Calcolo Trasformatore di Alimentazione per Amplificatori a Valvole: B+, Filamenti e VA

Si comincia contando le valvole, perché i filamenti sono la parte di consumo più grande e quella che si dimentica per prima. Un finale con quattro EL34 e tre ECC83 chiede sei ampere a 6,3 volt, che sono quasi quaranta VA prima ancora di parlare di anodica.

Il raddrizzatore a valvola vuole il suo filamento su un avvolgimento separato, non in comune con gli altri, perché il suo catodo sta alla tensione dell’alta tensione e l’isolamento fra filamento e catodo non regge quella differenza se lo mettete in comune.

Le doppie triodi della serie 12 hanno il filamento a presa centrale e si possono alimentare a 6,3 V con le due metà in parallelo o a 12,6 V in serie. Il secondo modo dimezza la corrente e va meglio con i cavi lunghi, ma non tutte hanno il dato dichiarato: dove la fonte primaria non l’ho trovato, il calcolatore lo dice invece di dedurlo.

Le condizioni sono quelle stampate sui fogli caratteristici, non inventate: per ogni coppia trovate la tensione anodica, la corrente a riposo e quella a piena potenza. Sono due numeri e servono a cose diverse — il trasformatore si dimensiona sul massimo, la regolazione si valuta sulla differenza.

Il rapporto fra i due è la cosa più istruttiva della card. Con la polarizzazione catodica sta fra 1,1 e 1,4: la corrente quasi non cambia col segnale. Con il bias fisso in classe AB arriva a tre e anche a quattro volte. È la stessa valvola, ma per l’alimentatore sono due mondi diversi, e spiega perché due amplificatori con lo stesso finale possono suonare in modo così diverso sulle note tenute.

Alcune valvole hanno più condizioni tabulate perché il costruttore ha pubblicato edizioni diverse del foglio negli anni, con tensioni e carichi anodici differenti. Non è un errore: sono tutte condizioni dichiarate, e vale la pena confrontarle.

Questa è la card che risponde alla domanda per cui esiste la pagina: quale tensione deve avere il secondario perché venga fuori la B+ che voglio. Non si moltiplica per un fattore, si cerca: il simulatore prova tensioni finché la continua a riposo non coincide con quella richiesta, tenendo dentro la caduta del raddrizzatore e la resistenza serie.

La resistenza serie totale è la somma della resistenza del secondario, di quella del primario riportata, e dell’eventuale resistenza limitatrice che molti costruttori di valvole raddrizzatrici prescrivono. Non è un dettaglio: su un alimentatore da 250 mA vale decine di volt, ed è anche quella che decide quanto cede la tensione sotto segnale.

Scegliendo l’ingresso a induttanza cambia tutto: la tensione scende verso nove decimi dell’efficace invece di salire verso il picco, ma la corrente nel secondario diventa quasi continua invece che impulsiva. Il trasformatore che serve è più piccolo a parità di potenza resa, e l’ondulazione crolla.

L’induttanza critica è quella sotto la quale il choke smette di condurre in modo continuo e il filtro torna a comportarsi da capacitivo. Dipende dal carico, quindi un alimentatore che a piena potenza sta sopra la critica può scenderci sotto a riposo: è il motivo per cui si usa una resistenza di scarico permanente.

Il cedimento — il sag — è la differenza fra la tensione anodica a riposo e quella a piena potenza. Non è un difetto in assoluto: su un amplificatore per chitarra è parte del suono, la compressione naturale che si sente quando si attacca forte una nota. Su un finale per ascolto è invece una perdita di controllo, e si combatte con un secondario a resistenza più bassa e più capacità.

La cosa che sorprende chi lo calcola per la prima volta è quanto pesi il tipo di polarizzazione. Con il bias fisso la corrente può triplicare fra riposo e massimo, e la tensione segue; con la catodica varia di un quarto e l’alimentazione resta ferma. Il trasformatore è lo stesso: cambia solo quanto gli si chiede.

Il conto qui è solo resistivo e non include il recupero dell’alimentazione nel tempo. Il cedimento reale ha anche una costante di tempo, decisa dalla capacità totale, che è quella che si sente come respiro dopo un attacco: quella dinamica questo calcolatore non la modella.

Sui filamenti conviene essere generosi. Sono l’avvolgimento più esterno e più caldo, portano parecchi ampere, e mezzo volt di caduta su 6,3 non è un dettaglio: le valvole hanno una tolleranza stretta e sotto tensione l’emissione cala e il catodo si rovina prima.

La densità di corrente predefinita è più bassa di quella che si usa sugli avvolgimenti di alta tensione proprio per questo. Il conto va comunque verificato a valvole calde, misurando ai piedini e non a vuoto: è lì che si scopre se il filo scelto bastava.

Con il bias fisso serve una tensione negativa sulle griglie, e ci sono due modi di ricavarla. L’avvolgimento dedicato è pulito e indipendente: costa un avvolgimento in più, che è poca cosa in VA ma va chiesto quando si ordina il trasformatore, perché aggiungerlo dopo significa rifarlo.

La presa sull’alta tensione non costa niente: si preleva da un capo del secondario con un diodo rivolto al contrario e si livella. Ha però una conseguenza che vale la pena conoscere: la tensione negativa segue le variazioni dell’alta tensione, quindi quando l’alimentazione cede sotto segnale il bias si sposta insieme a lei e le finali conducono un po’ di più. Su un amplificatore per chitarra fa parte del comportamento; su un finale per ascolto è un argomento a favore dell’avvolgimento separato.

Qualunque sia lo schema, il circuito di polarizzazione è quello che tiene in vita le finali: se si interrompe, le griglie vanno a zero e le valvole conducono senza freno. Una resistenza di sicurezza verso il negativo e un controllo periodico della corrente di riposo valgono più di qualsiasi calcolo.

Qui si tirano le somme, e il risultato di solito sorprende: i filamenti pesano quanto l’alta tensione, a volte di più. Un finale con quattro EL34 spende quaranta VA solo per scaldare le valvole, prima di aver prodotto un watt di suono.

L’alta tensione va contata con la corrente efficace che ci scorre davvero, non con la continua che arriva al carico. Con l’ingresso a condensatore il fattore di forma sta intorno a 1,7; con l’ingresso a induttanza scende vicino a uno, ed è la ragione tecnica per cui il choke, che sembra un lusso, in realtà fa risparmiare trasformatore.

Il margine è quello che copre le cose che il conto non sa: la tolleranza della rete, il fatto che il trasformatore lavora chiuso in un telaio caldo, e l’abitudine di aggiungere una valvola dopo. Venti per cento è prudente senza essere spreco.

Questa card non calcola, ragiona. Il ronzio di un amplificatore a valvole ha due sole frequenze possibili, e distinguerle divide il problema a metà prima ancora di aprire il telaio.

Cento hertz è il doppio della rete e può venire solo dall’alimentazione anodica, perché è la frequenza con cui il raddrizzatore a doppia semionda ricarica il condensatore. Cinquanta hertz invece dall’anodica non ci arriva quasi, e allora la colpa è di un accoppiamento diretto: campo magnetico del trasformatore di rete, filamenti in alternata, oppure una massa che raccoglie corrente di ritorno.

La distinzione si fa con un oscilloscopio, ma anche a orecchio con un po’ di abitudine: cento hertz è un ronzio pieno e stabile, cinquanta è più basso e sporco. Se non è né l’uno né l’altro, prima di dare la colpa all’alimentazione conviene escludere un’oscillazione.