Matched si... ma per cosa?

Caratteristiche di Accoppiamento dei Tubi

Le valvole possono essere accoppiate in vari modi. I principali parametri che possono essere accoppiati sono:

Corrente a riposo

Tutte le valvole in tutti gli amplificatori di classe A o AB, che siano valvole pilota di basso livello o tubi d’uscita, sono attraversati da una certa corrente a riposo che è determinata dalla tensione di placca, dalla tensione griglia/catodo e dalle caratteristiche del tubo stesso. Verrà visto in seguito che, in certe applicazioni, avere le stesse correnti a riposo è importante.

Transconduttanza

La Transconduttanza si definisce con Gm = variazione incrementale della corrente di placca / variazione incrementale della tensione di griglia ad uno specifico punto di lavoro ed è la misura principale del guadagno nei Tetrodi e nei Pentodi. La Transconduttanza naturalmente cambia al variare delle tensioni e correnti di placca, così una specifica Transconduttanza è significativa solo se è indicato anche il punto di lavoro. La Transconduttanza diminuisce con l’invecchiamento del tubo.
Valvole perfettamente accoppiate avranno la stessa Transconduttanza ma valvole con la stessa Transconduttanza non necessariamente avranno anche gli altri parametri accoppiati, così la sola Transconduttanza non è un indicatore completo per un buon accoppiamento.

Mu

Mu si definisce con Mu = variazione incrementale della tensione di placca / variazione incrementale della tensione di griglia ad uno specifico punto di lavoro ed è la misura principale del guadagno nei Triodi. Mu rimane generalmente invariato a differenti condizioni di lavoro e con l’invecchiamento, ad eccezione se il tubo si avvicina all’interdizione o l’emissione diventa molto bassa.
Mu da solo non è un indicatore completo per un buon accoppiamento.

Potenza d’Uscita

Negli amplificatori di potenza, si può verificare che alcune valvole hanno una potenza massima superiore ad altre. Spesso questo è causato da caratteristiche differenti che muovono il punto di lavoro vicino al punto di massima potenza. A volte l’emissione effettiva del catodo può limitare la potenza.

Necessità di accoppiamento dei Tubi

Non tutti i circuiti hanno bisogno di valvole Matched e quelli che ne hanno bisogno spesso necessitano che lo siano solo alcuni parametri.

Amplificatori di basso livello e amplificatori DC

Negli amplificatori DC spesso si usano valvole Matched o con sezioni Matched (generalmente due triodi nella stessa ampolla) in modo da annullare le variazioni dovute all’invecchiamento e alla variazione della corrente di filamento. Nei circuiti audio e negli oscilloscopi, gli amplificatori differenziali sono usati per cancellare segnali d’ingresso di modo-comune. In questi circuiti il livello di reiezione di modo comune dipende dalla “strettezza” dell’accoppiamento. I controlli di bilanciamento DC possono superare eventuali squilibri nei tubi entro certi limiti, ma iniziare con tubi Matched aiuta, in special modo quando i tubi invecchiano.
Il genere di accoppiamento necessario per gli amplificatori differenziali copre quasi tutti i parametri: Corrente a riposo, Transconduttanza, Mu e Lotto di produzione.
Gli amplificatori differenziali sono usati anche come invertitori di fase ma c’è un inerente sbilanciamento in questo tipo di circuiti che rende uno stretto accoppiamento meno importante rispetto ad un amplificatore differenziale completamente bilanciato.
Nei circuiti audio, molti amplificatori a basso livello non usano circuitazioni bilanciate che richiedono valvole accoppiate.
Eccezioni tuttavia includono circuitazioni completamente differenziali, come quelle usate nei moderni circuiti con ingressi bilanciati e su qualche amplificatore di potenza come l’Acrosound UL-2 e gli amplificatori Audio Research.


Valvole in parallelo

I tubi vengono messi in parallelo per raggiungere grandi potenze (vedi Conrad Johnson ad esempio) o per fornire basse impedenze d’uscita.
La caratteristica di trasferimento (Corrente di Placca vs Tensione Negativa di Griglia) è la somma della caratteristica di ciascun tubo.
Se Mu e/o la Transconduttanza sono grossolanamente disaccoppiate, la curva di trasferimento diventa non lineare, come mostrato in Figura 1, anche se disaccoppiamenti meno grossolani, restituiscono un uscita "media" specialmente se ci sono un elevato numero di valvole in parallelo.
L’accoppiamento delle correnti a riposo non è critico in qui.

valvole-disaccoppiate.png

Figura 1: Triodi in parallelo grossolanamente disaccoppiati.

Stadi d’Uscita Push-Pull

Sono due le ragioni per cui in uno stadio Push-Pull le valvole devono essere accoppiate (Matched): per cancellare il flusso DC nel trasformatore d’uscita e per cancellare la distorsione armonica di ordine pari.
In un trasformatore correnti DC sbilanciate possono causare la saturazione del ferro, con conseguente bassa induttanza (così prestazioni in bassa frequenza degradate) e aumento della distorsione. Inserendo un traferro nel “core” del trasformatore, come accade nei trasformatori d’uscita single ended, si riduce la saturazione a scapito della bassa induttanza. Questa induttanza più bassa dovrebbe essere compensata con più giri il che aggrava i problemi di risposta in alta frequenza. Così la maggiorate dei produttori di trasformatori preferisce minimizzare il traferro e questo necessita di basse correnti DC sbilanciate. Questo è particolarmente un problema con i trasformatori d’uscita toroidali che non hanno affatto traferro.
A parte gli eventuali problemi di saturazione del trasformatore, un circuito Push-Pull perfettamente bilanciato, annulla qualsiasi distorsione armonica di odine pari (2a, 4a, 6a, etc..) che si crea nei suoi elementi di amplificazione (non annulla distorsioni armoniche di ordine pari presenti sul segnale d’ingresso). Questo è importante negli amplificatori in classe B e AB in cui le valvole si trovano all’interdizione per una parte del tempo. Così un circuito Push-Pull perfettamente bilanciato ridurrà la distorsione totale eliminando le armoniche di ordine pari. Tuttavia anche le armoniche migliori hanno un suono e le armoniche dispari, specialmente quelle di ordine superiore, forniscono un suono piuttosto duro. Così può accadere che mentre si cerca di ridurre la distorsione totale in uno stadio Push-Pull venga lasciata l’impronta sonora di una distorsione di ordine dispari.
Le correnti di riposo bilanciate sono importanti per eliminare la saturazione del trasformatore a bassi livelli di segnale. Questa è la zona in cui l’amplificatore trascorre la maggior parte del suo tempo e quindi è la più importante. Il Matching a grandi livelli di segnale è altresì necessario per evitare l’effetto “diodo raddrizzatore” che si genera quando i tubi sono sbilanciati. Quest’effetto permetterà ad un flusso DC sbilanciato di fluire e sarà proporzionale al livello del segnale.

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Figura 2: Stesso Mu, correnti differenti.


Mu (guadagno di tensione), Gm (transconduttanza) e Ra (Rp resistenza di placca o Ra di anodo sono la stessa cosa) sono le tre caratteristiche elettriche che rappresentano le caratteristiche elettriche globali di un tubo a vuoto. C'è molta confusione nella comunità degli audiofili su questi fattori e su come incidono sui tubi e sulle loro prestazioni nei componenti. Quest’ articolo, osserverà ciò che ciascuna di queste caratteristiche significa, come sono misurate e ciò che ciascuna di esse produce al suono di un componente.

Triodi e pentodi possiedono entrambi le caratteristiche di transconduttanza (Gm) e guadagno di tensione (Mu) ma vanno inquadrati in modo differente al momento dell'accoppiamento a seconda se stiamo accoppiando Triodi o Pentodi. Questi due parametri sono le caratteristiche principali che influenzano le prestazioni quando ciascuna di queste valvole viene inserita in un circuito tipico.
Chi svolge con serietà questo lavoro, prima dell'accoppiamento, esegue tutta una serie di controlli sulle valvole da selezionare.

I test in questione sono:
• Cortocircuiti
• GAS
• Emissione
• Microfonicità

superati questi controlli il tubo passa alla selezione vera e propria e se ne annotano le caratteristiche per ciascuna valvola. Una volta selezionato tutto il lotto si passa all'accoppiamento secondo specifici criteri, vediamo quali:

Triodi:
Nei Triodi c'è un’interessante iterazione tra due parametri che si relazionano per farne un terzo. Questi parametri sono legati in un rapporto tale che, conoscendone due qualsiasi, si ottiene il terzo, proprio come nella legge di Ohm. Nel caso dei Triodi, Mu = Gm x Ra.
Gm si misura in ampere per volt (mhos o anche siemens) ed Ra si misura in ohm (volt per ampere). Quando moltiplicate, le loro unità di misura si annullano, generando Mu, la misuI tester digitali ci suggeriscono precisione quando ne parliamo ma generalmente questo è proprio il parametro di cui abbiamo meno bisogno per la selezione dei tubi. Quest' affermazione potrebbe sembrarci strana ed innescare anche alcune polemiche ma nelle righe che seguiranno cercheremo di dare una spiegazione a quanto appena asserito.
I tester vintage ci offrono delle funzioni per il test delle valvole che i nuovi tester digitali semplicemente non possiedono. La cosa più importante che l'utente ha bisogno di sapere durante la selezione dei tubi è se la valvola è buona e quanto durerà ancora mantenendo invariate le sue prestazioni. I tester moderni purtroppo, anche se ci sembra incredibile, non danno una risposta a questo quesito.
Cerchiamo di approfondire l'argomento facendo un esempio concreto. Prendiamo in considerazione uno dei tester più in voga del momento l'AT1000. Pensiamo subito che questo sia un meraviglioso tester e che ci dirà sicuramente tutto quello che vogliamo sapere dei nostri tubi…. Vediamo…… Mettiamo sotto test una valvola sull'AT1000 e leggiamo cosa ci dice…. Durante la prova l'AT1000 ci dice che la corrente di placca è all’80%…. mmmmmm all'80% !?!!!?!! pensiamo un po delusi……. ma questo dato cosa ci dice in realtà…. ci fa realmente capire qual'è lo stato della valvola che abbiamo sotto esame? Dobbiamo davvero essere delusi e scartare questo tubo perché la corrente di placca è all'80% e non al 100%? Eppure l'emissione della valvola è forte….e allora!? che dobbiamo fare?!
Quando si selezionano e si accoppiano valvole bisogna capire che per fare un buon lavoro, occorre essere in due a sapere cosa fare. Il nostro compito è usare i valori di selezione e fare gli accoppiamenti, mentre se un tubo è buono oppure no dovrebbe dircelo il tester che effettua la misura e ….beh!… l'AT1000, questo non ce lo dice.
Mettiamo ora lo stesso tubo su un Superior Instruments TV-II, l’indicatore punta lontano nella zona verde del quadrante (GOOD), sul Funke W19 l’indicatore dice "20 mA" in piena zona "GUT"…… bene!!!!… pensiamo!!!! Lo strumento infatti ci dice che sono buone a partire da 12 mA. Questo è un risultato chiaro! ci fornisce un’immagine precisa delle condizioni del tubo che stiamo testando..... eppure è lo stesso tubo di prima!….lo stesso tubo di cui eravamo così delusi leggendo: “l’80% del 100%" il risultato che ci aveva fornito l'AT1000!!! .
Facciamo un’altro esempio, l'AT1000 ci dice che il tubo è al 100%, quindi ora sei felice :-) inserisci la valvola nel tuo amplificatore e dopo 10 ore o subito dopo il riscaldamento del filamento i diffusori fanno: "CRAK, SCHIOKK, FFFFF, BANG”….. bene, sarebbe stato meglio averlo passato attraverso i test di controllo di un Hickok o di un Superior, che avrebbero certamente individuato l'elettrodo in perdita…. ed anche questo l'AT1000 non lo fa.
Occorre entrare nell'ottica che i tester vintage sono stati progettati e costruiti in un epoca in cui le valvole si usavano quotidianamente in moltissimi ambiti, elettrodomestici, radio, TV etc… e concentrano al loro interno una quantità enorme di esperienza sul campo fatta in quel periodo. Lo so è spiacevole doverlo dire…. ma la mancanza di esperienza alle spalle dei tester moderni genera diversi problemi. Se Hickok aveva scoperto esattamente questa o quella impostazione per scartare una 6SN7 è da ingenui sostituirla con una misurazione della corrente di placca e basta, oppure sottoponendo il tubo semplicemente a dei cortocircuiti. Questi tester moderni vengono pubblicizzati come "IL MEGLIO" per la selezione dei nostri tubi termoionici, ma semplicemente non è così.
Ho imparato negli anni a fidarmi dei risultati di un tester vintage calibrato molto più di quello che dicono i miei tester moderni. Della mia strumentazione, a parte due Tube Tester digitali, fanno bella mostra un Hickok 750, un Superior Instruments TV-II, un Funke W16 e un Funke W19, tutti calibrati con tubi di riferimento e quando uno di questi ultimi dice "Bad tube" o “segnala una perdita”, posso essere certo che il tubo è da scartare.
Alcuni potrebbero controbattere che ci sono i traccia curve per valvole, uTrace ad esempio. Stessa situazione. Il software di uTrace è molto preciso e, al contrario dell’AT1000, regolarmente aggiornato e può dirci davvero molto sulle caratteristiche di una valvola, tuttavia, anche qui, occorre sapere se ci piacciono i risultati che stiamo leggendo sul tester oppure no.
La domanda è: siamo davvero in grado di farlo? non c'è un aiuto per l'utente fornito da chi lo ha realizzato che ci dice se il tubo è buono oppure no e spesso è l’utilizzatore a doversi inventare delle regole autoprodotte per sapere se la valvola è da scartare e tali regole generalmente sono sbagliate. Chiaramente non si ha altra scelta, ma questo non giustifica o migliora la situazione.
I tester digitali da soli, non riescono a dirci se i tubi che stiamo testando sono buoni o devono essere scartati.
I tester Vintage professionali sono stati progettati nel periodo in cui le valvole si usavano quotidianamente e sono degli strumenti eccezionali.

I tubi di calibrazione

Tutti i tester per valvole AC sono strumenti di misura e per far si che siano attendibili nelle loro misurazioni occorre che siano calibrati. Non vi è altro modo per farlo che avere dei tubi di cui si conoscono con esattezza le caratteristiche e regolare il tester in modo che legga bene quei valori.
Ripetendo questa procedura per un numero definito di tubi, si ottiene la calibrazione del Tube Tester.
E' molto importante che lo strumento misuri in maniera precisa anche la resistenza d'isolamento di ciascun elettrodo perché dev'essere in grado di rilevarne in modo affidabile anche la minima perdita.