni, ritengo giusto tenerle per me. Chiunque sia interessato può acquistare lo schema e i trasformatori.

La seconda cosa è che se un triodo funziona bene su un’impedenza di 3200 ohm, quando si mettono in parallelo due triodi, l’impedenza deve essere ridotta a 1600 ohm. La corrente raddoppia e l’impedenza si dimezza. Ovviamente, il trasformatore d’uscita deve essere calcolato per lavorare con quella corrente continua specifica e con una valvola che ha una resistenza interna dimezzata. Non come coloro che prendono un trasformatore X pensato per mezza 6080, poi parallellano la 6080, raddoppiano la corrente nel trasformatore e pensano che vada bene. In realtà, il trasformatore si satura e i bassi non escono come dovrebbero. Inoltre, bisogna considerare che l’assenza di feedback negativo può causare fastidi.

Ho ritoccato i valori di taglio della cella formata dal condensatore di disaccoppiamento e la resistenza di ancoraggio della finali per spingere meglio in basso il circuito, ho aggiunto qualche accorgimento sull’ingresso e sui catodi di entrambe le valvole. Il circuito usa una ECC81 come pilota della 5998A e il guadagno complessivo è tale per cui bastano 1,7Vpp in ingresso per portare la finale alla saturazione, essendo quindi bello sensibile come circuito e avendo sulla carta uno smorzamento di solo 2,9 (nella realtà sarà inferiore, stimo non superiore a 2) ho pensato bene di aggiungere una rete di controreazione disattivabile con un’interruttore. Ad anello aperto è praticamente il circuito originale solo PSE con poche marginali migliorie mentre con la controreazione attiva la sensibilità del circuito cala a 3Vpp per avere il pieno clipping della finali, lo smorzamento aumenta considerevolmente ad un tasso che nel reale dovrebbe quanto meno raggiungere un fattore di 5. La potenza raggiungibile in questa configurazione nella simulazione raggiunge i 9,2 watt prima del clipping nel mondo reale potrebbero essere 7 massimo 8Watt RMS prima del clipping, questa volta veri e non numeri gettati a caso come fanno praticamente tutti tranne me.

Ho ricalcolato il trasformatore di alimentazione e lo stadio con la raddrizzatrice e la cella CLC, ci sono stato dentro con una 5U4GB o una 5X4G. La GZ34 non è contemplata. Per me le cose devono essere precise.

Ecco lo schema premium

Ecco qui, dopo circa 2 anni, le prime foto del montaggio di Cesare

Problemi a non finire !

Ammetto di non sapere tutto; per imparare certe cose, è necessario sperimentarle. Il cliente che doveva realizzare questo progetto continuava a riscontrare problemi di funzionamento. Nonostante l’amplificatore “suonasse bene” (secondo lui), essendo un lettore del mio sito, si sentiva spinto a misurare e verificare diverse cose. Alcune di queste misurazioni non tornavano e mi rivolgeva domande. Alla fine, i problemi rimanenti, con il senno di poi, sembrano banali (anche se, come vedremo, non sono trascurabili), ma risolverli non è stato un compito semplice.

E ancora una volta, mi viene in mente quanta gente, nel corso di 25/30 anni, abbia assemblato questo progetto senza mai accorgersi di nulla. In pratica, il costruttore medio si limita ad accendere l’apparecchio e a essere soddisfatto finché non prende fuoco o non emette rumori strani. Non si preoccupa di indagare, misurare o verificare se l’apparecchio funziona davvero al meglio delle sue possibilità. Tutto ciò è triste.

Il cliente lamentava diversi problemi con il suo montaggio, tra cui la presenza di distorsione alle basse frequenze proveniente dal trasformatore d’uscita. Inoltre, la tensione sulla resistenza di catodo delle 5998A non era quella corretta e vi erano significative differenze nelle tensioni di bias tra i triodi delle due sezioni. Queste differenze variavano considerevolmente nel corso del tempo, dopo 30 minuti, un’ora o due ore, con variazioni enormi che non potevano essere ignorate per la salute dei trasformatori d’uscita, della valvola raddrizzatrice e delle stesse 5998A. È importante sottolineare che, sulla carta, il bias avrebbe dovuto essere di circa 50mA per ogni triodo, ma in realtà poteva variare fino a 200mA per triodo. Era una situazione ingestibile, così come il calore generato dalle resistenze di bias. Inevitabilmente, il trasformatore d’uscita presentava problemi di saturazione a causa della corrente che superava di gran lunga i 110mA per cui era stato progettato, arrivando quasi a 300mA in certi momenti.

Ho dovuto intervenire in aiuto a “P.C.”. Nonostante abbia provato diverse coppie di valvole, NOS a pure costose, vendute come “match”, la situazione non migliorava. La polarizzazione in self bias non era praticabile, così come quella a bias fisso, poiché in entrambi i casi si sarebbe dovuto regolare il bias ogni 5 minuti, il che era inaccettabile. L’unica soluzione era adottare un circuito di servobias, che consiste in un circuito attivo che utilizza un opamp configurato come comparatore. Questo circuito rileva la tensione su una piccola resistenza in serie al catodo di ogni triodo e si occupa di regolare la tensione negativa di griglia, garantendo che il bias di ciascuno dei 4 triodi sia sempre mantenuto allo stesso valore desiderato.

Sorgeva però un altro problema: se avessi voluto polarizzare le 5998A a bias fisso, avrei dovuto eliminare la resistenza sotto al catodo, dove cadevano circa 100 volt. Ciò avrebbe comportato una differenza di potenziale troppo elevata tra il catodo e l’anodo della 5998A. Era assurdo dover scartare il trasformatore di alimentazione solo perché forniva troppa tensione. Ho quindi pensato di adottare un’alternativa: un’ alimentazione a ingresso induttivo con una cella LCLC (questo farà sicuramente sbavare alcuni audiofili). L’ingresso induttivo avrebbe permesso di non moltiplicare per 1,41 la tensione raddrizzata, consentendo di ottenere una tensione anodica filtrata più bassa senza dover sostituire il trasformatore di alimentazione. Tutto ciò di cui avevo bisogno era mettere a punto un’induttanza apposita per questo scopo. È importante notare che le induttanze per l’ingresso induttivo devono essere costruite in modo diverso rispetto a quelle tradizionali di livellamento, per evitare vibrazioni e rumori nell’alimentazione. Nella foto sottostante stavo sperimentando l’induttanza di ingresso induttivo e sono riuscito ad ottenere un ottimo risultato al secondo tentativo.

Quindi, dopo aver implementato il servobias e creato un’induttanza di ingresso, i problemi di questo circuito iniziarono a diminuire gradualmente. Tuttavia, l’ultima sfida che mi si presentò fu un’auto-oscillazione RF intorno ai 3 MHz generata dalle finali. Inizialmente, pensai che potesse essere dovuta a un’instabilità nel circuito di controreazione, nonostante fosse presente solo in minima parte. Tuttavia, anche dopo aver scollegato completamente l’ECC81 dallo zoccolo, l’oscillazione persisteva. In pratica, le 5998A oscillavano spontaneamente da sole! Richiamando alla memoria esperienze passate, sapevo che il collegamento in parallelo delle valvole spesso portava a problemi di stabilità. Ricordai di aver visto negli schemi di alcuni alimentatori Geloso o HP (non ricordo di preciso), che utilizzavano le 6AS7 o le 6080, dove non collegavano direttamente i due anodi, ma inserivano due resistenze in serie da 10/15 ohm, come mostrato qui di seguito:

Fatto sta che messe 2 resistenze da 10ohm tra i 2 anodi e il primario del trasformatore d’uscita l’oscillazione si è immediatamente arrestata!

A circuito finalmente stabile ho provveduto a cambiare le resistenze di ancoraggio delle griglie delle finali dal valore del progetto originale (troppo piccole che sovraccaricavano il driver) con altre da 390k riuscendo finalmente anche a pilotare decentemente queste benedette 5998A.

Tutti i problemi che sono sorti sono dovuti al desiderio di apportare il minor numero di modifiche possibile al progetto originale, ma alla fine è rimasto ben poco di esso, se non l’idea di base e il set di valvole. Inoltre, la povera ECC81 riesce a pilotare la 5998A, ma fatica a farlo con una 6AS7 se sostituita nello zoccolo. Le 6AS7/6080 offrono un guadagno inferiore e la ECC81 raggiunge i suoi limiti, non riuscendo a fornire una maggiore potenza. Forse con un solo triodo, o con due triodi in parallelo, potrebbe essere diverso, ma non ne sono sicuro. In ogni caso, ci sono persone che lodano il Triodino 2, ma hanno valvole che driftano nel bias e trasformatori che si saturano di corrente continua. Alcuni hanno apportato modifiche per ottenere una configurazione PSE, e inconsapevolmente fanno ascoltare Rebecca Pidgeon agli abitanti dello Zimbabwe, dove ancora si utilizzano ricevitori a onde tropicali in modulazione di ampiezza. Poi ci sono coloro che leggono e si infuriano perché secondo loro il suono è buono (ma non hanno mai verificato se funziona perfettamente, perché potrebbe suonare ancora meglio). Ci saranno quelli che hanno avuto la fortuna di trovare valvole eccezionalmente ben fatte e non hanno avuto problemi, ma arriverà il giorno in cui dovranno sostituirle. Altri diranno che le valvole devono essere selezionate e quelle di qualità inferiore scartate, ma vorrei dire che questa è la natura di queste valvole e non possiamo scartare la maggior parte di esse considerandole difettose, tenendo solo quelle che miracolosamente funzionano come desideriamo. Non sono le valvole ad essere difettose, sono gli schemi a cui vengono applicate. Se queste valvole hanno una tale natura, è necessario implementare un circuito che ne tenga conto anziché gettarle via come se fossero difettose!

Nel video qui di seguito, mostro il funzionamento del servobias. Utilizzando un tester, misuro la tensione negativa di griglia dei quattro triodi. In quel momento, tutti e quattro i triodi erano perfettamente regolati a 55mA ciascuno, ma la tensione negativa alle quattro griglie non è uniforme, come si può vedere. Se fossimo stati lì ad osservare nel corso delle ore, avremmo notato che la tensione negativa fornita dal servobias alle valvole variava continuamente, mentre la corrente sotto i catodi rimaneva costante. Questa è la differenza tra utilizzare un servobias e un bias fisso tradizionale: con il servobias, puoi goderti la musica senza dover continuamente regolare un trimmer.

Ad ulteriore prova della problematicità di questo tipo di valvole potete leggere questo articolo dove un cliente ha voluto costruire un single ended con la 6C33 con bias fisso tradizionale (trimmer e strumentino a lancetta) non seguendo i miei consigli in merito e dopo pochi mesi mi ha chiesto come implementare un servobias perchè non ne poteva più di essere sempre li a ritoccare il trimmer per rimettere al suo posto il bias delle 6c33.

Mentre questo amplificatore da cuffie OTL con le 6080 con bias self è andato bene per un certo periodo poi a un bel giorno si brucia la resistenza di catodo di una delle 2 e scoppia il condensatore che c’era in parallelo, ma la valvola testata successivamente risultava ancora perfettamente funzionante.

Tra le cose che ho fatto ho aiutato anche “P.C.” ad avere un cabinet più bello, il primo che aveva fatto 2 anni fà era ormai stato demolito…

Puoi vedere altre decorazioni (e tante altre immagini che ho creato) accedendo alla mia galleria su deviantart…

Peccato solo quella vena nel legno 👿 

Ora un pò di misure; la potenza prima del clipping è circa 7,7watt, il fattore di smorzamento pari a un fattore 5.0. La banda passate 10Hz -0,4dB / 22khz -1dB.

E pensate che, nonostante il trasformatore d’uscita abbia solo circa 10Henry di induttanza primaria, si raggiunge ancora una risposta in frequenza di -0,4 dB a 10 Hz. In realtà, come ho spiegato in un altro articolo, l’induttanza primaria è correlata alla resistenza interna della valvola. È importante sottolineare questo punto perché ci sono persone che continuano a diffondere l’idea che i trasformatori debbano avere induttanze primarie astronomiche per funzionare correttamente, ma in realtà stanno fornendo informazioni errate che confondono le persone… Oltre a commercializzare trasformatori che spesso non corrispondono all’induttanza dichiarata, oppure hanno effettivamente tale induttanza ma saturano quando vengono attraversati dalla corrente continua delle valvole.

L’unica piccola pecca del mio trasformatore d’uscita sembra essere una microscopica risonaza che si vede anche a 4,185khz, veramente insignificante e da non escludere siano sempre le 5998 a farlo e non il trasformatore.

Vediamo la risposta sul carico reattivo…

THD a 1watt circa 1%

Le quadre a 100Hz – 1khz – 10khz

Nota finale: Desidero sottolineare che non intendo essere costantemente critico nei confronti dei progetti altrui. Tuttavia, quando mi viene richiesto di fornire trasformatori per il montaggio di progetti non miei, non posso evitare di far notare eventuali errori presenti (se ce ne sono) e suggerire soluzioni e miglioramenti. Questo perché, in casi come questi, gli errori negli schemi possono causare malfunzionamenti che il cliente potrebbe erroneamente attribuire tali problemi alla qualità dei miei trasformatori. La mia intenzione non è essere antipatico, ma piuttosto offrire un supporto completo affinché il progetto funzioni al meglio delle sue potenzialità.

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Una risposta a Il Triodino 2 “Rework” – v2.1 – Perchè non dovete costruire l’originale…

  • La genesi di questo amplificatore è stata meticolosamente descritta da Stefano ed è nata dal momento in cui mi sono rivolto a lui con la richiesta di avere il set dei trasformatori di uscita ed alimentazione per la sua costruzione. Fin da subito mi ha messo in guardia sui difetti presenti nello schema originale dimostrandosi molto preparato in materia fornendomi oltre hai trasformatori lo schema da lui adeguato per pilotare le 5998 o 6AS7 con i triodi in parallelo. Come ha evidenziato dopo la prima costruzione dell’amplificatore qualcosa ancora non tornava e l’ipotesi inziale pareva essere che il trasformatore di uscita andasse in saturazione per eccesso di corrente anodica rispetto a quella stimata e di conseguenza bisognava sistemarlo .Non essendo un tecnico esperto ho quindi spedito l’ampli a Stefano che grazie alla sua competenza e passione è riuscito a sistemarlo come ha descritto . Due mesetti fa sono stato da lui a ritirare l’ampli dove ho avuto modo di ascoltarlo. Indubbiamente questo nuovo amplificatore suona decisamente molto bene . Grazie Stefano. Paolo

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Rigenerare condensatori elettrolitici

Ciao a tutti! Oggi voglio condividere con voi un’esperienza recente che mi ha portato a riprendere in mano un progetto che avevo realizzato ben 10 anni fa, quando ero ancora un semplice hobbysta. Recentemente, sono stato contattato da un grossista di materiale elettronico che aveva la necessità di rigenerare un lotto abbastanza consistente di condensatori elettrolitici Nichicon che aveva in magazzino.

Questi condensatori dovevano essere rigenerati prima di poter essere venduti, e il lotto contava ben 500 pezzi. I condensatori da rigenerare erano di grandi dimensioni, con una capacità di 3900uF e una tensione nominale di 500 volt. Pertanto, il mio vecchio rigeneratore aveva bisogno di alcune modifiche per gestire queste specifiche. Mi diverte ripescare questo vecchio progetto dal mio archivio e dare una rinfrescata all’articolo che avevo pubblicato sul mio sito così tanti anni fa.

Ricordo ancora l’emozione che provai nel vedere il mio rigeneratore funzionare perfettamente quando l’avevo creato per la prima volta. Ma ora, con questa nuova sfida di rigenerare un così grande numero di condensatori, sapevo che era il momento di migliorare e ottimizzare il mio dispositivo. Ho reso il sistema più efficiente e preciso, introducendo controlli aggiuntivi durante il processo di rigenerazione.

Cosa significa rigenerare un condensatore ?

La rigenerazione dei condensatori elettrolitici è una pratica volta a ripristinare le condizioni di normale funzionamento dei condensatori elettrolitici che sono stati inattivi per un lungo periodo. Quando i condensatori nuovi o funzionanti rimangono inattivi troppo tempo, possono entrare in uno stato di “sonno” in cui avviene una separazione chimica degli elementi dell’elettrolita. Prima di utilizzare tali condensatori, è necessario “risvegliarli” attraverso un processo di rigenerazione o reforming, durante il quale si applica gradualmente una tensione al condensatore limitando la corrente di carica. Questo permette agli elementi chimici di riattivarsi o riformarsi, da qui il termine “reforming”.

Il reforming dei condensatori implica un’applicazione controllata di tensione con una limitazione della corrente per un periodo di tempo indeterminato fino a che il condensatore non ha raggiunto la sua tensione nominale con una corrente di perdita prossima a zero. Questo processo permette agli elementi chimici all’interno del condensatore di riformarsi in modo corretto. È importante notare che durante il reforming, la corrente di carica deve essere appunto limitata per evitare scariche interne o cortocircuiti che potrebbero danneggiare il condensatore.

Attraverso il reforming, si mira a ripristinare la capacità nominale, la bassa resistenza interna e le prestazioni originali del condensatore. Tuttavia, è fondamentale ricordare che il reforming è efficace solo per i condensatori che hanno subito una semplice perdita di funzionalità a causa dell’inattività prolungata. Condensatori danneggiati in modo significativo o che hanno raggiunto la fine della loro vita utile non possono essere recuperati tramite il reforming e richiedono la sostituzione con nuovi componenti.

Il rigeneratore

La rigenerazione dei condensatori elettrolitici può essere affrontata attraverso diversi approcci, tra cui l’utilizzo di un variac o di una resistenza in serie per caricare gradualmente il condensatore. Tuttavia, questi metodi presentano alcune limitazioni e rischi, come il tempo variabile necessario per la rigenerazione, il monitoraggio inadeguato della corrente di carica e il potenziale rischio di danneggiare il condensatore.

Per superare tali problematiche, è possibile adottare un circuito dotato di una propria intelligenza per la rigenerazione dei condensatori. Questo circuito applica al condensatore dei treni di impulsi rapidi, ma non distruttivi, monitorando costantemente la corrente di carica assorbita dal condensatore. Ogni volta che la corrente supera un valore impostato, ad esempio 10mA, il circuito effettua delle pause tra un treno di impulsi e il successivo, dando al condensatore il tempo necessario per riformare i suoi elementi interni.

Questo processo di carica a treni di impulsi continua fino a quando il condensatore raggiunge la tensione nominale desiderata, con un assorbimento di corrente pari a zero. A questo punto, il condensatore viene fatto scaricare attraverso una coppia di lampadine. Prima della modifica giugno 2023, si utilizzava semplicemente una resistenza per la scarica dei condensatori, ma quando si trattava di condensatori di grandi dimensioni come questi che devo rigenerare ora, il problema dello smaltimento del calore diventava complicato. Pertanto, una soluzione banale ma efficace consiste nell’utilizzare due lampadine da 3 candele 230 volt (tipo quelle che sono dentro ai frigo) collegate in serie.

Questo metodo di rigenerazione consente di ridurre al minimo il tempo di rigenerazione e si adatta automaticamente alle esigenze specifiche di ciascun condensatore. In pratica, è come se il condensatore stesso comunicasse al circuito del rigeneratore i suoi tempi di rigenerazione. Sebbene il processo possa sembrare simile al caricamento del condensatore a corrente costante, le prove effettuate precedentemente al 2013 dimostrano che la rigenerazione con treni di impulsi risulta altrettanto efficace, ma molto più rapida rispetto al metodo a corrente costante. Pertanto, l’utilizzo di treni di impulsi per la rigenerazione dei condensatori offre un approccio più efficiente e controllato rispetto ai metodi tradizionali. Si tratta di un approccio innovativo che combina la rapidità di rigenerazione con la sicurezza e l’efficacia nella gestione della corrente di carica. Questo permette di ottenere una rigenerazione ottimale dei condensatori elettrolitici, risparmiando tempo e minimizzando il rischio di danni.

Uno strumento indispensabile per chi ripara radio e amplificatori valvolari d’epoca

Questo strumento si rivela indispensabile per coloro che si dedicano alla riparazione e al restauro di radio e amplificatori valvolari d’epoca. Quando ci si propone di riportare in funzione un apparecchio che è rimasto inattivo per decenni, spesso è necessario procedere alla rigenerazione dei vecchi condensatori elettrolitici, qualora siano ancora utilizzabili. Grazie a questo strumento, ho avuto la possibilità di ripristinare il funzionamento di condensatori datati anche agli anni ’40, garantendo così un corretto funzionamento degli apparecchi. Nel caso degli amplificatori audio, la conservazione, ove possibile, dei vecchi condensatori elettrolitici potrebbe essere essenziale per preservare il suono originale dell’amplificatore, evitando di compromettere la sua qualità sonora con sostituzioni superficiali.

La costruzione

Mi sono quindi dedicato a eseguire alcuni esperimenti sulla breadboard utilizzando un microcontrollore Picaxe 18M2 come unità di elaborazione del circuito.

Ho sviluppato uno stadio analogico utilizzando un trasformatore flyback come parte centrale del circuito. Per il trasformatore, ho utilizzato un piccolo trasformatore d’uscita recuperato da una radiolina a valvole demolita, invertendo la sua polarità. Il FET di potenza viene collegato al secondario per l’ingresso, mentre l’alta tensione viene prelevata dal primario. Il microcontrollore Picaxe 18M2 si occupa di generare treni di impulsi in PWM per controllare il FET e di misurare la tensione ai capi del condensatore durante la carica, oltre alla corrente assorbita.

In pratica, il flyback è in grado di generare oltre 700 volt CC a vuoto, con una corrente di corto circuito di 30mA. Tuttavia, l’MCU limita la tensione massima raggiunta dal condensatore durante la carica e, soprattutto, limita la corrente media assorbita a 10mA. L’ampiezza e la corrente degli impulsi rimangono costanti, ma varia la durata dei treni di impulsi e la pausa tra un treno e l’altro. Questo metodo, apparentemente aggressivo, sembra funzionare molto bene. Sono riuscito a rigenerare diversi condensatori scelti a caso dalla scatola dei “cadaveri”, incluso un paio di quelli che non erano ripresi con il vecchio rigeneratore a corrente costante, e in tempi abbastanza brevi.

Vediamo un pò la costruzione dell’apparecchio: Ho preso un trasformatore a caso nel mucchio della roba di recupero…

Durante il funzionamento il trasformatore che ho utilizzato emetteva rumore. Per risolvere il problema, ho preso la decisione di immergerlo nella cera per renderlo più silenzioso. Dopotutto, il povero trasformatore non era stato progettato per gestire 15 watt di onde quadre modulate, con correnti che raggiungevano quasi 1A sul secondario. È stato un modo divertente per affrontare il problema e ottenere un funzionamento più tranquillo.

Sono rimasto sorpreso di quanto fosse efficace l’immersione nella cera per ridurre drasticamente il rumore emesso dal circuito. Il risultato è stato così soddisfacente che il rumore è praticamente scomparso. Ho voluto condividere con te una foto del circuito assemblato su una breadboard a 1000 fori, prima che fosse alloggiato in un involucro definitivo. Come puoi vedere, i LED sono collegati in modo provvisorio per scopi di testing.

Ecco lo schema (clicca per ingrandire):

Clicca qui per scaricare lo schema in formato PDF: rigeneratore.pdf

Riporto qui sotto il sorgente del firmware in basic (si è vero non mi piace il Basic e oggi preferisco arduino e il linguaggio C)

; Sorgente del rigeneratore di condensatori, versione 1.1v, www.sb-lab.eu, questo programma e' sottoposto a licenza GPL v.2

#no_data
#picaxe 18m2

setfreq m16 ; frequenza della CPU a 16mhz

symbol pwmdri = B.3
symbol caricaled = C.3
symbol volt_pin = B.2
symbol tensione = b0
symbol preset = b1
symbol speed = b2
symbol corrente = b3
symbol ritardo = b4
symbol volano = b5
symbol noblinc = b6
symbol nvolte = b7
symbol pin150 = pinB.4
symbol pin200 = pinB.5
symbol pin250 = pinB.6
symbol pin300 = pinB.7
symbol pin350 = pinC.6
symbol pin400 = pinC.7
symbol pin450 = pinC.0
symbol pin500 = pinC.1
symbol rl = C.2
symbol pulsante = pinC.5
symbol amp_pin = B.1
symbol low_led = B.0

; routines per la taratura della parte analogica (pin500 e pin450 collegati al +5v)
if pin500 = 1 and pin450 = 1 then
	goto tara
endif

; stato di riposo, attende che venga premuto il tasto start/stop
main:
setint off ; disattiva l'interrupt
gosub scarica
gosub hv_off
low caricaled
let nvolte = 0
wait 3
do
if pulsante = 1 then
	exit
endif
loop

; Legge quale tensione e' stata selezionata, va alla subroutines di preset, poi avvia il loop rigenera
seleziona:
wait 3

setint %00100000,%00100000 ; setta l'interrupt che permette di fare lo stop immediato del processo di rigenerazione in qualsiasi momento venga premuto il tasto start/stop

do
if pin150 = 1 then
	gosub v150
elseif pin200 = 1 then
	gosub v200
elseif pin250 = 1 then
	gosub v250
elseif pin300 = 1 then
	gosub v300
elseif pin350 = 1 then
	gosub v350
elseif pin400 = 1 then
	gosub v400
elseif pin450 = 1 then
	gosub v450
elseif pin500 = 1 then
	gosub v500
else
	gosub v100
endif
gosub rigenera
loop

; inizia il loop di rigenerazione del condensatore
rigenera:
let noblinc = 0 ; serve a evitare il blinc del led giallo (basso assorbimento) nei primi istanti di carica
let volano = 150 ; serve a dare una prima botta di carica che dura tot millisecondi (tanti quanti il valore specificato)
		 ; prima del primo campionamento degli adc, per evitare che il processo si fermi con un'errore di condensatore non connesso

do
let corrente = 0 ; azzera i registri corrente e tensione
let tensione = 0
low low_led ; spegne l'indicazione di basso assorbimento
high caricaled ; accende il led che indica l'inizio della carica del condensatore da rigenerare
gosub hv_on ; attiva l'alta tensione
pause volano ; fa una pausa, con l'alta tensione attiva, prima di campionare tensione e corrente, il valore viene cambiato con quello del preset alla fine del primo loop

readadc amp_pin, corrente ; campiona i valori analogici di corrente e tensione con l'adc a 8 bit
readadc volt_pin,tensione

if corrente > 100 then ; se la corrente supera il valore impostato spegne il generatore di alta tensione
	gosub hv_off
	pause 5
elseif corrente < 50 then ; se la corrente e' al di sotto del valore impostato entra nello stato di errore condensatore non connesso
	gosub hv_off
	low caricaled
	gosub scarica
	do
		high low_led
		wait 1
		low low_led
		wait 1
	loop
elseif corrente < 95 and noblinc > 5 then ; se la corrente e' al di sotto del valore impostato accende il led giallo che segnala il basso assorbimento, ma solo dopo 5 cicli del loop
	high low_led
elseif tensione > preset and corrente > 50 then ; se il valore di tensione misurato e' superiore al preset e la corrente assorbita non e' al di sotto del valore specificato termina il ciclo con la scarica del condensatore
	gosub hv_off
	wait 5
	low caricaled
	gosub scarica
	return
endif

let noblinc = noblinc +1 ; incrementa il registro antiblincamento
let volano = ritardo ; al termine del primo loop imposta il valore del registro volano dal valore lungo necessario al primo campionamento a quello corto impostato nel preset
loop

; preset per le varie tensioni

v100:
let preset = 66
let speed = 2
let ritardo = 5
return

v150:
let preset = 100
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v200:
let preset = 135
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v250:
let preset = 165
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v300:
let preset = 195
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v350:
let preset = 218
let speed = 1
let ritardo = 5
return

v400:
let preset = 237
let speed = 1
let ritardo = 5
return

v450:
let preset = 246
let speed = 1
let ritardo = 5
return

v500:
let preset = 254
let speed = 1
let ritardo = 5
return

; routines di scarica del condensatore
scarica:
low low_led
; attivo il rele' che scarica il condensatore sulla lampadina
high rl
; controllo la tensione fino a che si approssima a zero quindi disattivo il rele'
do
  wait 2
  readadc volt_pin,tensione
loop while tensione != 0
low rl
if nvolte = 1 then ; se sono stati fatti 2 cicli di scarica si ferma e da segnale di completo
	do
	high caricaled
	pause 250
	low caricaled
	pause 250
	loop
endif
let nvolte = nvolte + 1
return

; routines di taratura del trimmer di misura della tensione
tara:
setint %00100000,%00100000
do
gosub v500
gosub hv_on
pause 100
readadc volt_pin,tensione

if tensione > preset then
	gosub hv_off
	pause 5
endif
loop

; attiva il segnale pwm per la generazione dell'alta tensione con frequenze e dutycicle diversi in base al valore impostato nel preset.
hv_on:
if speed = 0 then
	pwmout pwmdri,66,187 ; 15khz 70%
elseif speed = 1 then
	pwmout pwmdiv4, pwmdri, 249, 800 ; 1khz 80%
elseif speed = 2 then
	pwmout pwmdiv16, B.3, 124, 250 ; 500hz 50%
endif
return

; routines di spegnimento dell'alta tensione
hv_off:
pwmout pwmdri,off
return

; routines dell'interrupt per lo stop rapido del ciclo di carica (resetta il chip).
interrupt:
reset

NOTA IMPORTANTE sul trasformatore: È fondamentale considerare che non tutti i trasformatori sono adatti per questo circuito specifico. Per effettuare il test del trasformatore e calibrare il trimmer che limita la tensione a 500 volt, ho inserito una procedura nel microcontrollore che funziona nel seguente modo: prima di accendere il circuito, è necessario scollegare il commutatore rotativo che seleziona le diverse tensioni e collegare i due pin corrispondenti ai passi 450V e 500V del commutatore a +5V. Successivamente, si alimenta il circuito. Durante la fase di avvio, se il microcontrollore rileva che questi due pin sono in alto, attiva il generatore di alta tensione alla massima potenza, senza limitazione di corrente.

All’uscita del trasformatore, invece di collegare un condensatore, è necessario collegare una resistenza di carico ESATTAMENTE da 50k, in grado di dissipare almeno 5 watt per una decina di secondi senza surriscaldarsi. Utilizzando questa configurazione, regolate il trimmer fino a misurare con un tester una tensione di 500 volt ai capi della resistenza. Se la tensione risulta significativamente più bassa e non riuscite ad aumentarla, provate a invertire i capi del secondario o del primario del trasformatore. Poiché la forma d’onda dell’onda quadra è asimmetrica, la rettificazione di una fase rispetto all’altra può causare differenze significative. Se nonostante queste modifiche non si riesce ad ottenere la tensione desiderata, significa che il trasformatore non è adatto per il circuito in questione.

Nel programma del microcontrollore, ho incluso diversi preset che corrispondono alle varie tensioni da generare, e ogni preset ha una frequenza di pilotaggio specifica. Questa scelta deriva da alcune considerazioni fatte durante lo sviluppo del circuito.

Il trasformatore di riferimento che ho utilizzato mostrava una maggiore efficienza nel trasferimento di potenza (tensione e corrente) a frequenze più basse (1 kHz). Tuttavia, a questa frequenza, il trasformatore produceva un rumore più intenso e c’era un surriscaldamento maggiore del FET di potenza. D’altro canto, a frequenze più elevate (15 kHz), la vibrazione meccanica del trasformatore era ridotta e la dissipazione di calore nel FET era minore, ma la tensione erogata non riusciva a superare i 320 volt.

Per superare questa limitazione, ho deciso di implementare diversi preset nel programma del microcontrollore. Ogni preset configura i parametri in base alla tensione desiderata. Ad esempio, per le tensioni comprese tra 150 e 300 volt, il circuito opera a 15 kHz con un duty cycle del 70%. Per le tensioni tra 350 e 500 volt, il circuito opera a 1 kHz con un duty cycle dell’80%. Infine, per la tensione di 100 volt, il circuito opera a 500 Hz con un duty cycle del 50%.

Va fatto un’appunto sul preset dei 100 volt: poiché il microcontrollore opera in modo sequenziale, generando un certo numero di impulsi al condensatore prima di misurare tensione e corrente, si è verificato che, con condensatori di capacità più piccola, il microcontrollore non riuscisse a fermare l’alta tensione in tempo. Di conseguenza, al momento del campionamento, la tensione risultava quasi sempre sopra i 160 volt. Per risolvere questo problema, ho inserito un preset che erogasse una potenza ridotta su ogni singolo impulso, in modo che, con passi di carica più piccoli, il microcontrollore avesse il tempo necessario per fermarsi prima di superare i 100 volt.

Anche se la prima taratura viene effettuata su una resistenza, è possibile apportare ulteriori regolazioni al trimmer in seguito. È possibile fare dei piccoli ritocchi al trimmer (tenendo presente che con 500 volt in uscita dal circuito ad alta tensione, si dovrebbero ottenere 5 volt in uscita dal trimmer, non di più, perché l’ADC non può leggere tensioni superiori e perché interverrebbe lo zener di protezione da 5,6 volt che protegge il chip). Questi ritocchi possono essere fatti utilizzando condensatori di prova (che siano in buone condizioni e non necessitino di rigenerazione) collegati al circuito.

Inoltre, è possibile regolare il valore del registro “preset” per modificare la tensione a cui il microcontrollore avvia la sequenza di scarica. Ho impostato tutte le tensioni in modo che superino di 5 o 10 volt il valore massimo desiderato, al fine di garantire una migliore rigenerazione del condensatore.

Potrebbe essere anche necessario modificare le frequenze e i duty cycle impostati nella routine “hv_on:” se si cambia il trasformatore. È necessario effettuare delle prove per determinare i valori ottimali. È importante assicurarsi che il circuito sia in grado di fornire la tensione desiderata con una corrente di 10mA, aumentando gradualmente il valore delle resistenze.

Nel caso in cui il microcontrollore si fermasse dopo il primo impulso di carica, indicato dal lampeggio del led che segnala la mancata connessione del condensatore, è possibile regolare il registro “ritardo” nei preset. Questo registro indica il ritardo, a partire dall’accensione di HV, prima che venga effettuato il campionamento della tensione e della corrente di carica. Se il ritardo è troppo breve rispetto alla risposta in frequenza del generatore di alta tensione e dei filtri passa-basso presenti all’uscita dei partitori, il campionamento potrebbe avvenire prima che sia stata formata una tensione misurabile sul partitore di corrente (costituito da una resistenza da 220 ohm collegata tra massa e il terminale negativo del condensatore). Ciò potrebbe portare il programma a ritenere che non sia presente alcun condensatore, saltando alla routine di gestione degli errori.

Qualche trucco

Durante i miei anni di utilizzo di questo rigeneratore, ho imparato qualche piccolo trucco che potrebbe esservi utile. Se state rigenerando un vecchio condensatore, come quelli presenti in amplificatori vintage o radio d’epoca, e notate che la tensione smette di salire e si stabilizza ad un certo valore, e magari dopo qualche minuto il condensatore si riscalda leggermente, vi consiglio di interrompere il processo di rigenerazione premendo il pulsante start/stop. Lasciate trascorrere alcune ore e, nel ciclo successivo, è molto probabile che la rigenerazione del condensatore possa completarsi con successo. Se la rigenerazione si blocca sempre alla stessa tensione, allora significa che il condensatore è da considerare non più utilizzabile.

Al termine del processo di rigenerazione, è sempre consigliabile misurare la capacità e la resistenza equivalente in serie (ESR) del condensatore rigenerato per verificarne i parametri. Per essere sicuri dell’affidabilità del condensatore, vi consiglio di effettuare un ulteriore ciclo di rigenerazione dopo 24 ore. Se il condensatore è in buone condizioni, si caricherà rapidamente e senza sforzo, come un condensatore nuovo. Tuttavia, se notate che la carica è nuovamente lenta (visto raramente), come nel primo ciclo di rigenerazione, allora il condensatore non è affidabile e va scartato. Naturalmente, se notate perdite di liquido attuali o passate, è necessario scartare il condensatore.

Modifica effettuata nel 2023 per gestire condensatori molto grossi

Per risolvere il problema dello spazio all’interno della scatola metallica, ho optato per un’alternativa creativa e veloce. Ho praticato due fori sulla parte superiore della scatola metallica del rigeneratore e ho fissato due vecchi porta lampada recuperati sopra di essi. Le lampadine utilizzate hanno una potenza nominale di circa 3 candele, corrispondenti a circa 3 watt. Sebbene questa soluzione possa sembrare buffa e simile a qualcosa che si potrebbe trovare in un cartone animato di Topolino, mi ha consentito di ottenere un dispositivo utilizzabile senza dovermi impegnare troppo.

Nel video qui sotto è possibile osservare il rigeneratore mentre raggiunge la fase finale del ciclo di rigenerazione di un condensatore di grandi dimensioni da 3900uF a 500 volt. Una volta completata la rigenerazione, il condensatore viene scaricato sulle lampadine, causandone l’accensione. Non fate caso al voltmetro che ogni tanto si azzera, dovrei sostituirlo…

Il rigeneratore, nella versione firmware 1.1, esegue due cicli di rigenerazione completi prima di interrompersi, segnalando la fine del processo con un lapeggio rapido del led rosso. È fondamentale prestare attenzione durante il processo di rigenerazione, poiché ai capi del condensatore e sugli stessi terminali del rigeneratore sono presenti tensioni continue potenzialmente pericolose.

Nel caso di condensatori ad alta capacità, come quello mostrato nel video, (ma anche in caso di condensatori più piccoli) è presente una considerevole quantità di energia accumulata che potrebbe risultare letale per persone e animali, o causare esplosioni in caso di cortocircuiti accidentali. E che la corrente continua è molto più pericolosa di quella alternata.

Pertanto, è fondamentale dotare l’apparecchio di un voltmetro per monitorare costantemente la tensione ai capi del condensatore e assicurarsi di fissare il condensatore in modo sicuro, impedendo qualsiasi movimento, rotolamento o caduta accidentale.

Prima di toccare il condensatore in fase di rigenerazione, è fondamentale assicurarsi che il rigeneratore non sia in fase di carica e che la scarica sia terminata, verificando che la tensione sia prossima allo zero o effettivamente pari a zero. Nel caso di dubbi o incertezze sullo stato di carica del condensatore, è consigliabile utilizzare un tester esterno e scaricare eventuali cariche residue con uno scaricatore di condensatori come descritto nell’articolo relativo. È importante sottolineare che se si decide di costruire questo dispositivo, ci si assume ogni responsabilità, pertanto si consiglia di leggere attentamente l’articolo sull’esenzione di responsabilità prima di procedere.

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2 risposte a Rigenerare condensatori elettrolitici

  • Dipende, sulle radio d’epoca a volte non è meccanicamente comodo sostituire un vitone con un condensatore moderno, potresti non aver spazio, oppure ti tocca stare a svuotare il vecchio condensatore per metterci dentro quello nuovo, se la rigenerazione avviene con successo io non ho mai visto che poi il condensatore avesse problemi. Invece per quello che riguarda gli amplificatore audio sia hifi che quelli da chitarra elettrica, se non troppo vecchi, i condensatori si rigenerano sempre bene e misurati sul ponte mostrano anche buone caratteristiche spesso migliori di quelle di condensatori nuovi (farò un’articolo a riguardo), e la loro sostituzione a “ufo” a volte ammazza il suono dell’apparecchio. Mentre se si tratta come in questo aggiornamento di lotti di componenti di ottima fattura fermi da ua decina di anni la rigenerazione è sicuramente la strada migliore a livello economico e anche per diminuire la quantità di rifiuti che produciamo.

  • Buona idea anche se, personalmente, non lascio montati i vecchi elettrolitici. Meglio sostituire e non pensarci più. Quando passano 80 o 90 anni, ogni accensione potrebbe mandarli in corto e allora, meglio sostituire. Mia opinione ed operazione che faccio a tutte le mie vecchie radio.

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I Trasformatori Audio HiFi e la Banda Passante: Cosa Dovresti Sapere

La banda passante di un amplificatore rappresenta lo spettro di frequenze, che va dalla più bassa alla più alta, che l’amplificatore è in grado di riprodurre senza distorsioni significative, mantenendo una tolleranza di 1dB. Sono numerosi i fattori che possono influenzare la banda passante di un amplificatore. Tuttavia, per essere considerato un amplificatore HiFi di qualità, è fondamentale che la sua banda passante sia compresa tra 20Hz e 20kHz senza distorsioni o attenuazioni rilevanti. Il problema risiede nel fatto che molti erroneamente credono che sia sufficiente che il trasformatore sia in grado di raggiungere i 20kHz per evitare distorsioni. Questo è un ragionamento profondamente sbagliato. Purtroppo, i trasformatori audio introducono distorsioni, rotazioni di fase e attenuazioni ben prima del loro limite di banda teorico. Pertanto, è necessario che la banda passante del trasformatore si estenda molto al di là della gamma udibile, in modo che non si verifichino distorsioni indesiderate all’interno della gamma udibile stessa.

Bufale del WEB

Alcune persone sostengono che la banda passante di un amplificatore non debba essere eccessivamente ampia. Tuttavia, affermare che una banda passante elevata sia una caratteristica “limitante” è un’asserzione aberrante, soprattutto quando si considerano le rotazioni di fase (di cui parlerò in seguito).  Può essere valido limitare intenzionalmente la banda passante NEL CIRCUITO, ma non nel trasformatore. Questa limitazione può essere motivata principalmente da considerazioni sulle emissioni RF che potrebbero danneggiare alcuni tipi di tweeter o disturbare apparecchiature esterne. Tuttavia, tale limitazione deve essere implementata con criterio. Inoltre, il circuito deve essere progettato in modo da evitare la presenza di disturbi ultrasonici o frequenze radio, ma non necessariamente con un taglio brutale a 20kHz.

A sostegno di quanto sto affermando, riporto di seguito l’esempio di un trasformatore d’uscita della Tamura, uno dei produttori di trasformatori più rinomati al mondo. Questo esempio dimostra che ciò che sto dicendo non è frutto di chiacchiere senza fondamento. È importante evidenziare che anche un’azienda di tale prestigio, come la Tamura, riconosce l’importanza di una banda passante estesa per i trasformatori audio. Questo conferma la validità delle mie argomentazioni e sottolinea che la banda passante adeguata va ben oltre i 20kHz.

Clicca per ingrandire

demo tamura

I trasformatori di questa famiglia sono venduti a diverse migliaia di euro la coppia. Dalla tabella e dal grafico forniti, si può osservare che presentano una banda passante media di 10Hz a -1dB fino a 100kHz. Questi trasformatori audio sono riconosciuti a livello mondiale come i migliori nel loro campo. È sorprendente sentire alcune persone affermare che trasformatori con tali caratteristiche possano danneggiare i woofer e tweeter, dimostrando solo una mancanza di comprensione su questo argomento da parte di tali individui.

La maggior parte delle persone si informa tramite forum online, dove la conoscenza di alcuni si mescola con l’ignoranza totale di molti altri. Si possono leggere leggende e teorie infondate, come quelle che suggeriscono di intervallare primario e secondario dei trasformatori 20/30volte, o che si necessita di almeno 100 henry di induttanza primaria per ottenere buoni risultati. Alcuni sostengono che se le induttanze dei trasformatori sui due canali non sono perfettamente uguali, il risultato sonoro sarà completamente diverso, e che è essenziale abbinare i trasformatori a coppie…

Purtroppo, questo universo di informazioni è spesso un mix confuso di nozioni prive di senso, in cui perle preziose si confondono con assoluti non sense. Inoltre, spesso viene completamente ignorato l’aspetto più importante: la banda passante. Alcuni produttori, per vendere prodotti di qualità mediocre, arrivano addirittura a sostenere che la banda passante non sia importante o addirittura mentono sulle reali caratteristiche dei loro trasformatori. Quante volte avete visto bande passanti dichiarate senza specificare l’attenuazione? Quante volte avete visto riportate le condizioni del test? Personalmente, dichiaro sempre le condizioni di test in modo trasparente e onesto.

Sono entusiasta di condividere la mia esperienza nella costruzione dei trasformatori audio. Come artigiano appassionato, ho dedicato molti sforzi nel perfezionare la progettazione e la realizzazione di questi componenti cruciali. Nel corso del tempo, sono riuscito a raggiungere risultati che possono competere in alcuni casi con i trasformatori prodotti da rinomati marchi come Tamura.

È importante sottolineare che non intendo sminuire l’importanza dei prodotti di marchi storici come Tamura, che vantano una reputazione consolidata nel settore. Al contrario, ammiro il loro lavoro e la loro dedizione alla qualità. Tuttavia, grazie alla mia dedizione e alla ricerca costante di soluzioni ottimali, sono riuscito a realizzare trasformatori con una banda passante equiparabile o in alcuni casi superiore a quelli di alcuni modelli Tamura. È stato un percorso appassionante, nel quale ho dedicato tempo e attenzione ai dettagli per soddisfare le esigenze degli appassionati di audio. Ho sempre mirato ad ottenere alti standard di qualità, cercando di superare le aspettative e offrire un’esperienza sonora eccezionale.

Mi rendo conto che le mie affermazioni potrebbero sembrare audaci o arroganti, ma desidero sottolineare che condivido queste informazioni con umiltà e realismo. Non ho l’intenzione di sovravvalutare i miei prodotti o sminuire il lavoro di altri produttori. La mia intenzione è semplicemente condividere la mia passione e i risultati che ho ottenuto con impegno e dedizione. Sono grato per l’opportunità di contribuire al mondo dell’audio e spero che la mia esperienza possa essere di ispirazione per altri appassionati che desiderano esplorare il campo dei trasformatori audio. Continuerò a perseguire la qualità e l’innovazione, sapendo che ogni passo avanti è il frutto di un costante impegno e dedizione.

Un pò di chiarezza sull’intervallamento

Un aspetto importante da considerare nella progettazione dei trasformatori audio è la tecnica del sezionamento. Per ‘sezionamento’ si intende l’intervallazione di più sezioni del primario e del secondario all’interno del trasformatore. Questa tecnica mira a migliorare l’accoppiamento tra i due avvolgimenti, il che a sua volta influisce sullo smorzamento dell’altoparlante e sull’interazione con la valvola oltre al miglior passaggio delle alte frequenze (fino a un certo punto).

È importante notare che intervallare eccessivamente i trasformatori può portare a effetti indesiderati. Aumentando il numero di intervallazioni, si aumenta anche la superficie delle armature del condensatore parassita che si forma tra i due avvolgimenti. Questo, a sua volta, incrementa la capacità parassita, influenzando la banda passante nella gamma delle frequenze alte. Pertanto, l’eccessivo sezionamento può comportare una riduzione delle frequenze acute.

Il numero di sezioni necessarie dipenderà dalle specifiche del trasformatore, come il rapporto di trasformazione, il numero di spire e la potenza. Non ha senso stabilire un valore arbitrario di sezioni come 10, 15 o 20. È importante valutare l’effetto delle capacità parassite sulla banda passante. È fondamentale trovare un equilibrio tra l’accoppiamento desiderato e la conservazione della risposta in frequenza. Se un prototipo iniziale mostra una banda passante esageratamente estesa, potrebbe essere opportuno realizzare un nuovo campione con ulteriori sezionamenti per migliorare l’accoppiamenti tra gli avvolgimento. In caso contrario, se il trasformatore fosse troppo limitato in alto sarà necessario ridurre il numero di sezioni o adottare altre tecniche per ridurre la capacità parassita. È importante sottolineare che le affermazioni di persone che sostengono di aver costruito trasformatori con un numero eccessivo di sezioni andrebbero prese con una certa cautela. Una configurazione con un’eccessiva quantità di sezioni potrebbe risultare in una riproduzione limitata delle frequenze al di sopra di pochi kHz. Pertanto, è fondamentale trovare un giusto equilibrio nel numero di sezioni, evitando sia il sovra-intervallamento che l’eccessiva riduzione delle frequenze alte. La costruzione dei trasformatori richiede precisione e attenzione alla giusta misura.

In generale, un trasformatore single-ended può funzionare efficacemente con circa 5 o 6 sezioni, mentre in un trasformatore push-pull potrebbe essere necessario un numero leggermente superiore, intorno a 10 o 12 sezioni. È importante sottolineare che i trasformatori con un numero eccessivo di sezionamenti rispetto a quanto indicato sopra sono quasi certamente di scarsa qualità. Questi trasformatori rappresentano solo una perdita di tempo per chi li avvolge e spesso vengono presentati con numeri esagerati a scopo di marketing. È quindi fondamentale evitare di cadere in queste pratiche ingannevoli e concentrarsi sulla realizzazione di trasformatori che siano realmente efficaci e performanti.

Desidero condividere con voi lo schema costruttivo di un amplificatore Conrad Johnson MV50. Tuttavia, per proteggere il mio lavoro e non rendere accessibili i dettagli sensibili come il numero delle spire e le sezioni dei fili, ho censurato tali informazioni. Ho dedicato una giornata intera alla realizzazione di questo schema, derivato dalla sbobinatura di un trasformatore danneggiato. Ovviamente è mia intenzione preservare la riservatezza delle mie creazioni e non divulgare gli schemi dei miei trasformatori. Tuttavia, spero che questo schema vi dia un’idea del concetto. Si tratta del trasformatore di un amplificatore commerciale Conrad Johnson MV50, noto per la sua qualità e apprezzato da molti, nonostante abbia solo 5 sezioni come potete vedere.

La storia dell’individuo che ha realizzato un trasformatore con 35 sezioni è senza dubbio una leggenda. Se tale persona esistesse davvero, significherebbe che ha costruito un trasformatore che a malapena riesce a riprodurre frequenze oltre un paio di kHz. Tuttavia, come si suol dire, “ogni scaraffone è bello a mamma sua”, e questa persona affermerà tranquillamente che il suo trasformatore suona divinamente, (magari utilizzandolo per un subwoofer???). Tuttavia, ciò non significa che si debbano realizzare trasformatori con un numero eccessivo di sezioni. È importante trovare il giusto equilibrio e realizzare trasformatori con il numero adeguato di sezionamenti, affinché abbiano le caratteristiche desiderate e offrano prestazioni ottimali.

Un pò di chiarezza sull’induttanza primaria

L’induttanza primaria di un trasformatore audio deve essere adeguata alle specifiche del trasformatore stesso e della valvola con cui sarà utilizzato. Dipende dal numero di spire del primario e dalla sezione del nucleo. Se un trasformatore, chiamiamolo “X”, è in grado di riprodurre agevolmente frequenze di 10 Hz con un’induttanza primaria di 20 Henry, non ha senso richiedere un’induttanza primaria maggiore. Aumentare il numero di spire senza una ragione valida servirà solo a diminuire la banda passante alta del trasformatore e a favorire fenomeni di saturazione del nucleo. Quindi, se leggete su un forum che qualcuno ha realizzato un trasformatore con un certo valore di induttanza primaria (ammesso che quel trasformatore funzioni bene), tale valore ha senso solo per quel trasformatore specifico, con quella determinata impedenza primaria e quella specifica potenza e per quella valvola. Non è possibile richiedere un trasformatore con una certa impedenza e una certa induttanza a proprio piacimento, perché non funziona in questo modo. In conclusione, l’induttanza primaria di un trasformatore audio deve essere quella corretta per garantire la riproduzione adeguata delle frequenze desiderate, tenendo conto delle specifiche del trasformatore stesso e della valvola con cui sarà abbinato.

L’induttanza primaria necessaria in un trasformatore audio dipende dalla resistenza interna della valvola utilizzata. Ad esempio, un triodo con una resistenza interna di 800 ohm, come la 2A3, richiederà un trasformatore con un’induttanza primaria inferiore rispetto a un trasformatore progettato per una valvola con una resistenza interna di 6000 ohm, come la KT88. Potete cliccare qui per leggere un articolo dedicato a spiegare questo fenomeno della “specificità” dei trasformatori d’uscita.

I 100Henry di induttanza primaria e il mito avviato dai software di simulazione

Molte persone mi hanno chiesto il motivo per cui, nei miei listini, dichiaro la banda passante dei trasformatori ma non l’induttanza primaria degli stessi. Voglio chiarire che faccio questa scelta per evitare di essere vittima di un mito che è stato avviato, in modo non intenzionale, da alcuni software di simulazione come Spice e LTspice. Vorrei sottolineare che LTspice è un ottimo software che utilizzo frequentemente, ma sembra che il suo funzionamento sia frainteso da molte persone. Tra le sue molte funzionalità, LTspice consente di disegnare e simulare il funzionamento di un amplificatore valvolare con il suo trasformatore di uscita. LTSpice simula un trasformatore come due induttanze accoppiate, il cui valore di induttanza riflette il rapporto di trasformazione del trasformatore che si desidera simulare.

Dalle mie esperienze di laboratorio, ho constatato che LTspice non è in grado di simulare accuratamente il comportamento di un trasformatore di uscita. Nel corso degli anni, ho provato più volte ad inserire tutti i valori rilevati da un trasformatore reale, come l’induttanza, la resistenza DC, le perdite e le capacità parassite, ma ho notato che la simulazione su LTspice non corrispondeva al funzionamento effettivo del trasformatore reale. Sembrava sempre che l’induttanza primaria fosse insufficiente per un corretto funzionamento, e la simulazione presentava attenuazioni e distorsioni sui bassi che non si riscontravano nel circuito reale.

Credo che LTspice simuli le due induttanze accoppiate come se fossero semplici solenoidi privi di un nucleo magnetico. Di fatto, secondo LTspice, quasi nulla al di sotto dei 100 Henry funziona in modo accettabile. Questo è uno dei motivi per cui mi rifiuto di pubblicare il valore dell’induttanza primaria dei miei trasformatori, perché le persone potrebbero guardare i miei listini, provare a simulare i trasformatori su LTspice e poi ignorarli perché apparentemente la simulazione li fa apparire mal funzionanti.

Alcuni dei miei concorrenti, per coprirsi dalle critiche, utilizzano pratiche poco oneste e scrivono specifiche ingannevoli nei loro trasformatori. Ad esempio, dichiarano un’induttanza di 200/300/500 Henry, ma in realtà, una volta misurati, si scopre che hanno solo 20 Henry. Anche marchi famosi e rinomati, che preferisco non citare, adottano queste pratiche. Tre anni fa ho acquistato una coppia di interstadio che, secondo il datasheet, avrebbero dovuto avere un’induttanza di 300 Henry, ma misurandoli con un ponte, ho scoperto che ne avevano appena 35. Questo mi ha fatto comprendere la diffusione di tali pratiche ingannevoli.

Dal punto di vista commerciale, spesso si raccontano bugie per vendere. Se dici ad una persona che per un amplificatore SE con valvole 2A3 è sufficiente un trasformatore con circa 15 Henry di induttanza primaria, probabilmente riderà e non ti prenderà sul serio. Tuttavia, la realtà è che quel trasformatore da 15 Henry funzionerà in modo eccellente con la valvola 2A3. È importante fare affidamento su informazioni affidabili e condurre prove reali per valutare le caratteristiche e le prestazioni dei trasformatori. Non bisogna farsi ingannare dalle specifiche ingannevoli o dalle simulazioni software incomplete. La vera qualità dei trasformatori può essere apprezzata solo attraverso un’attenta analisi sperimentale e una valutazione pratica delle loro prestazioni.

Quindi, per riassumere, se desiderate simulare in modo spiccio il circuito di un amplificatore valvolare utilizzando LTspice, vi consiglio di simulare sempre un’induttanza primaria di 100 Henry. Tuttavia, per quanto riguarda i miei listini, ciò che realmente conta è la banda passante che dichiaro. Posso garantire che la banda passante indicata nei miei listini, se il circuito sarà ben realizzato, sarà esattamente quella che specifico. Mi preoccupa garantire la massima trasparenza e accuratezza nelle informazioni che fornisco, al fine di facilitare le vostre decisioni di acquisto. Sono sempre disponibile a fornire ulteriori dettagli o chiarimenti sui miei prodotti. Tuttavia, rifiuto categoricamente di lasciarmi coinvolgere dai pregiudizi e dalle credenze popolari diffuse, e non sarò mai disposto a mentire solo per lusingare l’ego del cliente per promuovere un prodotto. Sono fermamente convinto che la qualità di ciò che offro sia sufficiente a parlare da sé, senza bisogno di ricorrere a artifici ingannevoli.

Per ottenere maggior chiarezza sull’argomento, vi invito a consultare nuovamente il datasheet dei trasformatori Tamura, in particolare la colonna intitolata “Primary Inductance”. Noterete che ci sono diversi trasformatori con valori di induttanza primaria che si attestano su poche decine di Henry. Questo dato è importante perché dimostra che l’induttanza primaria di un trasformatore non deve necessariamente essere elevata per ottenere un funzionamento ottimale. E guarda caso un pò che trasformatori d’uscita da 2/3k (quindi corretti per una 2A3) hanno induttanze comprese tra 15 e 18H…

Mi auguro che le informazioni fornite fin’ora siano sufficienti per evidenziare l’importanza di essere cauti riguardo a chi enfatizza eccessivamente l’induttanza primaria dei suoi trasformatori. È fondamentale stare alla larga da coloro che lanciano numeri esagerati, affermando di offrire trasformatori con valori di diverse centinaia di Henry. Tali individui potrebbero rivelarsi semplici ciarlatani, intenti unicamente a vendere i propri prodotti senza basi solide.

La risposta di Pier Aisa alla questione della simulazione dei trasformatori: Mi sono rivolto a Pier Aisa per domandargli se sapesse il motivo per cui non risulta possibile simulare correttamente un trasformatore d’uscita su LTSpice, e la sua risposta è stata questa:

Spice è un simulatore molto potente e a seconda della accuratezza dei modelli può dare risposte più o meno aderenti a quello che avviene alla realtà. Un discorso a parte riguarda i magnetici che per essere modellati in Spice hanno necessità di avere tutti i parametri parassiti che riguardano gli avvolgimenti, specialmente se si usano in ambito audio dove la banda passante e la risposta in frequenza sono determinanti per la buona riuscita di un progetto. Per la mia esperienza bisognerebbe arricchire il modello del trasformatore inserendo tutti i componenti discreti di Spice che modellano i vari parassiti e sono veramente tanti mi riferisco a induttanza dispersa induttanza di magnetizzazione capacità spira spira capacità avvolgimento avvolgimento capacità avvolgimento nucleo capacità rispetto alla massa. Da un punto di vista elettronico di conseguenza è decisamente complicato ottenere questo tipo di modello anche se si riuscisse ad eseguire delle misure proprio per identificare questi parassiti.

In passato ho modellato funzioni non lineari come sono quelli dei nuclei magnetici tramite l’elemento Spice CORE che permette di rappresentare esattamente la curva di magnetizzazione B-H ed usarla. Allego un vecchio articolo che si riferisce a orcad ma la teoria è applicabile anche a LTSpice

https://ltwiki.org/index.php?title=Main_Page
https://ltwiki.org/index.php?title=Transformers

Metodi alternativi prevedono l’uso delle sorgenti di tensione corrente comportamentali che in LTSpice si modellano con la primitiva B, E all’interno di questo blocco si possono inserire le equazioni che legano le porte e riprodurre il comportamento di un nucleo magnetico che si può ricavare dal datasheet. La modellazione di componenti è un procedimento che richiede molto tempo e me ne sono occupato in ambito universitario dopo la laurea avevamo la missione di creare dei modelli di livello 7 per i semiconduttori. Considera che normalmente il livello delle librerie è 3.

Ci sono molti metodi di estrazione parametri parassiti che passano dalla estrapolazione per interpolazione o anche con qualche aiutino empirico dalle misure con il fitting di curve. Starebbe un tema estremamente interessante sui trasformatori di uscita in campo audio che sono dei veri e propri laboratori dove sono necessari accorgimenti molto specifici.
Quindi invito chiunque volesse aprofondire il discorso della simulazione dei trasformatori a visitare il suo forum e il suo canale youtube dove potrete trovare tanti guide e progetti interessanti non solo sulle valvole ma anche su tanti altri argomenti legati al mondo dell’elettronica.

Un pò di chiarezza sul match dell’induttanza primaria di un trasformatore

Se abbiamo due trasformatori audio sui due canali di un amplificatore e uno ha un’induttanza primaria di 10 Henry e l’altro ne ha 25 Henry, allora sicuramente abbiamo un grosso problema di abbinamento tra i canali. Tuttavia, se i due trasformatori hanno induttanze primarie leggermente diverse, ad esempio 10 Henry e 11 Henry, la differenza è insignificante e non sarà percepibile all’ascolto. È importante considerare che piccole variazioni nell’induttanza primaria possono verificarsi a causa di variazioni di temperatura o di forze meccaniche applicate sul trasformatore. Ad esempio, un trasformatore può mostrare variazioni nell’induttanza primaria quando viene riscaldato dalla mano o viene colpito leggermente con un cacciavite. Pertanto, il concetto di “match” tra trasformatori può essere esagerato. Anche se due trasformatori hanno piccole differenze nelle loro induttanze primarie, se sono stati costruiti dalla stessa persona, utilizzando lo stesso schema costruttivo e gli stessi materiali, le differenze saranno trascurabili e il loro impatto sull’audio sarà insignificante.

In conclusione, è importante considerare la corretta corrispondenza tra trasformatori audio, ma piccole differenze nell’induttanza primaria non dovrebbero essere motivo di preoccupazione o influire significativamente sul suono finale.

Riprendiamo il discorso sulla banda passante

Come ho già detto la banda passante di un trasformatore di uscita è indubbiamente un parametro importante da considerare. Rappresenta l’intervallo di frequenze in cui il trasformatore è in grado di trasmettere il segnale audio in modo fedele, senza attenuazioni significative. È importante sottolineare che la qualità di un trasformatore di uscita non si limita solo alla banda passante. Altri fattori, come l’induttanza dispersa, l’accoppiamento con la valvola utilizzata e la linearità dell’impedenza, possono influire sulla resa sonora complessiva. Pertanto, è fondamentale considerare un insieme di parametri per ottenere un’esperienza audio ottimale.

È un peccato che alcune persone sottovalutino l’importanza della banda passante o addirittura deridano chi ne parla. Ognuno ha le proprie esigenze e preferenze sonore, e ciò che può sembrare irrilevante per qualcuno potrebbe essere cruciale per un altro. È sempre consigliabile fare riferimento a dati oggettivi e considerare un ampio spettro di parametri per valutare la qualità di un trasformatore di uscita. Quindi, sì, la banda passante è un parametro rilevante, ma non dovrebbe essere l’unico fattore preso in considerazione. Una valutazione equilibrata e una comprensione approfondita di tutti i parametri coinvolti contribuiranno a ottenere il risultato desiderato in termini di riproduzione audio.

La banda passante indica semplicemente fino a quale frequenza il trasformatore può trasmettere il segnale senza una significativa riduzione di ampiezza. Tuttavia, l’attenuazione determina quanto il segnale viene ridotto lungo la banda passante. È importante sapere con quanta attenuazione il trasformatore opera a una determinata frequenza.

Ad esempio, se un trasformatore arriva a 20kHz, ma presenta un’attenuazione significativa a quella frequenza, potrebbe compromettere la fedeltà e la qualità del segnale audio riprodotto molto probabilmente anche a frequenze molto inferiori. È quindi essenziale valutare l’attenuazione del trasformatore a diverse frequenze, compresa quella massima che può trasmettere. Prendiamo ad esempio il trasformatore di alimentazione di un volgarissimo citofono. Pur essendo in grado di raggiungere i 20 kHz, è probabile che presenti un’attenuazione significativa a quella frequenza e forti attenuazioni e distorsioni anche a frequenze inferiori. Di conseguenza, non sarebbe adatto per costruire un amplificatore ad alta fedeltà, in quanto comprometterebbe la riproduzione accurata delle frequenze desiderate. 

L’attenuazione, misurata in decibel (dB), indica la riduzione di potenza del segnale in uscita ad una certa frequenza. Un’attenuazione di 3dB corrisponde a una potenza dimezzata, ed è uno standard comunemente accettato per molti scenari audio. Tuttavia, l’attenuazione minima percepibile dall’orecchio umano è di 1dB, ed è considerata uno standard di riferimento per coloro che cercano un’elevata qualità audio. Pertanto, se si desidera un amplificatore di alta fedeltà, è importante considerare l’attenuazione e cercare di mantenere valori minimi, garantendo così una riproduzione più accurata delle frequenze desiderate.

Inoltre, quando si afferma che un amplificatore arriva a 20kHz con un’attenuazione di -1dB, non significa che il segnale subisca un crollo netto esattamente a quella frequenza. Piuttosto, a seconda dei casi, potrebbe iniziare un lento processo di attenuazione graduale che inizia, ad esempio, dai 5kHz e continua fino a raggiungere -1dB a 20 kHz. Ciò comporta che nel vostro amplificatore sarà presente un filtro graduale che riduce progressivamente le frequenze alte, simile a quanto si otterrebbe con un equalizzatore che abbassa gradualmente le levette, partendo dai medi e arrivando agli acuti.

Nessuno sa cosè la rotazione di fase: Nell’ambito dell’audio, la rotazione di fase è un concetto fondamentale che può influenzare significativamente la qualità della riproduzione sonora. Comprendere l’importanza della rotazione di fase e il suo legame con la banda passante è essenziale per ottenere un’esperienza d’ascolto ottimale. La rotazione di fase si riferisce alla variazione dell’angolo di fase di un segnale audio al variare della frequenza. In parole semplici, significa che le diverse componenti di frequenza di un segnale audio possono essere ritardate rispetto ad altre. La rotazione di fase è misurata in gradi ed è rappresentata graficamente da una curva che mostra l’angolo di fase in funzione della frequenza.

Relazione tra rotazione di fase e banda passante: La rotazione di fase è strettamente correlata alla banda passante di un sistema audio. Un sistema audio ideale dovrebbe riprodurre tutte le frequenze senza alcuna alterazione nella rotazione di fase. Tuttavia, nella pratica, molti componenti audio, come amplificatori o altoparlanti, possono introdurre delle rotazioni di fase indesiderate.

Effetti negativi della rotazione di fase indesiderata: La presenza di una rotazione di fase indesiderata può avere conseguenze deleterie per un buon ascolto. Innanzitutto, può causare una distorsione del suono. Inoltre, la rotazione di fase può influire sulla coerenza temporale del suono. Quando i diversi componenti di un segnale audio sono sfasati, l’immagine sonora può risultare dispersa e meno focalizzata. Ciò si traduce in una mancanza di precisione nella posizione degli strumenti musicali nell’immagine stereo o nella mancanza di una scena sonora tridimensionale ben definita. 

Inoltre, è importante considerare l’interazione tra le rotazioni di fase e la controreazione all’interno dei finali di potenza. Questa interazione è una delle principali cause delle brutte distorsioni che possono affliggere tali amplificatori. Una buona progettazione del trasformatore e del circuito di amplificazione, in grado di garantire una banda passante estesa, può contribuire ad evitare molti di questi problemi. Molti progettisti invece cercano di risolvere il problema eliminando direttamente la controreazione. 

Per chi mi da del “pipistrellone”: Purtroppo, come accade spesso nel mondo online, ci sono individui che si illudono di essere esperti in tutti i campi e che deridono coloro che hanno una comprensione più approfondita di determinati argomenti. Su siti web di dubbia attendibilità e sui social media, è comune trovare commenti insulsi riguardanti la banda passante degli amplificatori e dei trasformatori. Alcuni sostengono che raggiungere i 20 kHz sia più che sufficiente, poiché l’orecchio umano non può percepire frequenze superiori. Altri ironizzano dicendo che stiano cercando di organizzare “concerti per pipistrelli”, sminuendo così l’importanza di amplificatori e trasformatori che superano la frequenza di 20kHz.

Queste persone, purtroppo, non hanno mai compreso il vero comportamento delle rotazioni di fase in relazione alla banda passante di un amplificatore. Si limitano a sorridere in modo sciocco, ignorando il fatto che ci sono persone che si impegnano a produrre trasformatori capaci di emettere ultrasuoni, non perché siano udibili all’orecchio umano, ma perché l’interazione tra la banda passante e le rotazioni di fase può avere un impatto sulla qualità generale dell’audio riprodotto.

La verità è che la banda passante estesa e una risposta in fase accurata possono contribuire a ottenere un’esperienza d’ascolto più ricca e dettagliata. Anche se molti adulti possono non essere in grado di percepire frequenze superiori a 15 kHz, ciò non significa che tali frequenze o quelle inferiori (ben udibili) non siano già compromesse da forti rotazioni di fase. Pertanto, investire in trasformatori e amplificatori che superano la soglia dei 20 kHz può contribuire a migliorare l’accuratezza e la fedeltà della riproduzione audio, anche se tali frequenze non sono udibili direttamente dall’orecchio umano lo sono invece le rotazioni di fase che vengono introdotte a frequenze molto più basse. In conclusione, è importante ignorare le insulse derisioni di coloro che sottovalutano l’importanza della banda passante estesa negli amplificatori e nei trasformatori. Chi si impegna a produrre componenti audio di alta qualità e a comprendere il ruolo delle rotazioni di fase sa bene che superare i limiti convenzionali può portare a miglioramenti significativi nell’esperienza d’ascolto complessiva. Non lasciamoci influenzare dalle superficiali critiche di chi ha una visione limitata e cerchiamo sempre di approfondire la nostra conoscenza per apprezzare appieno le sfumature della riproduzione audio di alta qualità.

Vediamo in questa figura un trasformatore di uscita di bassa qualità, nel grafico in giallo la banda passante con scala di 5db ogni quadretto, mentre in azzurro la rotazione di fase con scala di 50 gradi ogni quadretto:

A) Possiamo vedere una banda passante di 15Hz – 35khz -5dB … partendo da 10hz la rotazione di fase fa 100gradi fino a 1khz, e poi ulteriori 50gradi, gradualmente fino a 20khz. Ora vediamo sotto un trasformatore a larga banda passante prodotto da SB-LAB, dello stesso tipo e per la stessa valvola come si comporta:

B) Qui vediamo una banda passante di 10Hz -2dB – 180khz -3dB … Partendo da 10hz la rotazione di fase di 50 gradi è già quasi pareggiata a 100Hz (non 1khz), prosegue pressochè piatta fino iniziando a degenerare poco prima dei 10khz (invece che a 1khz) e arriva a 50 gradi di rotazione alla ragguardevole frequenza di 100khz.

In questo articolo (clicca qui per leggerlo), ho analizzato dettagliatamente un caso in cui un amplificatore presentava problemi di rotazione di fase. Nel contesto specifico, i trasformatori utilizzati erano di mia produzione, ma lo schema elettrico del circuito presentava difetti di progettazione che provocavano rotazioni di fase con conseguenze negative sulla qualità complessiva della riproduzione sonora. Nel corso dell’articolo, ho dedicato particolare attenzione alla risoluzione di questi problemi di fase, apportando modifiche mirate al circuito. Ho dimostrato in modo convincente le notevoli differenze che si possono ottenere con semplici modifiche, offrendo un’analisi approfondita dei risultati ottenuti.

Infine, è importante sottolineare che quando un trasformatore ha una banda passante molto ampia, significa che le sue capacità parassite sono ridotte al minimo. Questa riduzione delle capacità parassite contribuisce ad una significativa attenuazione di un fenomeno noto come “ringing”. Il ringing si manifesta sotto forma di oscillazioni smorzate che si formano sui fronti d’onda del trasformatore, alla frequenza di risonanza. Per visualizzare il fenomeno del ringing su un trasformatore audio, si può applicare un segnale di onda quadra al suo ingresso, come illustrato di seguito:

quadra

Quelle che seguono sono 2 esempi di ringing tipici in trasformatori di media qualità:

ring1

ring2

Quella che segue è l’immagine del ringing di un trasformatore di ottima qualità, ad alta banda passante:

ring3

Vediamo ad esempio questa quadra a 1khz di un trasformatore SB-LAB…

A la stessa quadra emessa da un trasformatore di un’amplificatore made in cina…

Naturalmente, durante l’ascolto con un amplificatore si riproduce musica e non onde quadre. Le onde quadre vengono utilizzate durante le misurazioni per evidenziare eventuali difetti, ma tali difetti si manifestano anche durante la riproduzione musicale. Ogni volta che si verifica un fronte di salita o di discesa nel segnale, si genera un certo livello di disturbo che si sovrappone al segnale audio. Pertanto, coloro che denigrano l’uso degli strumenti affermando che l’orecchio è l’unica cosa che conta non hanno molta base, perché se si osservano tali disturbi sugli strumenti di misurazione, è sicuro che anche a livello uditivo si possono percepire.

Un valido motivo per sovradimensionare i nuclei e usare lamierini EI invece di altri nuclei

Un altro tipo di critica che ho ricevuto riguardo ai miei trasformatori è legata alle loro dimensioni. Questo argomento è stato discusso anche precedentemente, ma desidero chiarire che il nucleo di un trasformatore ha una limitazione nella sua capacità di lavorare ad alte frequenze, generalmente fino a circa 1 kHz o poco oltre. Oltre questa frequenza, a causa delle perdite per isteresi, il nucleo non riesce a seguire i rapidi cambiamenti del segnale.

Tuttavia, le frequenze al di sotto di questo punto di cutoff possono essere influenzate dal nucleo del trasformatore. Affinché un trasformatore suoni bene, è importante che lavori a bassa induzione, in modo da operare in una regione lineare della sua curva di isteresi. Se il trasformatore funziona al di fuori di questa regione, possono essere introdotte aromiche dispari nel segnale audio, alterando la qualità della riproduzione.

L’effetto udibile tra un trasformatore di piccola sezione e uno più grande può manifestarsi come un suono più sporco. È per questo motivo che di solito preferisco utilizzare nuclei a lamierini comuni, come quelli del tipo EI, nonostante siano spesso disprezzati da alcuni. Questi nuclei non hanno permeabilità magnetica estremamente elevata e presentano perdite maggiori rispetto a nuclei come quelli a doppia C o toroidali. Tuttavia, è proprio grazie a queste caratteristiche “difettose” che riescono a funzionare e suonare meglio.

I nuclei a lamierini comuni, come quelli di tipo EI, sono più facili da far lavorare in una regione lineare della loro curva di isteresi, che è più progressiva rispetto a quella dei nuclei ad alta permeabilità come quelli toroidali. I nuclei toroidali, infatti, hanno una curva di isteresi molto ripida e trovano difficoltà nel mantenere una risposta lineare, soprattutto quando devono sopportare correnti continue volute (come nel caso degli amplificatori single-ended) o non volute (come piccoli sbilanciamenti del bias negli amplificatori push-pull). Anche i nuclei a doppia C risentono in misura minore di queste problematiche. In conclusione, ho scelto di utilizzare nuclei a lamierini comuni come quelli di tipo EI per garantire un suono di alta qualità. Nonostante le dimensioni possano essere maggiori rispetto ad altri tipi di nuclei, questi trasformatori offrono prestazioni sonore migliori grazie alla loro capacità di lavorare in una regione lineare della curva di isteresi, fornendo un suono più pulito e godibile.

Attenzione a chi dichiara dati falsi o incompleti e altre cose a cui stare attenti
Altre pratiche discutibili utilizzate da alcuni produttori di trasformatori che non pongono la necessaria cura sulla qualità del loro lavoro.

Molto spesso, si può notare che tutti i trasformatori nel listino di un produttore presentano bande passanti dichiarate con tagli perfetti, spesso in modo stereotipato come 20Hz/20kHz – 30Hz/30kHz, e così via. Tuttavia, è importante considerare che durante la produzione di un trasformatore, ottenere tagli precisi e perfetti è un’impresa difficile, soprattutto quando si tratta di trasformatori di differente fattura. È quindi improbabile che tutti i trasformatori raggiungano esattamente i 30kHz, ma potrebbero invece variare leggermente, come uno che arriva a 29kHz o un altro che raggiunge i 34kHz.

Altro aspetto da tenere in considerazione sono le attenuazioni non dichiarate. Quando viene specificato un limite di banda passante come 30Hz-30kHz, è altrettanto importante fornire informazioni sulla misura di attenuazione in decibel e, eventualmente, sulla potenza a cui è stata effettuata la misura. Senza tali dati, la dichiarazione sulla banda passante risulta priva di significato e di rilevanza pratica.

Altri mostrano le sole onde quadre ma è fondamentale comprendere che la risposta alle sole onde quadre non rappresenta un indicatore esaustivo della qualità del trasformatore. Sebbene l’assenza o la limitata presenza di ringing indichi che le componenti risonanti sono basse e al di fuori della gamma udibile, tale informazione da sola non è sufficiente per valutare la qualità complessiva del trasformatore. Altri aspetti come l’attenuazione alle diverse frequenze, la linearità del segnale e la risposta alle diverse dinamiche musicali sono altrettanto importanti nella valutazione dell’affidabilità e della resa sonora del trasformatore.

In conclusione, è fondamentale prestare attenzione ai produttori che adottano pratiche discutibili nel fornire informazioni sui loro trasformatori. L’accuratezza e la completezza delle specifiche tecniche sono cruciali per valutare correttamente la qualità e le prestazioni di un trasformatore, e fare affidamento solo su dichiarazioni superficiali può portare a decisioni errate e a risultati sonori deludenti.

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