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Amplificatore Valvolare Single Ended Tektron KT120 - Modifiche

Questo amplificatore analizzato in precedenza evidenziava diversi problemi.
In questa pagina si descrivono le modifiche e le migliorie apportate allo scopo di risolverli e giungere ad un risultato nettamente migliore.

Indice Argomento Corrente

1) Elenco delle modifiche dell'alimentazione
2) Stadio preamplificatore, possibili modifiche
3) Stadio finale di potenza, possibili modifiche
4) Lo schema elettrico modificato
5) Modifiche implementate e logica delle stesse
6) Banda passante
7) Differenza fra i canali
8) Analisi comportamenti limite e sfasamento
9) Rumore di fondo
10) Diafonia
11) Comportamento preamplificatore driver
12) Conclusioni

1 - Elenco delle modifiche all'alimentazione

Il principale problema della sezione alimentazione era soprattutto la mancanza di condensatori di bassa capacità in parallelo a quelli di livellamento per eliminare eventuali disturbi ad alta frequenze e fornire picchi di corrente all'amplificatore finale di potenza.
Ho proceduto dissaldando tutti i condensatori di livellamento e rifacendo da zero il cablaggio di tutto lo stadio. Innanzi tutto non mi piacevano i fissaggi dei condensatori, con dei supporti a biadesivo, fascette per fissarli ai supporti e colla. Ci sono una marea di possibilità di fissaggio migliori e più belle esteticamente. Di seguito come ho proceduto:

  1. Rimozione di tutti i condensatori di livellamento e relativi componenti ancorati ad essi

  2. Ho acquistato e tagliato a misura una piccola base in policarbonato di generoso spessore (4mm) che fungerà da supporto.

  3. Ho fatto i fori di ancoraggio sulla basetta in policarbonato sfruttando per l'ancoraggio le viti già presenti che fissano i trasformatori.

  4. Ho fatto i fori per far passare le fascette in teflon per ancorare i condensatori.

  5. Ho ordinato 2 condensatori di buona qualità per rimpiazzare il primo e l'ultimo della catenaria, il primo l'ho preso di tensione più alta e l'ultimo di capacità più alta.

  6. Ho messo in parallelo al condensatore di alimentazione della sezione preamplificatrice e quello di alimentazione delle finali un condensatore da 220nF poliestere metallizzato da 630V di buona qualità adatto per alte frequenze.

  7. Ho saldato un resistore di scarica per i condensatori di valore abbastanza alto.

  8. Ho fissato il tutto con dei dadi e dei controdadi (sotto) con tanto di rondella e grower per evitare che nel tempo si possa allentare. In alternativa si può utilizzare del blocca filetti.

2 - Stadio preamplificatore, possibili modifiche

Il preamplificatore per essere ottimizzato necessita di varie modifiche alcune anche invasive che riguardano l'amplificazione totale e il punto di lavoro delle valvole. Ma andiamo in ordine analizzando lo schema originale:

3 - Stadio finale di potenza, possibili modifiche

La sezione di potenza per lavorare al meglio deve avere la giusta polarizzazione di griglia. Purtroppo la polarizzazione automatica impiegata nello schema originale non si presta a tarature se non cambiando la resistenza catodica. Inoltre quest'ultima è fonte di grande dissipazione di potenza e generazione di calore. Io procederò nel seguente modo:

  1. Eliminazione della resistenza catodica della KT120 e sostituzione della stessa con una di basso valore da utilizzarsi unicamente per la taratura del bias.
  2. Fabbricazione di un circuito alimentatore per la polarizzazione della griglia della KT120 con possibilità di regolazione fine della tensione. Sarà un circuito assolutamente a se stante e avremo vari benefici sia come efficienza che come possibilità di regolazione.

4 - Lo schema elettrico modificato

Ed ecco lo schema dell'amplificatore modificato e migliorato. Sono state introdotte tutte le modifiche compatibili con lo spazio a disposizione.

Amplificatore valvolare tektron kt120 - Schema modificato

Facciamo un po' di conti sulla parte del circuito dedicata all'alimentazione.

Parametro

Prima

Dopo

Formula

Prima della modifica

Dopo la modifica

Energia immagazzinata in C3 (Joule)

100uF

220uF

0,5*C*V2

7,5 Joule

16,9 Joule

Energia immagazzinata in C4 (Joule)

330uF

330uF

0,5*C*V2

23,8 Joule

23,8 Joule

Energia immagazzinata in C6 (Joule)

330uF

470uF

0,5*C*V2

20,2 Joule

28,7 Joule

Siamo arrivati a oltre 1000uF di capacità totale di livellamento.
Non ho tenuto conto delle capacità aggiunte in parallelo ai condensatori di livellamento perché praticamente ininfluenti ai fini dell'energia immagazzinata.
Purtroppo non vi era lo spazio a disposizione per sostituire C4 con un condensatore di maggiore capacità, avrebbe migliorato la già bassa diafonia.
L'energia immagazzinata è aumentata parecchio, specie sul primo condensatore di livellamento, ci si aspetta un miglioramento del già bassissimo rumore di fondo.
Ma l'obbiettivo finale era ridurre l'induttanza serie dei condensatori di livellamento alle alte frequenze che avendo una grande capacità e una tensione di funzionamento alta hanno invariabilmente un'alta induttanza serie, per questo sono stati messi C5 e C7 per avere una maggior dinamica e precisione sulle alte frequenze.

Nota: quando si lavora con dei filtri LC occorre sempre verificare la frequenza di risonanza che deve essere più bassa della frequenza audio più bassa riproducibile, quindi nel nostro caso minore di 20Hz.
In questo caso la frequenza di risonanza di L1 e C4 è di 4,6Hz, quindi tutto bene. Se la frequenza di risonanza rientrasse nella gamma audio il circuito di livellamento diventerebbe instabile per tale frequenza.

Amplificatore valvolare tektron kt120 - Particolare dello stadio di alimentazione modificato

Aldilà della bellezza di questa soluzione analizziamo di seguito il risultato delle modifiche.

5 - Modifiche implementate e logica delle stesse

  1. Alimentatore per le griglie di controllo delle KT120.
    Come vedete è stato utilizzato lo schema di un duplicatore di tensione per innalzare la tensione in uscita utilizzando un trasformatore con un secondario con un voltaggio troppo basso.
    Come trasformatore è stato scelto uno Spitznagel, l'uscita sotto carico è di 18V ma a vuoto sale a 32V. Ai capi di C13 e C14 abbiamo 45V che diventano 90V ai capi della serie C13-C14. Questa tensione viene ridotta e stabilizzata dalla serie DZ1-DL1 (DL1 è un LED con la funzione di evidenziare quando l'alimentatore sta funzionando) e ridotta a 62V.
    La resistenza R9 limita la corrente che scorre a 1,3mA.
    Il condensatore C15 elimina il rumore prodotto dallo zener.
    Trim2 è un trimmer multigiro e regola finemente la tensione di polarizzazione applicata alla griglia di controllo della KT120.
    Il montaggio è stato eseguito sfruttando le viti già presenti ed utilizzando un supporto in policarbonato per l'isolamento della parte bassa del circuito.

  2. Le due sezioni della valvola 6414 sono state messe in parallelo recuperando la seconda sezione inutilizzata allo scopo di abbassare l'impedenza di uscita dello stadio.
    Allo scopo sono state riadattate anche R2 ed R10.
    E' stato tolto il condensatore ai capi di R2.
    Ora viene introdotta una piccola controreazione in corrente.
    La distorsione indotta da questo stadio si è ridotta notevolmente.
    Nota:
    alla fine è stato rimesso un condensatore di grossa capacità (1000uF 25V) C2 ai capi di R2 sfruttandone l'induttanza parassita per eliminare la piccola autooscillazione che si evidenziava nel test con l'onda quadra a frequenze ultrasoniche.
    Nel contempo è un po' aumentata l'amplificazione.

  3. Eliminazione della resistenza catodica di polarizzazione automatica della griglia di controllo delle KT120.
    E' stata rimpiazzata con una resistenza da 5,6 Ohm che serve unicamente come riferimento di tensione per regolare il bias delle KT120.
    Questo ha comportato un aumento della tensione Vak delle KT120 di quasi 30V e una diminuzione del calore totale prodotto.
    E' stata anche eliminata la controreazione serie indotta da queste resistenze.
    Quindi un piccolo vantaggio in termini di elongazione della tensione ai capi del trasformatore adattatore di impedenza e un aumento dell'amplificazione dello stadio.

  4. Tutti i reofori delle resistenze e in alcuni casi anche il corpo delle stesse sono stati isolati con guaina termo restringente per evitare falsi contatti.

  5. Le resistenze R10 sono state sostituire con altre con una capacità di dissipazione maggiore (5W) per ridurne il surriscaldamento dovuto all'aumento della corrente che le percorre.
    Vista la mole delle stesse è stato pensato un sistema di ancoraggio più efficiente.
    L'obbiettivo è quello di non avere punti caldi, oltre ovviamente alle valvole.
    Questo per la durata nel tempo del circuito.
    Ricordate, all'interno di un amplificatore a valvole l'unico punto caldo devono essere le valvole stesse, tutti gli altri componenti devono essere al massimo a 20-30°C in più della temperatura ambiente, possibilmente meno.

Componenti utilizzati per le modifiche:

Note di taratura del bias:

Il bias si tara mettendo un multimetro ai capi di R5 e girando il trimmer di taratura relativo fino a che la tensione ai capi di R5 non raggiunge i 0,67V che corrispondono ad una corrente di bias di 120mA. Con questa corrente la KT120 dissipa 47W che è ampiamente nei limiti massimi di dissipazione di tale valvola (60W). Rispetto all'originale è stata ridotta la potenza massima dissipata senza ridurre la potenza in uscita.

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Vista di insieme delle modifiche

In questa fotografia è possibile (sopra) vedere il piazzamento dell'alimentatore per le griglie di controllo delle KT120 con i due trimmer per regolare la polarizzazione in modo indipendente delle due valvole. Sotto l'alimentatore vi è un supporto in policarbonato per isolare il tutto.

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Foto Amplificatore

Nella foto sopra come si presenta l'amplificatore.
Per motivi estetici è stato cambiato il led blu ad alta luminosità che evidenzia l'accensione dell'amplificatore con uno più grande, satinato per essere più visibile con tanto di circuito di polarizzazione con diodo e condensatore di stabilizzazione e resistenza di limitazione della corrente. Il tutto è collegato ai 6,3V che alimentano i filamenti delle valvole.
Sotto la scritta "Tektron" verrà inciso con il laser "Modified by AudioValvole".

6 - Banda passante

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Rilievo della banda passante

Come vedete la banda passante supera abbondantemente i 20 KHz, la prova è stata fatta fino a 50KHz. Come vedete non ci sono comportamenti strani e cali repentini.

7 - Differenza fra i canali

Differenze fra i canali in uscita

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Differenze fra i canali

A 20Hz come potete vedere vi è un po' di distorsione dell'onda, tuttavia quello che ci interessa sono le leggere differenze di ampiezza fra canale destro e sinistro. Scambiando le valvole preamplificatrici i risultati si invertono, quindi sono dovuti alle differenze fra le due valvole. Utilizzandone due perfettamente uguali il problema, comunque limitato, sparirebbe.

8 - Analisi comportamenti limite e sfasamento

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Comportamento a 20 Hz

Sfasamento ingresso uscita a 20Hz. L'uscita è in anticipo, vi è una componente reattiva di tipo capacitivo, probabilmente dovuta all'unico condensatore di accoppiamento. L'angolo di sfasamento è 45°.

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Comportamento a 20 KHz

Sfasamento ingresso uscita a 20KHz. L'uscita è in ritardo, vi è una componente reattiva di tipo induttivo, probabilmente dovuta all'induttanza dispersa del trasformatore adattatore di impedenza. Si potrebbe ovviare con una rete di compensazione con un gruppo RC, tuttavia il problema è molto limitato ed ininfluente in quanto questo amplificatore non utilizza la controreazione globale. L'angolo di sfasamento è circa 35°.

9 - Rumore di fondo

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Rumore di fondo

Dettaglio del rumore di fondo. Come si può calcolare i piccoli picchi che si trovano in uscita hanno una frequenza di 50Hz indizio importante per capire che sono indotti dal sistema utilizzato per polarizzare le griglie di controllo delle KT120, in quanto questi è l'unico alimentatore che opera a 50Hz. Ha un valore di 1,41mVeff (all'uscita dell'amplificatore) e ha valore solamente didattico in quanto è notevolmente basso.
Siamo ad un rapporto segnale rumore di 75-80dB.

10 - Diafonia

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Diafonia

Con la diafonia siamo al livello del rumore di fondo, qualche mV, quindi praticamente assente ed inavvertibile, quasi al livello di un amplificatore dual mono.

11 - Comportamento preamplificatore driver

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Preamplificatore driver

Complice l'aumento della tensione di polarizzazione della griglia controllo delle KT120 e della diminuzione di amplificazione ora il clipping è scomparso completamente. In uscita abbiamo 61,29Vpp con un ingresso di 4Vpp per una amplificazione di 15,3. Un certo recupero di amplificazione si è ottenuto eliminando la resistenza catodica delle KT120, quindi la sensibilità generale dell'amplificatore è diminuita solo leggermente.

Amplificatore valvolare tektron kt120 modificato - Analisi armonica Preamplificatore driver

La distorsione armonica misurata a metà potenza è abbastanza bassa. Come sempre in questo tipo di amplificatori è incentrata sulla seconda armonica.

12 - Conclusioni

Direi che è perfetto, rumore di fondo e diafonia inesistenti, possibilità di regolare il punto di lavoro delle KT120, stadio di ingresso migliorato, distorsione ridotta sotto il 5% alla massima potenza. L'unica cosa che è migliorabile è la sensibilità in ingresso.
Ma per questa modifica occorre cambiare le valvole preamplificatrici con altre con una amplificazione maggiore.
Unico rimpianto, all'interno del mobile non vi è lo spazio per alloggiare un filtro di alimentazione decente per evitare che disturbi captati dalla rete possano passare all'amplificatore. Occorre utilizzare una alimentazione filtrata esterna.
Curiosità: provando l'amplificatore con un carico fittizio mi sono accorto che i trasformatori adattatori di impedenza suonano (si comportano come altoparlanti!!) fino ad alta frequenza. Sarebbe stato meglio resinarli sottovuoto in fase di costruzione. Per il resto sono ben fatti e vanno molto bene.
Ultima cosa: non capisco perché in tutti gli amplificatori con filamenti alimentati in alternata il twistaggio dei conduttori (per elidere il campo magnetico) non è fatto meglio, magari twistando di più i cavi e magari impiegando dei cavi rigidi per evitare che si srotolino. Questo problema è comune a tutti gli amplificatori che ho avuto sottomano.
La soluzione migliore sarebbe twistare strettamente il cavo e poi utilizzare una copertura in permalloy ricavando una canalina dedicata sul telaio dell'amplificatore.
In questo non vi è nessun effetto negativo quindi non ho rifatto i collegamenti lasciando quelli originali.

 

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