VALVOLE E STATO SOLIDO: LA STORIA INFINITA

Questo articolo, lungi dall’essere una trattazione esaustiva e/o definitiva, ha piuttosto lo scopo di richiamare quelle che sono le caratteristiche principali dei dispositivi di amplificazione analogica attualmente utilizzati negli amplificatori: valvole, transistor e mosfet. Questi tre componenti, sono caratterizzati da parametri meccanici, chimici, fisici ed elettrici diversi, circostanza che ne definisce in qualche modo la personalità sonora. Vediamo cosa c’è dietro.

VALVOLE E STATO SOLIDO: IDENTICO IL FINE DIVERSO IL PERCORSO

Chi frequenta da qualche tempo il contesto dell’alta fedeltà – da appassionato oppure da operatore – conosce l’infinita diatriba che praticamente da sempre connota i dispositivi appena citati, i quali, per un verso o per un altro, sono amati oppure odiati in virtù di ciò che per loro natura fanno: amplificare. Cioè, non è che siano odiati per il fatto di amplificare ovviamente, ma facendolo in maniera diversa ovvero in base al loro principio di funzionamento, sono fonte di infinita discussione relativamente al fatto che “aggiungano” la loro personalità sonora al segnale.

Premetto, abbastanza ovviamente, che nessuno dei dispositivi citati è in grado di operare in modo autonomo, ragione per la quale il risultato finale sarà inevitabilmente connesso anche e soprattutto allo specifico circuito nel quale questo sarà inserito, circostanza che potrebbe esaltare le caratteristiche sonore così come deprimerle, aspetto questo che dovrebbe sempre essere considerato senza irrigidirsi su posizioni granitiche e spesso prive di senso; in altre e più semplici parole, affermazioni quali “è a valvole quindi suona bene” oppure “è a stato solido quindi suona male” vanno assolutamente bandite, non fosse altro per l’estrema banalità delle stesse.

Questo articolo è quindi dedicato a coloro che non hanno ancora ben chiaro cosa esattamente – ammesso che questo termine possa essere utilizzato in senso proprio – porti a preferire un tipo di dispositivo piuttosto che un altro, circostanza che porta a scelte conseguenti allorquando si debba acquistare un amplificatore.

Ci scuseranno i lettori maggiormente ferrati nell’argomento per le inevitabili imprecisioni in cui potremmo incorrere, aspetto legato al tentativo di rendere fruibile – soprattutto ai neofiti di questa bellissima passione – un bacino di informazioni effettivamente molto ampio e complesso.

VALVOLE E STATO SOLIDO: IL TUBO TERMOIONICO

E iniziamo proprio dal dispositivo che notoriamente sarebbe in grado di conferire al suono particolari calore e pienezza in maniera da renderlo maggiormente eufonico, ovvero più gradito al nostro udito: la valvola termoionica.

Una valvola, per quanto potrebbe apparire strano, deriva da una lampadina, non per nulla osservandola e non riconoscendola in quanto tale potrebbe facilmente essere confusa con il noto dispositivo atto a produrre luce. Il suo funzionamento si basa sull’effetto termoionico (anche noto come effetto EDISON), ovvero sul flusso di elettroni unidirezionale che si ottiene interponendo tra due elettrodi – noti come catodo ed anodo – un terzo elettrodo denominato griglia il quale, polarizzato in modo da attrarre gli elettroni, ne consente il transito ovvero lo scorrimento verso l’anodo. Solitamente – tranne i rari modelli racchiusi in un involucro ceramico o metallico – si compone di un bulbo in vetro nel quale viene fatto il vuoto, contenente un’incastellatura metallica che realizza la struttura meccanica che ne consente il funzionamento. In pratica, quello che potrebbe richiamare a prima vista una lampadina, è in realtà la struttura formata da anodo, catodo, griglia ai quali si aggiunge il filamento che si occupa di riscaldare il catodo al fine di fargli emettere elettroni.

Per questo motivo, ovvero controllando il flusso di elettroni che dal catodo si dirige verso l’anodo attraverso la griglia, si riesce ad amplificare il segnale applicato al dispositivo, poiché piccole variazioni della tensione di griglia portano a grandi variazioni della corrente anodica. Chiaramente esistono valvole di segnale e di potenza, la cui principale differenza giace nell’ampiezza del segnale che sono in grado di trattare – millivolt piuttosto che watt – ma alla fine il discorso non cambia, quella che si produce è pur sempre un’amplificazione di segnale.

Quello che abbiamo descritto finora è noto come triodo, vale a dire composto da tre elettrodi – ma esistono anche tetrodi e pentodi, rispettivamente a quattro o cinque elettrodi – ed addirittura, seppure praticamente non utilizzati, tubi la cui dotazione prevede sette, otto e perfino nove elettrodi. I triodi di segnale maggiormente conosciuti sono la ECC88, la 6922 oppure la 12AX7 o la 12AU7, mentre tra i tetrodi ed i pentodi vanno segnalate la EL34 e la KT88, dispositivi di potenza che possiamo ben definire storici, soprattutto la prima, introdotta a suo tempo da PHILIPS.

VALVOLE E STATO SOLIDO: IL TRANSISTOR

Nella speranza di aver trasmesso una sufficiente comprensione del fenomeno amplificazione così come si realizza nella valvola, affrontiamo ora il dispositivo a stato solido che praticamente tutti conoscono: il transistor bipolare, componente la cui comprensione relativa al funzionamento è alquanto più ostica.

Replica del primo esemplare di transistor inventato nei laboratori BELL negli Stati Uniti

Inventato ufficialmente nel 1947 all’interno dei laboratori BELL – ne erano in ogni caso stati identificati i tratti funzionali e salienti già a partire dal 1925 – i successivi sviluppi e raffinamenti hanno poi portato alle attuali versioni, e la prima e più immediata differenza è che mentre nella valvola il flusso di elettroni scorre nel vuoto, nel transistor lo fa attraverso dei materiali semiconduttori opportunamente lavorati al fine di modificarne la natura secondo lo specifico scopo; i suddetti materiali sono il silicio ed il germanio ai quali sono aggiunte per drogaggio delle particelle di indio oppure antimonio, sostanze che servono ad aumentare la conducibilità elettrica dei primi che essendo, per l’appunto, semiconduttori non concorrerebbero granché allo scorrimento del flusso di elettroni. Per cui, inserendo delle impurità di tipo opposto nelle due estremità in una barretta di silicio – note come emettitore e collettore – e lasciando una piccola zona centrale detta base, polarizzando in modo opportuno queste giunzioni si ottiene il medesimo risultato: l’amplificazione del segnale.

Aggiungo che la descrizione fatta è molto semplicistica, ma essendo lo scopo quello di dare un’idea circa lo specifico funzionamento, evitiamo di addentrarci troppo nell’intimo con lo specifico proposito di non complicarci la vita e fare inopportuna confusione.

VALVOLE E STATO SOLIDO: IL MOSFET

Similmente al transistor, questo dispositivo realizza l’amplificazione del segnale a partire da materiali simili; anche qui abbiamo degli elementi semiconduttori successivamente drogati uniti ad una disposizione fisica che ne favorisce la mutua interazione, gate, source e drain sono i nomi delle giunzioni fisiche di cui dispone. Costruttivamente, ovvero a causa di come i vari elementi sono assemblati tra loro e di come agiscono, la struttura di un mosfet ricorda quella di un condensatore, poiché tra le due regioni atte a stabilire il flusso di elettroni è interposto a mo’ di isolante uno strato di ossido.

A causa di ciò, i parametri elettrici di questo dispositivo di amplificazione sono quindi parecchio somiglianti a quelli di una valvola, cosa che ne rende assimilabile le prestazioni, soprattutto in termini di impedenza di ingresso, molto alta, e transconduttanza, vale a dire la specifica funzione di amplificazione.

VALVOLE E STATO SOLIDO: DIFFERENZE PRINCIPALI TRA I DISPOSITIVI

Bene, fatta questa più che breve panoramica – che ripeto non intende, ne potrebbe dato lo spazio a disposizione, essere esaustiva – vediamo altrettanto in breve quelle che sono le differenze principali che solitamente portano a scegliere un amplificatore piuttosto che un altro.

Ebbene, il dato che più di ogni altro influenza la prestazione finale è la distorsione caratteristica, ove valvola e mosfet prediligono la seconda armonica – molto più gradita all’orecchio umano – il transistor sceglie quella di terza, la cui sgradevolezza per l’apparato uditivo è assolutamente consistente, tanto da produrre notevole fastidio malgrado un ordine di grandezza minore rispetto, ad esempio, ad un tubo a vuoto. E questa è anche la ragione per cui con le valvole è possibile raggiungere valori di distorsione anche del 5%, percentuale che renderebbe un transistor assolutamente inascoltabile già da lungo tempo.

Come già scritto inizialmente, dovendo necessariamente operare nell’ambito di un circuito, appare ovvio che la componentistica elettronica usata è direttamente coinvolta nel risultato finale, motivo per il quale i progettisti si sbattono al fine di utilizzare la migliore – con riguardo al budget disponibile in tutta evidenza. Allo stesso modo, il circuito di alimentazione è una componente in grado di influenzare seriamente le prestazioni finali, il che, in unione alla deriva termica che affligge qualsiasi componente e topologia circuitale – almeno in determinati settori – porta all’ottenimento di risultati potenzialmente differenti.

VALVOLE E STATO SOLIDO: CONCLUDENDO

Dopo aver passato in rassegna quelle che sono le principali modalità di funzionamento dei dispositivi di amplificazione presi in esame, aver visto in sintesi l’influenza dei circuiti ancillari che necessariamente si troveranno a fare da contorno allo specifico schema elettrico, si evince che potenzialmente, nessuno dei tre attori di quella rappresentazione chiamata evento sonoro vada inquadrato come migliore in assoluto bensì inserito in un necessario gioco di squadra.

Potrebbe sembrare una conclusione quasi banale, ed in effetti in parte lo è, se non altro perché imprescindibile da un ascolto che possa effettivamente contribuire ad identificare se il prodotto scelto faccia o meno per noi.