MC Pre Michele

By 19 Dicembre 2014new, Progetti

MC Pre Michele 
Preamplificatore Moving coil a valvole alimentato a batteria

Più di qualsiasi altra cosa, l’idea di costruire un pre a valvole, alimentato a batteria, era quello di verificare sul campo i reali vantaggi di una alimentazione di questo tipo rispetto alla classica alimentazione in alternata con rettificazione mediante diodi.

Per questo scopo tuttavia si rendeva necessario la scelta di una valvola capace
di lavorare con basse tensioni dell’ordine di 20 -30 Volt di placca; Tale valvola è la ECC 86 progettata e usata in passato negli amplificatori per alta frequenza in circuiti cascode. Le sue caratteristiche principali sono:

  • Va 25V – Ia 20 mA max
  • Vf 6.3V 0,3A µ 14

Fatta questa prima scelta si è trattato poi di stabilire le specifiche tecniche verso le quali orientare il progetto.

a) Tecnologia valvolare eccetto lo stadio di ingresso MC
b) Zero feedback
c) Equalizzazione RIAA passiva
d) 48 Vcc max dc voltage
e) Performance: HI-FI standard

Nella fig.1a è riportato lo schema a blocchi di un solo canale Lo stadio di ingresso fornisce attraverso una circuitazione speciale un guadagno di circa 56 db necessari per portare a livelli adeguati, il segnale proveniente dalla testina MC che è dell’ordine di 0,2 – 0,5 mV. Questo stadio oltre all’elevato guadagno deve possedere un bassissimo rumore.
L’uscita alimenta una rete RIAA di tipo passivo che abbatte di circa 20 db il livello del segnale alla frequenza di 1kHz subito ripristinati dallo stadio che segue.
Da questi, il segnale attraverso un cathode follower viene applicato alle prese Rca di uscita.
Nel pre-amplificatore non è prevista la regolazione di volume, in quanto si presuppone che esso debba essere collegato ad un pre-linea normalmente dotato di tale regolazione.
La sezione di alimentazione è costituita da regolatori di tensione sia per la tensione anodica che per i filamenti; qui, tramite un relay comandato esternamente, è possibile alimentare il circuito con delle batterie esterne per una alimentazione in pura corrente continua (c.c.)
Quando il preamplificatore è collegato alla rete elettrica, il relay RY è attivato e alimenta i circuiti attraverso l’alimentatore interno; l’azionamento dell’interruttore DC, in queste condizioni, non produce alcun effetto.
Quando l’alimentazione dalla rete è disinserita (AC off o spina scollegata) attivando l’interruttore DC vengono inserite le batterie esterne per una alimentazione c.c. pura.

Sotto lo schema a blocchi è riportato il grafico che mostra il guadagno e la perdita di inserimento dei vari stadi espressa in decibel.
La costruzione di un simile pre-amplificatore richiede una conoscenza approfondita dei problemi connessi con l’amplificazione audio, delle tecniche di costruzione e delle problematiche collegate a circuiti ad elevata sensibilità. L’auto-costruzione di questo apparecchio non è raccomandata ai neofiti.

Il progetto
Definite le specifiche tecniche (a-e di cui poco sopra) appare subito evidente che un circuito classico con triodi in cascata non è in grado di rispondere ai prerequisiti appena fissati; è praticamente impossibile ottenere una distorsione inferiore all’1% a meno di applicare diversi decibel di reazione negative; cosa che il requisito iniziale non permette di fare (zero feedback)
Inoltre per ottenere una performance elevata il circuito deve avere una risposta veloce, presentare una larghezza di banda ultrasonica per rispondere efficacemente ai transienti più veloci.
Per ottenere tutto ciò è necessario individuare circuiti alternativi come il SRPP (shunt regulated push pull) meglio conosciuto come Totem Pole, ampiamente utilizzato in applicazioni strumentali di elevate prestazioni.. Il suo funzionamento, descritto in molteplici testi (valvole e dintorni – l’alta fedeltà tra le mura domestiche- edizione Sanditlibri) e ovviamente in diversi siti internet: >> www.tubecad.com/may2000/page2.html.

La configurazione totem pole con appropriati valori dei componenti fornisce un guadagno di circa 20 db (10 volte) con una distorsione dell’ordine dello 0,1% senza l’applicazione di alcuna contro-reazione, una banda passante che può raggiungere il megahertz e uno slew rate dell’ordine di 100V/µsec.
Infine, data la massima tensione continua disponibile (48 Volt) la scelta della ECC86 diventa quanto mai azzeccata sia perché ancora disponibile a prezzi ragionevoli che per la sua caratteristica di operare egregiamente in configurazione totem pole.
Segnali a bassissimo livello (500 µV alla frequenza di 1kHz) ) come quelli tipici provenienti da testine di tipo MC richiedono un amplificazione di 600 – 1000 volte (55 -60 db) per raggiungere un livello di 300 – 500 mV necessari per pilotare uno stadio linea.
Un circuito totalmente valvolare difficilmente è in grado di rispondere a tale requisiti mantenendo distorsione e rumore a livelli accettabili. Una soluzione brillante fu introdotta negli anni ’80 dall’Ing Bartolomeo Aloia con il circuito topohybode. Un ibrido, dove un transistor pilota una valvola attraverso catodo in configurazione cascode (Fig 2 V1 e TR1.) L’acronimo deriva dalla aggregazione di TOtem POle HYBode cascODE.

Le prestazioni di un tale circuito sono eccellenti e esibiscono il meglio delle caratteristiche del transistor e della valvola. La sua semplicità, il guadagno elevato (56db) il bassissimo rumore, una distorsione ridottissima e una capacità di sovraccarico di oltre 30 db supera di gran lunga qualsiasi altra configurazione circuitale.
In ingresso, tramite un dip sw, è possibile selezionare un valore di resistenza tra 12 ohm sino a 1K per ottimizzare il carico previsto dalle specifiche tecniche delle testine MC.
L’uscita del topohybode alimenta la rete passiva RIAA identificata nella Fig 2 nell’area grigia. L’attenuazione di 20 db introdotta da questa rete viene reintegrata dallo stadio successivo (Fig 2 V3 – V4) un totem pole classico con guadagno di 21 db.

L’implementazione del progetto (Fig 3)
Lo stadio di ingresso richiede prestazioni eccellenti, ed un basso livello di rumore per massimizzare il rapporto segnale/rumore necessario per un circuito performante. Ogni possibile accorgimento è stato preso per ottenere questo risultato:

  • La scelta della valvola ECC86 per le caratteristiche già descritte ,
  • L’alimentazione dei filamenti in corrente continua per ridurre al minimo l’introduzione di rumore a 50 Hz, 2)
  • L’alimentazione anodica priva di qualsiasi ripple e resa stabile da un regolatore di tensione a stato solido.
  • Una cura estrema nel collegamento dei ritorni di massa.
  • Infine la possibilità di alimentare il tutto tramite batterie esterne.

Lo schema dell’alimentatore è riportato in fig 4 sono visibili la sezione anodica che fornisce +48 volt tramite il secondario del trasformatore, un ponte di diodi e il circuito regolatore composto da TR1 e TR2 .
La tensione può essere regolata sul valore di + 48Vcc agendo sul potenziometro P1 da 20 kOhm.
La tensione per il filamenti è fornita invece dall’integrato IC1 (LM 388K); l’uscita viene fissata al valore di 6,3 volt agendo sul potenziometro P2.
L’alimentazione tramite batterie esterne viene servita dal relay RY. Il relay è normalmente eccitato quando il circuito è alimentato dalla rete elettrica. Quando l’interruttore (SW1) posto sul primario del trasformatore viene aperto, il relay si diseccita e, attraverso SW 2 in posizione “ON”, il preamplificatore può essere alimentato da batterie esterne. Questa operazione va fatta a preamplificatore spento o con il controllo del volume dello stadio linea a zero per evitare pericolosi “bump” negli altoparlanti.
La sezione amplificatrice è completamente realizzata con collegamenti “point to point” (Fig 3) mentre la sezione alimentatore è realizzata su di una piastra mille fori (Fig 5) e fa uso di un trasformatore di alimentazione toroidale con caratteristiche professionali.
La serie di foto che seguono mostrano l’insieme dei circuiti montati su di un telaio di alluminio (Fig 6) e (Fig 7)e la visione di insieme dell’apparecchio. Sul pannello frontale è stata ricavata una finestrella e attraverso la stessa si intravedono le valvole e la scritta sullo sfondo che riporta il nome del mio nipotino Michele al quale ho dedicato questo lavoro.

Foto 01: Point to point wiring
Foto 02: Power supply regulators
Foto 03: Vista d’assieme, superiore
Foto 04: Vista frontale
Foto 05: Chassis
Foto 06: Vista complessiva apparecchio
Foto 07: Particolare resistenze di carico MC

Conclusioni
La sfida iniziale di verificare la bontà dell’alimentazione a batteria rispetto quella classica si conclude a favore della batteria. Il preamplificatore è completamente privo di hum mentre è udibile il fruscio tipico (hiss) delle circuitazioni valvolari quando il controllo del volume è al massimo.
Alimentato dalla rete elettrica evidenzia un certo rumore alla frequenza di rete. In condizioni di normale ascolto di un disco in vinile, tuttavia, la differenza tra le due alimentazioni diventa praticamente impercettibile.
A.E. R. Tambre – Italy –