Preamplificatore Phono

A quanto pare il vinile è duro a morire, anzi dal numero di giradischi analogici e testine di tutti i tipi che compaiono nei listini, ed a prezzi non proprio di liquidazione, pare non sia mai stato tanto bene.

Questo circuito è progettato per testine MC ad alta uscita, e quindi per fornire un guadagno di circa 42 dB con un segnale di ingresso attorno ai 3 mV per 5 cm/sec; risulta quindi perfettamente adeguato anche a testine MM.
Per testine MC a bassa uscita il segnale di ingresso è di 20 dB inferiore e ciò pone esigenze molto più restrittive per quanto riguarda il rumore, per cui la soluzione migliore è probabilmente uno stadio ibrido con input a FET.

Volevo un circuito intrinsecamente semplice, ma dotato di buone caratteristiche soprattutto sonore e ovviamente esigenze contrastanti obbligano a qualche compromesso.
E' ovvio che qualsiasi scelta è frutto di un compromesso, e quale compromesso sia accettabile è ovviamente una scelta personale, che dipende anche dal resto del sistema in cui il pre sarà inserito.

Circuito e scelte di progetto

La scelta di una RIAA passiva deriva dalla decisione di evitare qualsiasi forma di controreazione e non richiede ulteriori commenti.
Dopo una serie di valutazioni e simulazioni ho alla fine optato per una rete di equalizzazione one-step, in quanto permette di tenere al minimo il numero di stadi di amplificazione, anche se l'accettazione risulta un po' più bassa.
D'altra parte la MC ad alta uscita ha una uscita non elevata ed in ogni caso la velocità massima di incisione è attorno ai 15 cm/sec, per cui ho ritenuto che il risultato fosse comunque accettabile.

Volendo comunque ottenere il guadagno richiesto, unito a basso rumore, bassa distorsione e capacità di pilotare carichi non facili (per un pre phono, ovviamente, non in assoluto), è necessario scegliere valvole con caratteristiche particolari, che siano intrinsecamente molto lineari ed abbiano una trasconduttanza molto elevata ed una rp bassa.

La scelta è caduta sulla 6C45P, che può essere considerata una versione moderna della 437WA, che presenta una trasconduttanza maggiore di 45 mA/V, una rp attorno ai 1500 ohm (in dipendenza dal punto di lavoro), ed un mu pari a circa 50, usata in entrambi gli stadi.

Nello stadio di ingresso la trasconduttanza elevata aiuta nel trattamento di segnali deboli, soprattutto unita ad una corrente di riposo sufficientemente elevata, e la bassa rp consente di usare una rete RIAA con resistenze di basso valore, che aiutano a ridurre il rumore.
Nello stadio di uscita la bassa rp unita alla corrente di riposo elevata consente di avere una bassa impedenza di uscita e di pilotare quindi anche un carico di 10 kohm senza perdere troppo guadagno e senza perdere in capacità dinamica.

La scelta della polarizzazione fissa, che implica uno stadio di alimentazione ulteriore, è ampiamente giustificata dal fatto che permette di evitare l'uso di una resistenza di catodo, che riduce la trasconduttanza effettiva se non disaccoppiata, e permette di evitare altresì l'uso di un elettrolitico nel percorso del segnale se disaccoppiata.
Rimane sempre un elettrolitico, che è quello sull'alimentazione: eliminare anche questo richiederebbe un alimentatore stabilizzato di tipo shunt; una complicazione non da poco, ci penserò in un prossimo progetto.

Ho anche scelto per entrambi gli stadi il carico resistivo non solo per ricerca della semplicità circuitale, ma anche perché il totem pole non gradisce carichi reattivi (e la rete RIAA lo è) e funziona al meglio su un carico di valore fisso (anzi, dovrebbe essere progettato in funzione del carico) mentre il mio pre deve pilotare almeno due carichi diversi: non avendo questa esigenza il secondo stadio in configurazione SRPP potrebbe guadagnare in linearità (perdendo in flessibilità in quanto risulterebbe ottimizzato su un ben preciso valore del carico).

La rete RIAA merita due ulteriori precisazioni.

Se il carico fosse predefinito, come succederebbe in un pre phono + linea integrato in cui il carico del pre phono fosse solo il potenziometro di volume, si potrebbe usare una rete in due stadi, con i nodi a 3180 µs e 318 µs fra il primo stadio ed il secondo, e il nodo a 75 µs dopo il secondo stadio e direttamente a monte del potenziometro di volume, calcolando i componenti in funzione del valore del potenziometro per ottenere la costante di tempo richiesta. In questo modo il circuito manterrebbe la massima semplicità (carico resistivo anche sul secondo stadio) evitando il totem pole e conservando i vantaggi della rete RIAA suddivisa (essenzialmente maggiore accettazione).

Seconda precisazione: le costanti di tempo della rete RIAA ufficialmente sono tre, ma in realtà sono (almeno) quattro, ed il motivo è il seguente: in fase di registrazione la risposta sopra i 2120 Hz cresce di 6 dB/ottava, ma è evidente che non può crescere indefinitamente (ricordate che una rete con uno zero necessariamente ha almeno un polo) e quindi, anche per evitare sovraccarichi ai dispositivi di incisione, praticamente tutte le case discografiche applicano da sempre un polo attorno ai 3,18 µs (circa 50 kHz). In fase di riproduzione la presenza di uno zero a 3,18 µs (circa) raddrizza la risposta e restituisce quelle frequenze elevate presenti sul nastro master, che in teoria non dovrebbero essere udibili, ma in realtà restituiscono aria e naturalezza al suono. Provare per credere; questa è la funzione della resistenza da 560 ohm in serie al condensatore da 4700 pF.
Le specifiche RIAA sono state aggiornate in questo senso alla fine degli anni 90 del secolo scorso (mi fa tuttora uno strano effetto dire "secolo scorso" parlando di 7 - 8 anni fa!).

La realizzazione pratica

I collegamenti di massa sono a stella, il punto centrale della stella è collegato alla massa dell'alimentatore ed al telaio con cavi di grossa sezione.
Nella foto si vede chiaramente il punto stella costituito dal connettore a pettine, i cui 4 piedini sono saldati fra loro (la saldatura è nascosta dal cavo schermato che collega le uscite).
La filatura è punto a punto, con i componenti fissati a basette o fra le basette e i contatti degli zoccoli: non ci sono saldature volanti e tutti i collegamenti sono stabili meccanicamente.
La polarizzazione delle griglie è ottenuta con resistenze da 100 kohm: le specifiche tecniche della 6C45P specificano un valore massimo di 150 kohm per tale resistenza; nel secondo stadio la polarizzazione è applicata a monte della rete RIAA, così da semplificare il calcolo dei valori della rete.

Il punto comune alle polarizzazioni di griglia è collegato alla massa stellare in prossimità dello stadio di ingresso con un condensatore da 1 µF (oltre al condensatore da 10 µF sulla scheda dell'alimentatore).
La resistenza da 100 kohm in parallelo all'ingresso dà, in parallelo con la resistenza da 100 kohm della polarizzazione di griglia, una impedenza risultante di 50 kohm: in realtà questa resistenza (quella in parallelo all'ingresso) deve essere adattata alla testina che avete. Lo standard dice 47 kohm, ma la V15III che usavo tempo fa preferiva 60 kohm, mentre la MC ad alta uscita che uso attualmente gradisce circa 40 kohm (ovviamente, è questione di gusti, ognuno se la regola come vuole).

Nello schema e nella foto vedete due resistenze grid stopper per ogni valvola: la 6C45P ha la tendenza ad oscillare a frequenza elevata (dell'ordine dei MHz) e la griglia è internamente collegata a due piedini; entrambi i piedini debbono essere collegati con resistenze, saldate a ridosso del piedino dello zoccolo, per smorzare sul nascere le autooscillazioni.

Le resistenze di carico da 23,5 kohm sono costituite da due resistenze da 47 kohm in parallelo, collegate in modo da annullarne gli effetti induttivi.

Tutte le resistenze sono a strato di carbone, 2 W: suonano meglio.

L'alimentatore

La scheda con gli alimentatori per la polarizzazione e per i filamenti è montata nella parte superiore, mentre il circuito di amplificazione è montato nella parte inferiore.
I filamenti sono alimentati in continua, non stabilizzata e sollevata rispetto al catodo di circa 10 V; il risultato è a mio parere soddisfacente.

L'alimentatore alta tensione usa una 5Y3, valvola dalle ottime caratteristiche per circuiti a bassa corrente.
L'alimentazione deve essere di ottima qualità in quanto lo stadio a catodo comune con carico resistivo ha un PSRR non elevato ed è quindi sensibile al ripple.
Non ritengo opportuno l'uso di alimentazione stabilizzata in serie, in quanto questo tipo di stabilizzazione a mio parere influisce sul suono, a causa dell'alto tasso di reazione negativa necessario per renderlo efficace.
Ho quindi optato per un classico ma efficace filtro LC ad ingresso induttivo ed a due stadi; nella foto si vede che le due induttanze sono diverse: la prima è una Sowter specifica per filtri ad ingresso induttivo, che richiedono un isolamento molto elevato.
Con la corrente totale assorbita, 27 mA, l'induttanza critica risulta pari a circa 4 H, per cui il valore di 10 H è di tutta sicurezza.

Nella foto si vede il filtro sulla rete di alimentazione, non riportato nel circuito.

Taratura

Il circuito non necessita di tarature (a parte la resistenza che determina l'impedenza di ingresso), ma richiede almeno 3 ore per stabilizzare la corrente di riposo (all'inizio oscilla di circa 3 mA attorno al valore finale) e molte di più per rodare bene le valvole, dopo di che perde totalmente una lieve asprezza iniziale e acquista ariosità e limpidezza, unite ad una ottima velocità ed "energia".

Non ha preferenze di genere musicale, va bene con l'"Overture 1812" (se la testina regge), con tutte le parti di "Così parlò Zaratustra", con gli Who e con Bruce springsteen.