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Amplificatore Valvolare Music Angel XD800 MK3 - Analisi Preliminari e Modifiche

Questo amplificatore un po' datato l'ho preso usato, quale miglior palestra per una modifica estrema?
Nota: Questo amplificatore non ha come erroneamente affermato dalla documentazione disponibile la modalità pentodo-ultralineare ma solo o pentodo puro o triodo in quanto mancano sul trasformatore adattatore di impedenza le prese preposte.

Indice Argomento Corrente

1) Music Angel XD800 MK3: Primi problemi

2) Music Angel XD800 MK3: Lo schema originale

3) Music Angel XD800 MK3: stress dei componenti per evidenziare problemi

4) Music Angel XD800 MK3: misura del segnale in uscita

5) Music Angel XD800 MK3: elenco delle modifiche

6) Music Angel XD800 MK3: nuovo schema risultato dalle modifiche

7) Music Angel XD800 MK3: misura del segnale in uscita

1 - Music Angel XD800 MK3: Primi problemi

1. Quando mi è arrivato l'ho ispezionato, alcune valvole sono state sostituite, in particolare una KT88 che è di un diverso brand e diversa forma delle altre. Questo evidenzia che l'amplificatore è stato molto utilizzato.

2. L'ho collegato e non funzionava correttamente, l'ho aperto e ho trovato un condensatore poliestere interstadio con una bella crepa. L'ho sostituito e ora inizio a fare le varie misure del caso.

3. Senza segnale in ingresso ho eseguito la misura del bias e si attesta a 28-28mA sul canale destro e 32-34mA sul canale sinistro. Prima di procedere ho tarato il bias di tutte le valvole a 40mA. Questo significa una dissipazione di 400V * 0,04A = 16W per ogni KT88. Siamo ampiamente dentro il margine di dissipazione di tale valvola e lavoriamo in classe AB1, quindi per potenze basse in uscita in classe A pura.

4. Mentre facevo le misure passando dall'onda sinusoidale a quella quadra ho avvertito un crepitio e ho visto delle scariche sul PCB che ospita i condensatori di livellamento dell'anodica con relativa puzza di bruciato. Una resistenza scaricava sulla pista del PCB sottostante. E' bastato cambiarla e isolarla meglio con della guaina termo-restringente.

5. Dopo un'ora che era collegato ho eseguito una prova di tenuta mandando all'ingresso un'onda quadra a 20Hz che saturava completamente l'amplificatore. Un altro condensatore interstadio ha ceduto, con relativa crepa sull'involucro e alcune resistenze bruciate per sovracorrente.

6. A questo punto ho deciso di non fare altre prove, ma procedere con le modifiche che comprendono la sostituzione di tutti i componenti critici e la revisione completa del circuito.

2 - Music Angel XD800 MK3: Lo schema originale

Come vediamo sopra lo schema è abbastanza classico.
Questo tipo di amplificatore è stato prodotto in diversi periodi e con diversi schemi.
Questo è lo schema del mio, ho rilevato personalmente i valori dei componenti e le tensioni.
Tutte le resistenze di bassa potenza sono in impasto di carbone, tutte quelle di potenza sono a film di carbone da 3W.

Adesso analizziamo il circuito, i riferimenti per i valori delle valvole sono presi dai rispettivi data sheet:

1. La prima sezione della 12AT7 è un classico amplificatore di tensione, la 12AU7 ha una amplificazione di 60 (volte, numero puro). Nulla da dire, la tensione VAK è di circa 109V contro una tensione di alimentazione di 232V. La valvola lavora a poco meno della metà della tensione tensione di alimentazione.

2. La seconda sezione della 12AT7 che è un classico invertitore di fase ha invece diversi problemi, primo di tutto la tensione Vkh ovvero quella presente fra filamento e catodo eccede le specifiche, al massimo dovrebbe essere 90V. L'ondulazione della tensione poi porta il valore a 130V quindi una scarica fra catodo e filamento è altamente probabile.
   A questo punto possiamo agire in due modi, a) polarizziamo il filamento ad un potenziale positivo prossimo ai 90V (che è il limite massimo), b) oppure cambiamo tipo di valvola utilizzandone una con un maggiore isolamento fra filamento e catodo.
   Il secondo problema è che la tensione Vak dell'invertitore di fase è troppo bassa per far funzionare la valvola in modo ottimale. Questa è determinata dalla tensione di alimentazione di detta valvola sottratta di due volte la tensione anodica del primo stadio (sono collegati in continua). Quindi bisogna aumentare la tensione di alimentazione dello stadio invertitore e nel contempo diminuire la tensione del primo stadio e ridurre il potenziale di griglia del primo stadio, per mantenere comunque nella prima sezione una tensione Vak sui 100V.

3. Le due sezioni della 12AU7 costituiscono un amplificatore a due sezioni, una per ogni fase del segnale, la valvola è ben polarizzata e questo stadio non ha problemi. Unica modifica possibile è abbassare la resistenza catodica per portare la tensione Vak ad un valore più prossimo alla metà della tensione di alimentazione di questo stadio.

4. Lo stadio di potenza con le due KT88 è un classico e funziona sicuramente bene.

Nota: su ogni griglia di ogni valvola vi è in serie un resistore grid-stopper per eliminare le possibili auto oscillazioni. Sono tutti resistori in serie al segnale. Troppi e inutili. Li eliminerò in modo incrementale per verificare nel contempo la stabilità del circuito. I componenti inutili sono sempre dannosi, fonti di rumore e di accoppiamenti elettrostatici.

Sotto lo schema elettrico parziale dell'alimentatore anodico. E' riportata solo la parte strettamente legata all'alimentatore anodico.
Il resistore da 80 Ohm sul ramo negativo ha preso il posto dell'induttore di livellamento che è assente.
La sua efficacia è molto dubbia e sono indeciso se eliminarlo.
L'unica utilità di detta resistenza l'ho sperimentata quando una delle valvole ha perso il collegamento della griglia controllo andando in conduzione al massimo della sua capacità e la resistenza ha fumato avvertendomi del problema prima che la valvola finale subisse dei danni.
Sono in altre parole un buon fusibile ma come filtro RC per il ripple sono inutili.

3 - Music Angel XD800 MK3: stress dei componenti per evidenziare problemi

Per non avere brutte sorprese nel tempo occorre individuare tutti i componenti critici, quelli che possono dare problemi nel corso del tempo.

• Il metodo migliore per fare un test di stress su un amplificatore è applicare all'ingresso un'onda quadra con ampiezza tale per cui l'amplificatore vada in saturazione. Poi si varia la frequenza dell'onda quadra da 20 Hz a 20 KHz.
  Nel mio caso a 20 Hz ho visto fumare delle resistenze (che poi ho sostituito) per un condensatore di accoppiamento che per invecchiamento è andato in perdita. Ho preso l'occasione per cambiare tutti i condensatori di accoppiamento con altri nuovi a film plastico (polipropilene metallizzato) di maggiore tensione massima e maggiore capacità, compatibilmente con lo spazio a disposizione.

• Poi ho lasciato acceso l'amplificatore per un'ora e ho utilizzato la termocam per evidenziare i componenti sottoposti a stress termico e li ho cambiati.

• Poi ho misurato la capacità di tutti i condensatori di livellamento. Quelli di livellamento dell'anodica delle KT88 hanno un po' sofferto, la loro capacità è leggermente diminuita ma sono ancora utilizzabili. In un prossimo futuro andranno cambiati.

Fatto questo sono ragionevolmente sicuro che ora tutto è a posto e tutti i componenti critici sono stati cambiati, posso proseguire con le modifiche.

4 - Music Angel XD800 MK3: misura del segnale in uscita

Nell'immagine sopra il massimo segnale indistorto in uscita dall'amplificatore.
Come vedete in modalità triodo siamo sui 24W RMS, tuttavia il segnale presenta una piccola differenza fra un canale e l'altro.
Un canale ha un guadagno differente dall'altro.
Verificando i valori dei resistori e la relativa tolleranza ho rilevato un certo invecchiamento degli stessi con relativo cambio di resistenza e di conseguenza una diversa amplificazione per i due canali. Dovrò correggere il problema.

5 - Music Angel XD800 MK3: elenco delle modifiche

Tutte le modifiche verranno testate con l'oscilloscopio, il generatore di funzioni e la termocamera.

1. Eliminazione di tutti i resistori in serie con il segnale. Verranno sostituiti con dei ponticelli isolati in rame solid core.

2. Sostituzione di tutti i resistori nello stadio di preamplificazione e controreazione con altri nuovi a strato metallico con bassa tolleranza (1%) per ridurre la differenza di amplificazione fra i canali.

3. Sostituzione di tutti i condensatori in serie al segnale con altri di maggiore capacità in polipropilene.

4. Mettere condensatori a film plastico in polipropilene di adeguata capacità il parallelo a tutti i condensatori di livellamento dove necessario.

5. Rifacimento di tutte le saldature dopo aver tolto il vecchio stagno.

6. Sostituzione di tutti i resistori da 3W posti sul circuito di polarizzazione delle valvole finali di potenza con altri nuovi avendo l'accortezza tenerli un po' sollevati dal PCB e di isolarli con una guaina termo-restringente per aumentare l'isolamento dalle piste sottostanti.

7. Ricalcolo della polarizzazione delle valvole preamplificatrici e driver e riduzione dell'amplificazione dello stadio preamplificatore che ora è eccessiva portandola a 1VEff per ottenere la massima potenza in uscita, in conformità con la tensione di uscita delle moderne fonti come CD e DAC.

8. Sostituzione di tutte le valvole finali di potenza, preamplificatrici e driver (con delle 12AU7) alla fine delle prove e ritaratura del bias.

6 - Music Angel XD800 MK3: nuovo schema risultato dalle modifiche

Ho proceduto nel seguente modo:

• Prima di tutto ho cambiato le 12AT7 con delle 12AU7 NOS, questo per motivi di isolamento fra catodo e filamento, per evitare scariche. Nonostante la minor amplificazione delle 12AU7 l'elongazione del segnale è ancora eccessiva, dovrò alla fine rivedere la controreazione. Nel contempo ho rivisto il circuito di alimentazione ottimizzando le tensioni per la minima distorsione.

• Poi ho staccato la controreazione per evitare che falsasse le prove e ho dato segnale in ingresso misurando l'elongazione del segnale e la distorsione armonica di ogni stadio separatamente per cercare il miglior punto di lavoro delle valvole stadio per stadio.

• L'ultima misura l'ho eseguita sulla griglia di controllo delle KT88 dopo aver tarato il bias a 30mA, per evitare che il segnale di pilotaggio eccedesse la polarizzazione creando una corrente di griglia e introducendo distorsione. Il bias l'ho tarato a 30 mA perché dalle misure è il miglior compromesso fra distorsione e potenza erogata per queste valvole in configurazione triodo.

• Dopo aver controllato e ripolarizzato stadio per stadio per la minor distorsione ho ricalcolato la controreazione per raggiungere la massima potenza con un segnale in ingresso di poco superiore a 1Vpp.
  Ho poi messo un condensatore da 22nF in paralleo al resistore della controreazione per limitare la banda passante a 25-30KHz.

• A questo punto evidenziando una eccessiva induttanza parassita nei condensatori di livellamento (misurando l'ondulazione sull'alimentazione), ho rimpiazzato i condensatori di livellamento con altri di capacità inferiore e tensione maggiore, ma con una più bassa induttanza parassita (e anche una più alta resistenza al calore, li ho messi da 105°C).

• Per completare l'opera ho messo dei condensatori polipropilene metallizzato in parallelo alle capacità sul circuito di alimentazione.

7 - Music Angel XD800 MK3: misure dopo le modifiche

Misura del segnale in uscita dai due canali.
Il problema della differenza di amplificazione è risolto, ora siamo a livelli di perfezione, la differenza fra i canali è di un centinaio di milliVolt.

Sotto: Misura della diafonia nel dominio delle frequenze.
Siamo a risultati ottimali.
Ricordiamo che questo amplificatore è un dual mono puro, a parte la carcassa metallica tutto è raddoppiato, dai trasformatori di alimentazione allo stadio alimentatore.
Quindi è normale che abbia una bassa diafonia.
Nella traccia rossa si vede anche l'andamento dell'amplificazione in funzione della frequenza che è quasi una linea retta.
Quindi molto bene.

Sotto: Misura della distorsione armonica totale (THD%).
La distorsione in oggetto è fra 1,9 2 2% alla massima potenza.
Molto buono per questo tipo di amplificatore.

Sotto: Misura del rumore di fondo.
Siamo poco sopra 1mV e da quello che si vede si tratta di rumore captato dalla rete elettrica e ad alta frequenza.
Molto buono.

Sotto: Misura del ripple sotto carico. Si manda all'ingresso un segnale a 1KHz, si porta l'amplificatore alla potenza del 50% e con un analizzatore di spettro si controlla la componente a 50Hz.
I condensatori di livellamento e la reiezione del ripple di questo tipo di amplificatore fanno il loro dovere e il ripple si mantiene basso.

Sotto, l'immagine dell'amplificatore modificato.
Mancano un paio di condensatori di livellamento che ancora non ho sostituito.

Siamo giunti alla fine del lavoro, l'amplificatore ora è perfetto.
Questo è stato un caso particolarmente complesso vista la pessima progettazione e l'invecchiamento dei componenti.
Da notare in giallo i condensatori in parallelo alle principali capacità di livellamento e in nero i condensatori di accoppiamento interstadio.

 

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