Una nuova avventura

Ah beh, questo è scontato, ma è valido per qualunque progetto mica solo per questo.

Ovviamente appena sarà possibile effettuerò i primi ascolti, proprio per capire se si è sulla strada giusta oppure no.

Vorrei però che non si sottovalutasse il circuito solo perchè è semplice.

Il triodo V1A ad esempio è l'unico stadio di tutto l'amplificatore a lavorare come amplificatore di tensione. Il triodo V1A quindi è il componente più critico e deve trovarsi nelle migliori condizioni di funzionamento. Tali condizioni sono sostanzialmente due, per un triodo a catodo comune: il carico anodico (rappresentato non solo dalla Ra sull'anodo ma anche dal carico effettivo dello stadio seguente) e la qualità della tensione di alimentazione.

Il carico anodico (Ra, nello schema qui sotto) deve presentare, per quanto possibile, la più alta impedenza dinamica. Questo se si vuole far esprimere al meglio la valvola, ovvero ottenere il massimo guadagno e la più alta reiezione ai disturbi sull'alimentazione.

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

Usare una semplice resistenza (come si fa nel 90% dei progetti) impone quindi l'utilizzo di un alto valore per questo componente, almeno un centinaio di Kohm. La conseguenza di una R così elevata però è quella di dover utilizzare una tensione di alimentazione esageratamente alta, almeno qualche centinaio di Volt. Per questo motivo, nella maggior parte dei progetti, per contenere la tensione, si utilizza una Ra di solo qualche decina di Kohm al massimo. E' ovvio che le prestazioni del triodo però saranno inferiori, così come la reiezione ai disturbi, che imporrà a sua volta un'alimentazione estremamente pulita.

Una possibilità sarebbe quella di utilizzare un trasformatore di uscita, che avrebbe il vantaggio di avere un'alta impedenza dinamica, e una bassa impedenza alla componente continua, permettendoci così tensioni più basse, e nello stesso tempo di abbassare l'impedenza di uscita della valvola, facilitando l'interfacciamento con lo stadio seguente.

Un trasformatore di buona fattura però è ingombrante, pesante, e soprattutto costoso. E per quanto costoso, sarà sempre un componente imperfetto e pieno di effetti collaterali. L'effetto più devastante del trasformatore è che alla fine non sarebbe solo il tubo a suonare, ma l'insieme tubo + trasformatore. E' un componente invadente e presuntuoso, di cui si fa volentieri a meno.

Quindi, scartati la semplice resistenza e il trasformatore, rimane l'unica alternativa di un CCS (constant current source), cioè quella di un generatore di corrente come carico anodico. Il generatore di corrente ha due vantaggi estremamente interessanti: presenta una impedenza dinamica elevatissima (superiore a quella di qualsiasi trasformatore), si ottiene per mezzo di semiconduttori piccolissimi, non ha effetti collaterali evidenti, e costa pochissimo. E poi sì, i vantaggi sono ben 4 invece di due come ho scritto prima.

Il CCS ci permette il lusso ulteriore di una tensione più bassa del solito (valvola permettendo) ed è per questo che il nostro stadio lavora bene già a soli 80 Volt. E poichè il CCS è così importante, sarà proprio questo elemento ad essere migliorato negli schemi successivi.

E' opinione diffusa su tutti i forum dedicati all'autocostruzione (diyaudio.com e altri), ed è anche la mia opinione, che un CCS rappresenti il miglior carico possibile per un catodo comune come quello uitilizzato nel nostro progetto, ed in effetti il solo che riesce a tirar fuori il "vero" suono della valvola. Quindi non stiamo parlando di una sorta di controreazione che tende ad "ammazzare" la valvola, quanto piuttosto di qualcosa che ne esalta le caratteristiche.

Questo è un punto fondamentale, l'unico che da un senso, secondo me, ad una circuitazione ibrida valvole + stato solido.

bandAlex ha scritto:
Vorrei però che non si sottovalutasse il circuito solo perchè è semplice.

Sinceramente reputo la semplicità un valore aggiunto. ;) 8)

bandAlex ha scritto:
E' opinione diffusa su tutti i forum dedicati all'autocostruzione (diyaudio.com e altri) che un CCS rappresenti il miglior carico possibile per un catodo comune come quello uitilizzato nel nostro progetto, ed in effetti il solo che riesce a tirar fuori il "vero" suono della valvola. Quindi non stiamo parlando di una sorta di controreazione che tende ad "ammazzare" la valvola, quanto piuttosto di qualcosa che ne esalta le caratteristiche.

Questo è un punto fondamentale, l'unico che da un senso, secondo me, ad una circuitazione ibrida valvole + stato solido.

Difficile non darti ragione... :)

Poi ci sono anche altre considerazioni, che riguardano il punto di lavoro della valvola e come questo viene ottenuto.

Per tenere la griglia ad un potenziale più negativo rispetto al catodo, la soluzione più comunemente adottata è quella di utilizzare una resistenza tra catodo e massa, nello schema di riferimento sopra riportato indicata con Rk.

Su tale Rk si localizza una tensione che può variare da qualche frazione di volt a qualche volt, a seconda del punto di lavoro scelto. Tale resistenza ha anche l'effetto benefico di stabilizzare la valvola, perchè se la corrente anodica tende per qualche motivo a diminuire (ad esempio per l'invecchiamento del tubo), la tensione ai capi di Rk diminuirà, favorendo un aumento della corrente anodica stessa, ripristinando la condizione iniziale. Tale effetto "stabilizzante" però non può ovviamente distinguere tra la corrente continua del punto di lavoro e quella del segnale audio, per cui di fatto la Rk instaura una controreazione di tipo locale, detta degenerazione che farà diminuire il guadagno dello stadio. Quello che la degenerazione si mangia in guadagno, lo restituisce in linearità e miglioramento del rapporto S/N. Cioè con un generale miglioramento delle caratteristiche dello stadio.

Un progettista furbo però non cede alle lusinghe tentatrici della controreazione, ma mette ai capi di Rk un condensatore Ck in modo da evitare la degenerazione. In questo modo il guadagno torna ad essere quello di prima senza la Rk, e tornano ovviamente tutte le non linearità originarie. Anzi, torna pure qualcosa che prima non c'era, cioè il passaggio del segnale audio attraverso un ulteriore condensatore, che per la posizione in cui si trova è senz'altro un elettrolitico.

Il punto a cavallo di Rk è molto critico, molto più critico di quello dove generalmente troviamo un condensatore, cioè nell'accoppiamento tra uno stadio e l'altro. Questa criticità è dovuta al fatto che ogni minima non linearità del condensatore si trasformerà in una variazione di tensione sul catodo correlata con il segnale audio, quindi una distorsione, che sarà amplificata dalla valvola stessa. Un progettista furbo che mette il condensatore ai capi di Rk, non sa che per evitare la degenerazione ha di fatto spalancato la porta a un nemico molto più subdolo.

Ma come evitare la degenerazione e nello stesso tempo il condensatore Ck?

L'unico modo è quello di sostituire la Rk con un altro componente che produca la necessaria caduta di tensione per fissare il punto di lavoro, ma che tenga rigidamente costante la tensione ai suoi capi. E questo componente esiste (in realtà ce ne sono diversi) ed è il semplice e modesto diodo al silicio.

Lo scopo dei diodi D1, D2, D3 e D4 è proprio quello di evitare un condensatore elettrolitico, anzi due, in un punto nevralgico dell'amplificatore.

Grazie Giulio!

Ti accontento subito.

Oggi ho fatto i test su un carico di 4.7 Kohm, che dovrebbe corrispondere all'impedenza di ingresso del finale.

Questo è lo spettro alla soglia dell'1% di THD, a 1 KHz, 18 V di picco:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

Le cose migliorano notevolmente con 6 V di picco in uscita:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

In questo caso la THD raggiunge lo 0.187% - 0.021% (quella del generatore) = 0.166%

A 10 Khz le cose non cambiano molto, qui con 10 V di picco in uscita:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

Notare in quest'ultimo caso la sola seconda armonica (in questi grafici è la linea rossa da considerare).

A 0dbV, cioè 1.1 V di picco, ovviamente le cose migliorano ulteriormente (0.011%):

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

Questa è l'onda quadra a 10 KHz, 6 Vp:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

E questa è quella a 100 Khz:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

La banda passante dello stadio ha il punto a -3 dB a circa 1.05 MHz.

Personalmente, ritengo che visti i risultati passerò alla fase di ascolto quanto prima. 8)

Dimenticavo di dire che ho messo un controllo di volume all'ingresso, un potenziometro da 10 Kohm.

Nei prossimi giorni vedrò se è possibile migliorare le cose ai massimi livelli di uscita (18-20 Volt di picco).

Notevole!
I più sinceri complimenti, un ottimo risultato! :D

Esatto, Giulio. E con il potenziometro tra il preampli e il finale si dovrebbe comunque attenuare l'ingresso, altrimenti andrebbe in saturazione il triodo V1A anche solo con qualche decina di mV.

E proprio per definire l'interfacciamento con il finale, stasera misurerò con precisione l'impedenza di ingresso dello stesso, a varie frequenze e con vari carichi all'uscita. Così sapremo con quale condensatore avremo a che fare (nel caso sia necessario metterlo) tra il preampli e il finale.

Successivamente faremo il punto della situazione, cominciando dalle alimentazioni necessarie e vedere come sarà possibile semplificare al massimo e limitare il numero di componenti da utilizzare.

Questo perchè io vorrei mantenere tutto l'ampli su un'unica board, escluso ovviamente i (o il) trasformatori di alimentazione.

La board sarà quindi più grande di quella del VHF-1, probabilmente il doppio.

Ottimo. ;)


Ciao.
Giulio.

Fatte le misure.

Riassumo brevemente, poi seguiranno i grafici, più tardi (ci sono buone notizie, i dati sono davvero incoraggianti).

L'impedenza di ingresso del finale, con carico di 25 ohm (la Denon D5000, per l'esattezza), si attesta sui 3.5 Kohm.
Senza carico, invece è di 7 Kohm circa. Tali valori rimangono costanti con la frequenza (ma già lo sapevo).

Ho variato alcuni valori nello schema del preampli, anche questo lo vedremo più tardi.

Per ora, buona cena. :)

bandAlex ha scritto:
[...]
Per ora, buona cena. :)

Anche a te :),
a dopo.

:D

Dicevamo che l'impedenza di ingresso dello stadio finale a transistor è di circa 3.5 Kohm con una cuffia da 25 ohm, che rappresenta il carico massimo che probabilmente sarà collegato all'amplificatore. Esistono cuffie anche da 16 ohm, ma in genere sono cuffiette da passeggio o in-ear, di qualità non eccelsa. Quindi, con una cuffia da 25 ohm il preamplificatore vede un carico da 3.5 Kohm, e questa è la situazione con 10 Volt di picco all'uscita, su appunto 3.5 Kohm:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

La THD è di appena lo 0.12%, ed è di seconda e terza armonica, prevalentemente la terza, e un accenno di sesta (si devono considerare solo le linee rosse, dal momento che le verdi e le gialle sono rispettivamente l'ingresso e lo sovrapposizione tra ingresso e uscita, quindi le gialle indicano un segnale che è presente già all'ingresso, che non è creato dall'ampli sotto test).

Ma 10 Volt, per una cuffia da 25 ohm sono un'esagerazione. Una cuffia da 25 ohm vedrà in media 2 Volt di picco ai suoi capi, e in effetti con 2 Volt essa dissipa già ben 0.160 mWp = 80 mW RMS. Quindi vediamo cosa succede quando il preamplificatore esce con 2 Volt di picco:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

In questo caso la THD sprofonda allo 0.04%, ed è solo di seconda armonica! Roba da stato solido.

Cosa succede con una cuffia da 300 ohm, che è un carico decisamente più facile? Con 300 ohm, il finale presenta al suo ingresso un'impedenza di circa 5.6 Kohm, quindi vediamo come va lo stadio di ingresso con un carico di quel valore. La tensione di picco media su una cuffia di 300 ohm si colloca all'incirca sui 6 Volt:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

La THD si attesta sullo 0.042%, esclusivamente di seconda e terza armonica.

A 10 KHz, le cose non cambiano molto:

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

THD allo 0.045%, per 6 V di picco a 10 KHz. Notare come la distorsione praticamente non aumenti con la frequenza.

Nel prossimo post, altre considerazioni e uno sguardo alle piccole modifiche apportate al circuito.

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questa immagine]

Partiamo da V1A, il triodo amplificatore. La corrente anodica è ora di 1 mA, ciò ha comportato semplicemente il raddoppio del valore di R3, ora di 1 Kohm.

Con questo valore lo stadio presenta una distorsione più bassa rispetto a prima, ma se si prova con correnti anodiche ancora inferiori la distorsione aumenta, quindi 1 mA sembra essere un punto di minimo privilegiato. Cambiando la valvola con un'altra di marca diversa, la situazione non cambia molto, a parte il fatto che la valvola più economica presenta una distorsione in generale più alta e un gain inferiore, a prescindere dalla corrente anodica impostata.

R4 è diminuita a 180 ohm, portando la corrente anodica di V1B a 6 mA. Al posto dei due diodi D3 e D4 ora c'è R8.

Il motivo di questa sostituzione è che i diodi, nel cathode follower erano superflui, in quanto un cathode follower è già di per se' controreazionato al 100% e infatti il suo guadagno è circa uguale a 1. Dal momento che non è possibile aumentare la NFB più del 100%, l'inserimento della R8 non cambia nulla da questo punto di vista (e poi c'è già T2 che presenta un'impedenza diversi ordini di grandezza superiore a R8), ma ha il vantaggio di permettere la regolazione "fine" della polarizzazione di griglia, portando il punto di lavoro esattamente dove il triodo lavora meglio. La griglia ora sta a circa -1.08 Volt rispetto al catodo. Tale valore ovviamente non era possibile impostarlo mantenendo i diodi.

Le R9 e R10 sono delle "grid stopper" e sono lì solo per evitare instabilità ai triodi, ma sono del tutto ininfluenti per quanto concerne il funzionamento del circuito.

Ottime notizie Alex, son contento che il progetto proceda a gonfie vele ed i risultati, da quanto si può vedere, non si fanno attendere :D

Una cosa però: ho letto che vorresti integrare tutto il circuito in un'unica scheda......come mai questa scelta? Questione di budget? Di comodità?
Perchè io sto pensando al lato integrazione in un case, e una scheda troppo grossa risulterebbe piuttosto scomoda......senza contare le valvole che sono più "rognose" da integrare.

Giulio ha scritto:

A scapito di sembrare ripetitivo dico: notevole! :D
Bene le resistenze di grid stopper che anche all'atto pratico svolgono egregiamente il loro lavoro.
Su gk (di V1A) hai 1.4V?

La Vgk di V1A è di circa -1.2 Volt. Questa è la caduta di tensione che si ottiene con i due diodi, ed è meglio così. 8)

AndreaFx ha scritto:Ottime notizie Alex, son contento che il progetto proceda a gonfie vele ed i risultati, da quanto si può vedere, non si fanno attendere :D

Una cosa però: ho letto che vorresti integrare tutto il circuito in un'unica scheda......come mai questa scelta? Questione di budget? Di comodità?
Perchè io sto pensando al lato integrazione in un case, e una scheda troppo grossa risulterebbe piuttosto scomoda......senza contare le valvole che sono più "rognose" da integrare.

Non ho ancora deciso sulla scheda, anche se in effetti mi piacerebbe mantenerne una singola per motivi sia economici che di praticità.

Tieni presente comunque che nel caso di scheda unica, per quanto grande, non credo che essa supererà le dimensioni di 200x160 mm. Quindi dovrebbe rimanere facilmente collocabile in qualunque cabinet. Quando si lavora con le valvole, le dimensioni inevitabilmente aumentano, anche per garantire una certa aerazione.

Un montaggio con le valvole a vista impone ovviamente una progettazione dell'assemblaggio un po' più "ragionata". Sto anche pensando a questo, cioè cercherò di posizionare gli zoccoli in modo tale che un'eventuale montaggio di questo tipo sia abbastanza semplice. E sai qual'è l'unica soluzione? Esattamente quella adottata nella schedina preforata di cui ho messo le foto. :D

Personalmente non amo molto il PCB a doppia faccia con le valvole da un lato ed i componenti dall'altro (soprattutto se ci sono componenti che dissipano nella parte inferiore).
meglio IMHO il pcb singola faccia e le valvole che fuoriescono in parte dal cabinet.
Tipo così (che con un trapano a tazza è relativamente semplice)
[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link]
Le valvole montate "a pannello" le scarterei.......le vedo bene solo per un ampli/pre montato tutto in aria.

Interessante la separazione tra pcb power/trafi e la parte pre/finale.

Intrigante anche un pcb "a castello".....ma non so quanto comodo o valido sia in questo caso.

Ma forse è presto per approntare questo discorso :lol:

Ottimo lavoro, come sempre appassionato e appassionante. Seguo un po' dalla tribuna, vorrei essere più partecipe, ma per partecipare ad una partita di calcio, bisogna avere i piedi buoni. Diciamo che mi sto allenando :).
Mi piace anche molto la capacità di trattare con semplicità e "freschezza", concetti che semplici non sono; anche con poche competenze di base, si riesce a seguire in filo del discorso.
Buon lavoro
Gabriele

Caro Alessandro,

ho letto tutto il thread. Non ho ben compreso che tipo di configurazione avrà lo stadio di ingresso a triodo, non retroazionato.

Una domanda sibillina: a livello progettuale, cosa ti aspetti di diverso dal VHF-1 per quel che riguarda il suono?

[mod: ho tolto la ripetizione delle immagini per chiarezza]


Scusa l' ignoranza,

ma è normale che l' onda quadra non sia perfettamente squadrata (mi riferisco alla simulazione con i 10KHz)?

eisenstein ha scritto:Caro Alessandro,

ho letto tutto il thread. Non ho ben compreso che tipo di configurazione avrà lo stadio di ingresso a triodo, non retroazionato.

Una domanda sibillina: a livello progettuale, cosa ti aspetti di diverso dal VHF-1 per quel che riguarda il suono?

Lo stadio di ingresso sarà composto da un doppio triodo, un common cathode e un cathode follower.

Il primo triodo amplifica e fornisce il gain necessario all'amplificatore, il secondo fa da interfaccia con lo stadio finale.

Cosa mi aspetto? Non lo so, anche io sono molto curioso di sentire cosa potrà essere questa accoppiata tra stadio di ingresso valvolare e stadio di uscita a stato solido. Per il momento è importante pensare a ogni dettaglio della progettazione per far sì che, almeno da un punto di vista tecnico, non ci siano punti deboli che possano inficiare il risultato finale. Poi le fasi di ascolto saranno l'occasione per qualche (immancabile) ritocco.