Il Bias, o meglio la regolazione del Bias di una valvola, è la determinazione del valore della corrente continua che arriva al piedino della griglia di un tubo termoionico, la quale deve corrispondere a quella necessaria per il funzionamento ottimale del componente.
LA POLARIZZAZIONE DELLA GRIGLIA
La griglia di una valvola amplificatrice (es. un triodo) funziona come un regolatore della corrente che scorre tra catodo (-) e anodo (+). Perchè il processo si attivi la griglia deve essere polarizzata. Man mano che si carica elettricamente con polarità negativa essa respinge gli elettroni provenienti dal catodo (le polarità opposte si attraggono, mentre quelle identiche si respingono) impedendo il passaggio della corrente (condizione di “cutoff”). Viceversa, quando la si carica positivamente essa favorisce il passaggio degli elettroni dal catodo verso l’anodo. Continuando ad aumentare la carica elettrica positiva della griglia si raggiunge un punto oltre il quale il passaggio di corrente non incrementa più (condizione di “saturazione”).
Il corretto funzionamento della valvola si ottiene quando il valore della corrente applicata alla griglia (bias, o corrente di polarizzazione) corrisponde alla media tra cutoff e saturazione. L’entità numerica di tale valore è una caratteristica progettuale della valvola stessa e può tipicamente variare tra marche, modelli e perfino tra singoli esemplari di tubi identici.
BIAS NEL PREAMPLIFICATORE
Il circuito del pre degli amplificatori è solitamente progettato in modo che le griglie delle varie valvole presenti si polarizzino automaticamente, per cui nessuna regolazione si rende necessaria, anche sostituendole con tipologie diverse (es. sostituendo una 12AX7 con una 12AU7), in questa parte dell’apparecchio.
Per il finale di potenza il discorso è un tantino diverso e più articolato.
BIAS NEL FINALE DI POTENZA
Nel caso di valvole come le EL84 o comunque nei progetti in classe A effettiva, nei quali l’intero lavoro di amplificazione è svolto da un’unica valvola finale, il circuito è quasi sempre concepito per la taratura automatica della polarizzazione senza bisogno di interventi esterni.
La maggior parte dei finali di potenza funziona però in classe AB, nella quale più valvole si dividono il compito di amplificare la sola semionda negativa o positiva e devono fare, per così dire, lavoro di squadra. Questi amplificatori richiedono una corrente di bias ottimizzata per le valvole in uso che è possibile regolare intervenendo su un trimmer interno.
QUANDO IL CONTROLLO MANCA
Nonostante ciò, alcuni costruttori sono soliti tararne il valore in modo fisso attraverso un circuito, richiedendo l’utilizzo vincolante di valvole di un’unica marca, pre-selezionate in fabbrica per lavorare in coppia o in quartetto. Per poter utilizzare valvole non selezionate e di qualsiasi produttore regolando normalmente il biasi, in questi ampificatori occorre progettare una vera e propria (a volte anche complessa) modifica del circuito del finale di potenza. La scelta costruttiva è di norma motivata dal fatto che il progetto di questi finali è tale per cui regolazioni alternative del valore della corrente non apporterebbero miglioramenti alla prestazione. D’altro canto essa si traduce in un buon espediente per costringere gli utenti all’utilizzo obbligato di un prodotto specifico, con relative convenienze economiche per chi produce.
PERCHE’ SI REGOLA IL BIAS
Nel finale di potenza la regolazione della corrente di bias ha lo scopo primario di ottenere il corretto valore costante per il quale la griglia si polarizza attraendo la giusta quantità di elettroni quando il livello del segnale in ingresso dello stadio di potenza è zero.
La potenza è infatti erogata dal finale anche quando il segnale in ingresso è nullo ed essa è data dal prodotto della tensione presente sull’anodo moltiplicata per il valore della corrente di bias. Tale corrente risulta quindi corretta quando fa passare gli elettroni tra anodo e catodo senza costringere la valvola ad erogare una potenza superiore a quella per la quale è progettata.
Date le piccole differenze di resa che intercorrono anche tra singoli esemplari di valvole dello stesso modello e marca, la taratura di precisione della corrente di bias si rende necessaria ad ogni cambio.
STRATEGIE DI REGOLAZIONE
La regolazione del valore ottimale del bias è di norma eseguita controllando all’oscilloscopio la simmetria e la regolarità della semionda positiva e di quella negativa del segnale, per cui il valore è sostanzialmente obbligato, così come lo schermo dello strumento mostra chiaramente. Esso resta anche il miglior valore possibile quando il progetto dell’amplificatore tende a creare la distorsione soltanto dal preamplificatore lasciando lavorare il finale di potenza in condizioni linearità (es. Fender Twin).
Tuttavia molti finali apportano distorsione al segnale del pre e dal momento che in un ambito molto ristretto di variazioni (poche decine di milliAmpere) anche piccole differenze possono causare modifiche sensibili al comportamento dinamico e timbrico dell’amplificatore, alcuni musicisti ritengono di personalizzare tale taratura per sfruttarne l’effetto.
CALDO O FREDDO
Quando infatti il bias è regolato alto (bias caldo) aumenta la percentuale di distorsione prodotta dal finale e la vita delle valvole finali tende a diventare via via più breve, sempre più al di sotto della media che il loro progetto prevede.
Al contrario, se il bias è regolato basso (bias freddo) il finale lavora in condizioni di maggiore (quando non di totale) linearità, lasciando molta più dinamica e margini di potenza a disposizione quando siamo in presenza di ampio segnale in ingresso. Ciò favorisce una durata delle valvole assai più prolungata nel tempo, ma dà luogo ad un segnale meno articolato, meno ricco di armoniche, per cui è più difficile ottenere una timbrica soddisfacente.
ATTENZIONE!
La taratura del bias non è cosa alla portata di tutti.
Abbiamo a che fare con valori di tensione molto alti (> 400V, presenti anche una volta che si sia spento l’amplificatore) e la mancanza di una buona messa a terra del circuito o di una efficace manovra di scarica dei condensatori di alimentazione può causare danni anche molto gravi alla persona che opera. Sconsiglio dunque vivamente a chi non abbia sufficiente esperienza e un minimo di attrezzatura di imbarcarsi nell’operazione.
Ad ogni modo i risultati migliori si hanno quando la persona che effettua le regolazioni affianca quella che suona, che con lo strumento in mano giudica in tempo reale quando il suono e la risposta dinamica dell’amplificatore risultino più soddisfacenti in ragione della minima variazione applicata.
CONCLUSIONI
Tirando le somme possiamo dire che la taratura ottimale del bias di un amplificatore consente di utilizzarlo al meglio delle prestazioni che il suo progetto preveda.
Negli amplificatori che tendono a lasciar distorcere anche il finale, piccole variazioni della corrente di polarizzazione rispetto a quella ottimale possono indurre comportamenti variati nella risposta dinamica, nell’erogazione della potenza e conseguentemente nella quantità di distorsione che è possibile aggiungere al segnale. Essi possono incontrare il gusto o soddisfare l’esigenza del musicista, ma è bene tener conto che li si ottiene al prezzo di una perdita di armoniche o di una riduzione della durata della vita delle valvole finali.