Fermat: Amplificatore di linea Push Pull

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Premessa

Questo progetto è la realizzazione con componenti moderni di una topologia sviluppata all'inizio del 1900 (fa un certo effetto dire: all'inizio del secolo scorso) dagli ingegneri della Western Electric.

Siamo nel 2007 e la valvola compie 100 anni: il primo prototipo venne realizzato da Lee De Forest nel 1907 e ingegnerizzato e prodotto industrialmente da WE, in pochi anni gli ingegneri ed i progettisti della WE analizzarono e misero a punto le topologie base che avrebbero determinato il futuro del tubo a vuoto.
Non erano topologie banali; le tecnologie di allora erano rudimentali, mentre le esigenze da soddisfare erano  pesanti: erano gli anni della diffusione delle linee telefoniche a lunga distanza e subito dopo della diffusione della radio e ciò che non poteva fare la tecnologia doveva essere realizzato necessariamente con un circuito “intelligente” e performante.
Suggerisco a chi non l'avesse letto di rivedere quell'articolo e soprattutto di fare qualche ricerca in rete sul nome “Western Electric”, è un pezzo della nostra storia.

Filosofia di progetto

Qualcuno si chiederà che senso ha, al di là della esercitazione accademica, riproporre una topologia nata 80 anni fa e per giunta complessa e costosa.
Perché un amplificatore di tensione push pull a trasformatori in un'epoca di imperanti monotriodi con catodo a massa, resistenza di placca ed accoppiamento RC nella più pura filosofia di progetto “less is better”?
Dipende dagli obiettivi che uno si pone: sono anch'io d'accordo che semplice è meglio, ma anche che, come diceva Einstein, “fallo più semplice che puoi, ma non di più”; ecco, ho l'impressione che oggi spesso la semplicità sia fatta passare per efficacia, a tutti i costi.
Il monotriodo è semplice, quindi “deve” suonare meglio, poi se uno ci prova e non si accontenta perché richiede prestazioni particolari scopre che è concettualmente semplice ma praticamente non tanto e ci sono molte considerazioni da fare per farlo suonare veramente bene.

Quindi, perché un push pull a trasformatori?
Questo è un amplificatore di linea non dedicato esclusivamente all'HiFi, deve avere ingressi diversi e deve alimentare uscite diverse, con carichi piuttosto pesanti, dai 10k della scheda audio che uso per registrare su computer, ad una linea standard bilanciata a 600 ohm.
La funzione di un amplificatore di linea è quella di selezionare vari ingressi e trasmettere il segnale amplificato o attenuato (il controllo di livello è fondamentale) a qualche cos'altro: il segnale, a parte l'amplificazione o l'attenuazione, non deve subire altre trasformazioni in quanto verrà ulteriormente amplificato, miscelato e quant'altro.
Deve in altre parole avere la distorsione più bassa possibile, in assoluto: a mio parere per un amplificatore “intermedio” il concetto del decadimento armonico non si applica assolutamente, perché qualsiasi distorsione prodotta verrà ulteriormente amplificata e quindi necessariamente distorta dagli stadi seguenti, in modo non prevedibile in quanto lo stadio seguente non è predefinito.
In un amplificatore per uso generale (cioè non vincolato ad uno specifico ed unico stadio successivo) la teoria dell'eliminazione armonica non si può proprio applicare.
Se poi lo stadio successivo è un ADC ciò è ancora più vero.  

L'interfaccia a trasformatore è ulteriormente giustificata dal fatto che sia gli ingressi (nel caso concreto almeno uno) sia la linea di uscita sono linee bilanciate, il cui scopo è di ridurre al minimo il rumore di modo comune, cioè il rumore raccolto dal cavo o generato dalle correnti disperse che fluiscono lungo la massa del cavo.
Il modo più efficace per ottenere un'alta reiezione è proprio quello di usare un trasformatore (vale sia per gli ingressi che per le uscite), qualsiasi altro sistema introduce uno sbilanciamento, solo un trasformatore garantisce il bilanciamento assoluto.

Per una trattazione completa di questo argomento vi invito a consultare le Application Notes di Jensen Transformers (www.jensentransformers.com).

Lo stadio di ingresso a trasformatore obbedisce a due requisiti: il primo è quello della reiezione del rumore di modo comune, che nella maggior parte dei casi di sorgenti di un sistema HiFi domestico è un plus non molto rilevante dato che le sorgenti sono collegate con un cavo molto breve ma diviene fondamentale quando si usa l'input bilanciato  magari perché vi è collegato un amplificatore microfonico collocato vicino ai microfoni e non all'amplificatore, il secondo è di evitare l'uso di potenziometri: i potenziometri scadenti sono una fonte di rumore e di noie con l'invecchiamento, i potenziometri di alta qualità, o i commutatori con resistenze calibrate alla fine costano non meno di un buon trasformatore (vedi DACT, solo per fare un esempio), e a mio parere (ma qui ovviamente entriamo nel campo dell'opinabile) suonano peggio.
Queste sono le ragioni che per questo progetto ho scelto questa topologia.
Ovviamente tutto questo sarebbe inutile se la valvola utilizzata non fosse all'altezza, di qui la scelta della valvola, il doppio triodo ECC99.

E' una valvola robusta, in grado di erogare correnti generose (non dimentichiamo il carico di 600 ohm), estremamente lineare (risulta avere una distorsione di terza armonica quasi inesistente, a differenza ad esempio della 6DJ8 o ECC88 che dir si voglia) e con il guadagno giusto per un amplificatore di linea in questa configurazione; per un guadagno minore la scelta sarebbe caduta sulla 6H30.
Sono tutte valvole nuove, di produzione corrente, la 6H30 beneficia della destinazione militare, ulteriore garanzia di qualità.

L'uso delle esoteriche NOS a mio parere non è giustificato né dal costo (non che la ECC99 o la 6H30 costino poco, ma nulla di paragonabile ai prezzi di affezione che si vedono in giro per alcune NOS) né dalla reperibilità: chi mi assicura che qualora dovessi sostituirne una la ritroverei?

Trovo poco serio proporre progetti, o peggio prodotti, a prezzo non proprio di liquidazione, di cui non si possa garantire la manutenzione.
A parte il fatto che nulla mi garantisce la qualità delle NOS: posso fidarmi di un tubetto di vetro rimasto in magazzino (quando va bene, perché magari è anche stato trasportato varie volte) per 20 o 30 anni?