Introduzione alle valvole termoioniche.

Le valvole termoioniche sono componenti elettronici “attivi”, cioè capaci di fornire in uscita un segnale amplificato rispetto all’entrata grazie ad una “alimentazione” esterna.
Il loro funzionamento è semplice: In uno spazio al cui interno è stato creato il vuoto, sono posti i componenti necessari al suo funzionamento : anodo, griglia e catodo.
L’emissione degli elettroni avviene tramite riscaldamento, (emissione termoionica) che può avvenire in maniera diretta (in questo caso il catodo funge da riscaldatore) o in maniera indiretta (in questo caso si introduce all’interno della valvola un ulteriore elemento detto riscaldatore).
Iniziamo a fare alcune distinzioni tra le differenti tipologie di valvole più comuni utilizzate nelle amplificazioni in campo audio:
Triodi a riscaldamento indiretto, triodi a riscaldamento diretto, pentodi di segnale, pentodi di potenza, tetrodi a fascio.
Triodi a riscaldamento indiretto: le valvole termoioniche di questo gruppo utilizzano un filamento, oltre alle componenti di anodo, griglia e catodo, per riscaldare l’interno della valvola così da permetterne il funzionamento. All’interno di questa categoria troviamo i singoli triodi, come la 6J5 con zoccolo Octal, e i doppi triodi come le ECC81,ECC82, ECC83 e così via.
I triodi a riscaldamento diretto: A questo gruppo appartengono le valvole che utilizzano un particolare tipologia di catodo, il quale ha la doppia funzione di riscaldare la valvola permettendo il funzionamento e appunto quella di essere anche il catodo della valvola. Questa tipologia di valvola, che è la migliore dal punto di vista dell’emissione in gamma audio, è stata tra le prime ad essere stata costruita ed immessa sul mercato agli inizi del XX secolo. Tra i triodi a riscaldamento diretto troviamo la 45, la 300B, la 211, la 845, etc..
I pentodi di segnale: in effetti il loro uso è diminuito dagli anni novanta in poi. Tra i pentodi di segnale per uso audio più diffusi, la EF86 è la valvola più nota. Le componenti delle valvole a riscaldamento indiretto sono sempre anodo, griglia catodo e filamenti riscaldatori. Nei pentodi vengono aggiunte due griglie per aumentare le capacità di flusso e di controllo della valvola.
I pentodi di potenza, come le EL84, 6L6, 6V6, EL34, 6550 e etc.. sono noti proprio per essere tra le valvole più diffuse sul mercato negli amplificatori per chitarra e per hi fi. Con una eccellente linearità in gamma audio e la loro capacità di erogazione di potenza ne ha permesso una larga diffusione. A differenza dei triodi a riscaldamento indiretto, i pentodi di potenza sono composti oltre all’anodo ed al catodo e dalla griglia da altre due griglie ,una viene definita di controllo ed una di soppressione. Naturalmente a queste componenti interne bisogna aggiungere il filamento riscaldatore. Di norma la griglia di soppressione è collegata al catodo allo scopo di ridurre la distorsione e per risparmiare un piedino di collegamento.
I tetrodi a fascio: Simili ai pentodi, sono stati progettati per superare il problema del brevetto Mullard relativo ai pentodi. Il loro funzionamento si differenzia leggermente da quello dei pentodi grazie alle placche di focalizzazione le quali permettono di concentrare un maggiore flusso di elettroni sull’anodo così da ottenere potenze leggermente superiori ai pentodi. Le valvole più note con questa tipologia di costruzione sono le KT66, KT88, KT120, KT150.

In una classifica ideale di qualità audio certamente i triodi a riscaldamento diretto sono i vincitori assoluti. Le loro caratteristiche di calore, fascino e musicalità complessiva sono inavvicinabili dalle altre tipologie di valvole, specialmente in configurazione single ended, con il limite delle potenze ottenibili in uscita.
Per comprendere meglio le diverse caratteristiche soniche tra le valvole di potenza possiamo affermare che gli appassionati di rock e pop troveranno nei tetrodi a fascio le loro valvole ideali, mentre gli appassionati di musica classica e jazz preferiranno le tonalità più morbide dei pentodi.

La valvola termoionica è stato il primo componente elettronico "attivo" inventato. Per "attivo" si intende un componente che, grazie a una fonte esterna di energia, fornisce in uscita un segnale di potenza amplificato.

Il funzionamento di massima è semplice: la corrente passa fra due elettrodi (l'anodo e il catodo); a seconda della tensione a cui sono poste alcune parti metalliche (griglie) frapposte tra i due elettrodi, il catodo emette elettroni per effetto termoionico, cioè per riscaldamento.

Poiché il flusso di corrente è dovuto agli elettroni (non a ioni), taluni chiamano il dispositivo valvola termoelettronica.

Quali tipi di valvole esistono?

Ne esistono di diverse tipologie, ma il principio e le componenti sono gli stessi.

ll tubo termoionico è costruttivamente simile alla comunissima lampadina del tipo a incandescenza, infatti non è altro che un involucro di vetro (in alcuni modelli è di metallo o di ceramica) nel quale è presente il vuoto contenente un filamento metallico portato all'incandescenza  facendolo attraversare da una corrente elettrica.

A differenza della lampadina contiene uno o più elementi metallici (a forma di griglia o di schermi), collegabili dall'esterno.

Il filamento metallico, o meglio un tubicino metallico che lo avvolge, nel caso di riscaldamento indiretto, è chiamato catodo, l'elemento metallico più esterno è chiamato anodo. Eventuali elementi intermedi sono chiamati griglie.

Il principio di funzionamento del tubo termoionico è quello dell'emissione termoionica: ogni metallo, soprattutto ad alte temperature, emette elettroni, cariche elettriche elementari di segno negativo. Se il catodo è polarizzato negativamente rispetto all'anodo, ovvero se il catodo è collegato al polo negativo di una batteria e l'anodo a quello positivo, si stabilirà un flusso di elettroni, ossia una corrente elettrica, tra catodo e anodo (perché gli elettroni vengono attratti dall'anodo).

Se la polarizzazione è opposta, nessuna corrente elettrica passerà tra catodo e anodo, perché l'anodo respingerà gli elettroni. Il risultato è quello di un dispositivo in grado di far passare la corrente in un solo senso, detto diodo usato principalmente come rivelatore o come rettificatore.

Le valvole più usate nel settore audio sono: triodi a riscaldamento indiretto (es. ECC83) , triodi a riscaldamento diretto (es. 300B), pentodi (es.EL34), tetrodi a fascio (es. KT88), rettificatore (es.GZ34).

Che differenza c'è tra le valvole a riscaldamento indiretto e riscaldamento diretto?

La valvola termoionica o termolelettronica basa il suo funzionamento sul fatto che i metalli emettono elettroni quando riscaldati a temperature elevate. L'elemento riscaldatore presente all'interno della valvola può essere separato dagli altri componenti (anodo, griglia, catodo) oppure essere il catodo stesso.

Nel secondo caso, quando l'anodo funge anche da elemento riscaldatore, la valvola è definita a riscaldamento diretto (DHT).

Le valvole a riscaldamento diretto (Direct Heating Tube) più note sono le 300B, la 845, la 211, la 2A3 e la 45 e sono tutti triodi.

Le valvole a riscaldamento indiretto sono la maggioranza e comprendono triodi (es. 6J5, 6C33S), doppi triodi (es.ECC81,12AX7), pentodi (es. EL34,EL84,6L6) e tetrodi a fascio (es. KT88, KT120,KT150).

Perche le valvole producono un diverso suono rispetto alle amplificazioni audio a stato solido?

Nell'ambito della riproduzione di audio musicale, le valvole, in particolare dagli anni 70, sono state soppiantate dai circuiti a semiconduttore.

Esse comunque vengono ancora prodotte per una serie di esigenze particolari, ma la maggior parte della attuale produzione è riservata per il mondo audio di alto livello e per il settore delle amplificazioni professionali per chitarra, basso e strumentazione per studi di registrazione.

Mentre al tempo del suo massimo splendore la valvola era utilizzata necessariamente in ogni apparecchiatura audio, oggi le valvole sono destinate solo ad amplificatori di alta classe.

Questa scelta viene giustificata da una parte degli "audiofili", i quali apprezzano la maggiore "musicalità" che caratterizza un amplificatore valvolare rispetto ad uno a stato solido.

Gli amplificatori a valvole di alto livello possiedono una grande qualità di suono e sono in grado di rendere più naturale e gradevole l'ascolto, in particolare con la riproduzione degli strumenti acustici. Chiaramente, un amplificatore valvolare è composto da tante sezioni e solo una costruzione di qualità di tutte le sezioni potrà permettere alle valvole di esprimersi al massimo delle loro capacità.

Un largo utilizzo delle valvole va anche al mercato degli amplificatori valvolari per chitarra e basso.

Infatti, nonostante il transistor sia molto più comodo poiché gli amplificatori a transistor sono più leggeri, più economici e anche più durevoli, le valvole sono comunque preferite dai chitarristi, proprio per la possibilità di sfruttare la saturazione delle valvole e per sperimentare nuove tonalità di suono date specialmente dal funzionamento in piena distorsione (clipping) delle valvole finali.

È importante sottolineare che la distorsione (ogni dispositivo attivo produce una distorsione che viene misurata in percentuale) prodotta dalle valvole termoioniche in condizione di normale utilizzo è prevalente di ordine pari, cioè in armonia, con la nota fondamentale, mentre la distorsione prodotta da impianti a transistor è formata in percentuale prevalentemente da armoniche dispari, che sono appunto "disarmoniche" rispetto alla nota fondamentale, pertanto la maggior gradevolezza di ascolto nel caso di impianti valvolari è giustificata anche da questo tipo di sonorità più naturale.

Cosa sono le valvole NOS ?

L'acronimo NOS significa New Old Stock , e vuole indicare quella tipologia di valvole che provengono da vecchie produzioni e da vecchi stock invenduti dopo l'avvento dei semiconduttori. La valvole NOS deve essere nuova e mai utilizzata, se non per i normali test di controllo. Questo aspetto definisce realmente una valvola NOS rispetto ad una valvola vecchia e usata.

Le valvole prodotte durante gli anni del boom della tecnologia valvolare (dagli anni 40 agli anni 70) avevano delle caratteristiche particolari dovute ad una serie di materiali che venivano utilizzati per la loro realizzazione. Le lavorazioni con questa tipologia di  materiali sono risultati pericolosi per la salute dell'uomo e sono stati banditi definitivamente dalle produzioni industriali.

Dopo gli anni 2000 le valvole NOS sono state ricercate sempre più da collezionisti e appassionati audiofili. In particolare gli audiofili, ne hanno riconosciuto una serie di qualità tonali e timbriche superiori rispitto alle produzioni degli anni 2000.

La ricerca delle valvole NOS ha portato ad un esaurimento delle scorte disponibili e ad un aumento dei prezzo fino ad un livello molto alto ed a volte ingiustificato per alcune tipologie.

Attualmente le valvole realmente NOS hanno raggiunto costi elevati (soprattutto per le più comuni ECC83, EL34, KT88, 300B) e non appare più giustificato il loro acquisto.

Negli ultimi anni,  le nuove produzioni hanno raggiunto livelli qualitativi molto elevati eguagliando, ed in alcuni casi superando, le amate produzioni NOS.

Cosa si intende per valvole selezionate ed accoppiate?

La selezione della valvole.

Le valvole termoioniche sono dispositivi elettronici particolari. A differenza dei semiconduttori a stato solido, le valvole possono essere considerati elementi “ macro” le cui componenti interne sono molto più grandi dei corrispondenti dispositivi a stato solido. Volendo analizzare un componente a stato solido come un MOSFET, le componenti interne misurano nell’ordine dei micron o millimetri nelle dimensioni massime, mentre le componenti di una valvole, spesso superano il centimetro. Inoltre la valvola ha molti più componenti rispetto ad un semiconduttore e tutti di dimensioni maggiori. 

Le valvole sono prodotte in ambienti non controllati perché per la loro produzione servono temperature e macchinari le cui caratteristiche non richiedono ambienti sterili come per i semiconduttori.
E proprio per questi motivi che è possibile riscontrare maggiori differenze di valori tra le valvole rispetto agli equivalenti dispositivi a stato solido. Le selezioni servono a scegliere le valvole con caratteristiche costanti riferite ai relativi datasheet.

Piccole differenze nel vetro, un errato montaggio del bulbo, una saldatura fredda nel pin, differenze di inclinazione nei componenti interni, problemi di impurità all'interno del bulbo: questi sono piccoli problemi che possono occorrere nella normale produzione delle valvole. Alcuni di quesi problemi non creano alcun difetto elettronico per l'utilizzo del dispositivo, mentre altri possono inficiarne il corretto funzionamento e durata.

Inoltre, ogni valvola ha piccolissime differenze dall'altra e la selezione e l'accoppiamento tendono a ridurre al minimo tali differenze.

Cosa vuol dire" valvola con i triodi bilanciati"?

Alcune tra le valvole più comuni sono in effetti dei doppi triodi (es. ECC83, ECC81, 6922) cioè, all'interno del bulbo di vetro sono presenti due triodi.

Le valvole bilanciate sono selezionate per avere i triodi interni i più simili tra loro.

Cosa è il BIAS ?

Il BIAS o tensione di Polarizzazione nei circuiti di amplificazione audio a valvole permette la conduzione delle valvole di potenza negli amplificatori in Push-Pull.

Di norma, le valvole di potenza sono utilizzate in coppia per amplificare il segnale audio. Il segnale è composto da semionde positive e negative, ognuna viene amplificata da un valvola e dunque le valvole devono amplificare il segnale nella stessa misura. La regolazione del BIAS serve per regolare l'amplificazione della valvola tramite la somministrazione di una tensione negativa.

La regolazione del BIAS, quindi, permette alle valvole di amplificare il segnale in maniera equilibrata e ridurre la cosiddetta distorsione di crossover.

Esistono amplificatori con bias regolabile ed alcuni con bias fisso. In ogni caso, quando si effettua il cambio delle valvole di potenza, è opportuno acquistare sempre valvole selezionate ed accoppiate in coppia o quartetti.

N.B.

Regolare il BIAS è una operazione semplice per un tecnico specializzato, ma può essere estremamente pericolosa per chi non è un tecnico.

Le tensioni di lavoro delle valvole di potenza sono molto elevate (350/500 volt) e potenzialmente letali.

Rivolgetevi sempre ad un tecnico specializzato od al vostro rivenditore di fiducia.

Che tipo di selezione effettua VALVOLE AUDIO ?

Forti dall'esperienza di LAB Audio Technology, la selezione delle valvole in VALVOLE AUDIO avviene per una serie di fasi:

  • La scelta di fornitori affidabili;
  • La scelta dei modelli migliori per singolo produttore;
  • La richiesta ai produttori e distributori delle selezioni di livello più elevato;
  • Il controllo nel nostro laboratorio con i nostri strumenti;

Le valvole vengono controllate in tutti i loro parametri e solo successivamente possono essere spedite ai clienti.

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