Nuovo finale single-ended Valvolone Sbrillu-UL – la magia del triodo, la grinta del pentodo

Quando il puro piacere d’ascolto incontra la genialità tutta “artigianale”, nasce Valvolone Sbrillu-UL, l’amplificatore valvolare single-ended in pura classe A che promette di trasformare ogni nota in emozione. Grazie all’esclusiva connessione ultralineare – quell’equilibrio “mistico” tra setosità triodo e muscoli pentodo – Sbrillu-UL eroga fino a una quindicina, ma che dico 4 o massimo 5 watt scintillanti per canale, pronti a riempire la stanza di calore sonoro.

Le valvole preferite? EL34, KT88, 6550… scegli tu! Con un semplice gesto passi da triodo vellutato a ultralineare ruggente, senza cacciaviti né complicazioni. Il tutto racchiuso in un elegante chassis nero opaco gourmet con VU-meter ammiccanti, perché anche l’occhio vuole la sua parte.

Perché Sbrillu-UL

• Single-Ended Purissima Classe A: la ricetta classica del coinvolgimento.
• Ultralineare “sweet spot”: dettaglio da triodo, spinta da pentodo.
• No-stress rolling: compatibile con le grandi valvole iconiche.
• Soundstage avvolgente: presenza, profondità, aria tra gli strumenti.

Metti in play la tua musica e lasciati conquistare da un suono che il marketing definirebbe “più puro del puro”, mentre gli amici ti chiederanno soltanto: “Dov’è il palco?”

Negli ultimi tempi mi capita sempre più spesso di ricevere domande e richieste di pareri su schemi trovati in rete che qualcuno vorrebbe replicare.

Prima, però, una premessa ironica: l’apertura un po’ scherzosa dell’articolo prende bonariamente in giro certo marketing dell’audio che ama parlare di “watt musicali”, spesso il doppio di quelli reali, un’unità di misura inventata più per colpire l’immaginazione che per descrivere la realtà elettrica.

Chiarito che la battuta iniziale è solo un modo divertente per rompere il ghiaccio, veniamo al punto. L’articolo che segue non vuole essere partigiano né polemico, ma si propone di dimostrare, con dati e spiegazioni verificabili, una realtà tecnica ben definita.

Da tempo mi ero ripromesso di affrontare questo tema perché vedo ripetersi lo stesso problema: in diversi progetti che circolano online spunta la famosa “connessione ultralineare” applicata a stadi single-ended. La mia risposta, immancabilmente, è sempre la stessa: lascia perdere. In un single-ended l’ultralineare non funziona; ha senso solo optare per un’uscita a triodo oppure a pentodo.

Quando affermo che la connessione ultralineare in un single-ended “non funziona”, non intendo che l’amplificatore esploderà, non emetterà suono o suonerà in modo disastrosamente distorto. Intendo che si è scelto un’impostazione concettualmente inadatta: l’apparecchio suonerà, sì, ma in modo subottimale, senza reali vantaggi e con il rischio di introdurre ulteriori criticità. Per questo invito a leggere con attenzione le osservazioni che seguono: chiariscono il perché tecnico della mia posizione ed evitano fraintendimenti nei commenti.

Quello dell’ultralineare in single-ended è un errore clamoroso, eppure è stato copiato e diffuso in tutto il mondo audiofilo – persino da marchi blasonati – senza che nessuno si prendesse la briga di verificarne davvero il funzionamento.

La comunità degli autocostruttori e degli audiofili continua a considerarlo un collegamento valido tanto per i push-pull quanto per i single-ended, come se il nome stesso fosse una garanzia: “Ultra-Lineare”! Non solo lineare… ultra. Un richiamo efficace dal punto di vista psicologico e commerciale, ma del tutto ingannevole sul piano tecnico.

Cos’è la connessione Ultra Lineare

La connessione ultralineare è una configurazione possibile solo con valvole a pentodo, nella quale la griglia schermo viene collegata a una presa intermedia del trasformatore di uscita. In questo modo la tensione della griglia schermo non rimane fissa, ma segue parzialmente le variazioni della tensione di placca.

Il risultato è un funzionamento che combina l’elevato rendimento tipico del pentodo con la linearità del triodo, offrendo un comportamento intermedio tra le due modalità. Questa soluzione, ideata da Alan Blumlein, nasceva proprio per sfruttare i vantaggi di entrambe le tipologie di valvole e trova la sua naturale applicazione negli stadi finali push-pull, dove permette di massimizzare le prestazioni complessive.

Vantaggi della connessione ultralineare

Regolando con precisione la percentuale di derivazione della griglia schermo è possibile ottenere un equilibrio ideale tra le caratteristiche di triodo e pentodo. In un intervallo piuttosto ristretto di valori, la distorsione può scendere a livelli insolitamente bassi – talvolta inferiori a quelli ottenibili in puro triodo o in puro pentodo – mentre l’efficienza energetica resta solo leggermente inferiore a quella della configurazione pentodo completa.

La percentuale di derivazione ottimale dipende principalmente dal tipo di valvola. Per le KT88, ad esempio, il valore comunemente considerato ottimale è il 43% del numero di spire primarie del trasformatore sul circuito dell’anodo; per le 6V6GT è stato spesso raccomandato il 20%. Circuiti Mullard hanno fatto largo uso del 20% di carico distribuito, mentre alcuni amplificatori LEAK si spingevano fino al 50%.

Le caratteristiche che rendono il carico distribuito particolarmente adatto agli amplificatori audio di potenza – rispetto a soluzioni basate su triodo, tetrodo a fascio o pentodo puro – possono essere così riassunte:

1. L’impedenza di uscita viene abbassata a circa la metà di quella ottenuta con un pentodo.
2. La distorsione viene abbassata per avvicinarsi a quella ottenuta con una valvola triodo, ma può essere ancora inferiore nell’operazione ultralineare.
3. La potenza in uscita è superiore rispetto a quella di un triodo, avvicinandosi a quella fornita da un pentodo.
4. La potenza in uscita è più costante, poiché il carico distribuito è una combinazione di un amplificatore di transconduttanza e di un amplificatore di tensione.

Alan Blumlein concepì e applicò la connessione ultralineare esclusivamente in circuitazioni push-pull, e la stessa scelta fu seguita da tutti i grandi costruttori dell’epoca. Non esistono esempi storici di amplificatori single-ended con collegamento ultralineare: si tratta di un’idea comparsa solo in tempi recenti. Vediamo perché! Qui sotto lo schema di un’amplificatore Single Ended Ultralineare realizzato da un cliente SB-LAB apparso in questo articolo (clicca). Come si può vedere la griglia schermo è collegata ad una presa intermedia del trasformatore di uscita.

Desidero richiamare l’attenzione sul valore della resistenza posta sotto il catodo della KT88 nello schema, indicata in 360 ohm. Riporto le parole di un cliente che ha realizzato questo circuito:

«Se può aggiungere una sua nota per non farsi influenzare dalla resistenza da 360 ohm: io l’ho sostituita con un valore misurato di circa 190 ohm, dopo vari tentativi, perché non tornava la giusta corrente di bias».

Questo è un dettaglio fondamentale: memorizzatelo. Il fatto stesso che sia necessario dimezzare il valore della resistenza evidenzia una svista di fondo. Questo rappresenta un forte indizio che lo schema pubblicato non sia stato verificato sperimentalmente nelle condizioni indicate: in caso contrario la discrepanza nella polarizzazione della valvola finale sarebbe emersa.

Eppure questo schema circola su Internet da decenni, replicato e osannato, senza che quasi nessuno abbia mai indagato le ragioni della discrepanza di bias. Molti probabilmente non se ne sono nemmeno accorti, ascoltando felici una distorsione che ritenevano “suono giusto”.

Chi possiede una minima competenza nella progettazione e sa leggere le curve caratteristiche di una valvola – triodo o pentodo che sia – conosce bene la prassi: si sceglie un punto di lavoro tensione/corrente all’interno dei limiti di dissipazione, quindi si traccia la retta di carico in funzione dell’impedenza del trasformatore d’uscita.

Ma con una valvola collegata in modalità ultralineare non è possibile selezionare liberamente il punto di lavoro: il comportamento è vincolato dalla caratteristica della griglia schermo. Ogni variazione della tensione di polarizzazione altera in modo significativo l’intero fascio di curve caratteristiche. Per rendere più chiaro questo concetto possiamo fare riferimento alle curve riportate nel datasheet della KT88 Genalex (clic per ingrandire):

Comincio sottolineando che, nel datasheet della KT88, l’impiego della modalità ultralineare è descritto solo in configurazioni push-pull. All’epoca, infatti, non suscitava alcun interesse l’idea di applicarla a un amplificatore single-ended. Eppure è facile immaginare il ragionamento di un progettista poco accorto:

“L’impedenza tipica per una KT88 in single-ended è di 2500 ohm. A occhio posso fissare una tensione di 250 V con 120 mA di bias e una tensione di griglia intorno a -32 V…”

Un calcolo frettoloso di questo tipo porta a tracciare una retta di carico che, a prima vista, può sembrare corretta, come si vede nel grafico seguente:

Per evitare prove fisiche in laboratorio, possiamo ricorrere a LTSpice per simulare la polarizzazione di una KT88 in questa configurazione (primario da 2,5 kohm, secondario da 8 ohm, collegamento ultralineare al 50%). Il modello della KT88 impiegato è quello sviluppato da Norman Koren, riconosciuto per la sua elevata accuratezza: i risultati ottenuti in simulazione sono sovrapponibili a quelli che si avrebbero con una valvola reale. In teoria, ci aspetteremmo di misurare una corrente di circa 120 mA sul catodo…

Ecco il risultato della simulazione: la corrente di bias è di soli 24 mA! A questo punto chiunque abbia un minimo di esperienza (gli autocostruttori hobbisti possono essere perdonati, ma chi si definisce progettista dovrebbe accorgersene) dovrebbe porsi una domanda fondamentale:

“Perché le curve caratteristiche indicano una corrente di circa 120 mA, mentre in pratica ne ottengo appena 24?”

Una piccola discrepanza, dovuta alle tolleranze delle valvole, è normale e si compensa regolando leggermente il bias. Ma qui non si parla di qualche milliampere: passare da 120 mA a 24 mA è un divario enorme, che dovrebbe far dubitare seriamente della correttezza della teoria utilizzata per determinare la polarizzazione.

Eppure, nella maggior parte dei casi, questo campanello d’allarme viene ignorato. Si continua a “tirare” la regolazione del bias per forzare la corrente della valvola, senza chiedersi il perché del problema. Proviamo a dare un segnale chiaro…

Il circuito ora sembra funzionare, ma l’oscilloscopio racconta un’altra storia: la forma d’onda risulta fortemente distorta (in blu il segnale d’ingresso, in verde quello d’uscita). A questo punto sorge spontanea una domanda:

Perché, in un amplificatore single-ended in modalità ultralineare, la corrente di bias e l’impedenza del trasformatore non corrispondono alle previsioni?

Per trovare la risposta, è necessario analizzare con più attenzione le curve caratteristiche riportate nel datasheet…

Avete notato la linea tratteggiata con l’indicazione Va,g2(o) = 425 V Prima di proseguire, vale la pena fare un breve ripasso sul funzionamento delle valvole, sia triodi che pentodi, concentrandoci in particolare sulla loro struttura interna. Cominciamo dal triodo: è costituito da una sola griglia e da una piastra (anodo) sottilissima, quasi “a toast”, posta molto vicino al catodo.

Passiamo ora a osservare un tetrodo o un pentodo, che al loro interno ospitano due o tre griglie. Nel caso del tetrodo a fascio, la terza “griglia” è in realtà formata da due sottili lamelle metalliche, ma in questo articolo non ci soffermeremo su questo dettaglio. Ciò che conta davvero notare è che, a differenza del triodo, la piastra (anodo) si trova a una distanza decisamente maggiore dal catodo.

Nei triodi, il campo elettrico generato dalla placca (anodo) agisce direttamente sugli elettroni, attirandoli, mentre la griglia di controllo (G1), mantenuta a potenziale negativo, ne frena e regola il flusso. Nei tetrodi o pentodi, invece, la placca è troppo distante dal catodo per attrarre da sola gli elettroni (o lo farebbe solo debolmente). In questi dispositivi interviene la griglia schermo (G2), posta subito dopo G1 e polarizzata positivamente: essa accelera gli elettroni verso l’anodo.

Poiché G2 è costituita da sottilissimi fili, la maggior parte degli elettroni non vi si deposita; anzi, grazie alla velocità acquisita – in una sorta di “effetto fionda” – prosegue oltre, fino a raggiungere il campo elettrico dell’anodo, che li cattura definitivamente. È quindi evidente che, in un pentodo, la corrente anodica non dipende solo dalla tensione negativa di G1, ma anche dalla tensione positiva applicata a G2.

Nella connessione ultralineare, a riposo la tensione applicata alla griglia schermo (G2) è pressoché identica a quella della placca, poiché la resistenza interna dell’avvolgimento del trasformatore è praticamente trascurabile. Di conseguenza, ogni variazione della tensione di placca provoca una variazione altrettanto significativa della corrente che attraversa la valvola: la tensione su G2 segue inevitabilmente quella di placca. Per questo motivo, in configurazione ultralineare possiamo parlare di curve “dinamiche”, mentre nei triodi e nei pentodi collegati come pentodi le curve restano sostanzialmente “statiche”.

Le linee tratteggiate nel datasheet Genalex citato in precedenza indicano, in sostanza, che il punto di lavoro può essere collocato a qualsiasi corrente, ma deve rimanere sopra quella linea, ossia a 425 volt! Se si modifica la tensione del punto di lavoro, le curve riportate nel datasheet non sono più valide e cambiano completamente!

Analizziamo questo fenomeno con l’aiuto di uTracer, che può essere configurato per acquisire anche curve in modalità ultralineare. Tuttavia, per i motivi già menzionati (e a causa di una mancata implementazione software), uTracer acquisisce curve dinamiche solo al di sotto della tensione specificata (quella delle linee tratteggiate di Genalex).

Per illustrare meglio il comportamento delle curve dinamiche, ho quindi evidenziato con un pallino nero un punto intermedio corrispondente a 300 volt, con la griglia di controllo G1 polarizzata a –25 volt.

Con una tensione di “stop” a 400 volt abbiamo 80mA a 200volt con G1 a -25…

Se portiamo la tensione di “stop” a 300volt la corrente misurata sempre sui 200volt con -25 di G1 scende a un pò meno di 40mA

Se poi abbassiamo ulteriormente la tensione di “stop” a 250volt ci ritroviamo una corrente inferiore ai 20mA

Si può inoltre osservare che, man mano che la tensione di “stop” diminuisce, la capacità di erogazione di corrente della valvola cala sensibilmente, mentre la resistenza interna aumenta, come evidenziato dalla minore pendenza delle curve. Questo significa che la valvola è molto meno capace di fornire corrente – e quindi potenza – rispetto alle condizioni ottimali. Per esempio, con una tensione di stop di 400 V la KT88 può raggiungere un picco di circa 170 mA a 50 V; con una tensione di stop ridotta a 250 V, il picco scende a circa 60 mA.

Come se non bastasse, la variazione della pendenza delle curve impone anche una modifica dell’impedenza del trasformatore, per evitare forti distorsioni. La potenza effettivamente erogata all’altoparlante risulta quasi identica – o solo lievemente superiore – a quella ottenibile con una connessione a triodo puro. Tuttavia, in modalità triodo la valvola lavora in modo decisamente più lineare. In definitiva, se non si desidera impiegare la valvola in modalità pentodo puro, la scelta più sensata è utilizzarla direttamente a triodo, senza neppure prendere in considerazione l’opzione ultralineare: in un single-ended, infatti, quest’ultima finisce quasi per sembrare un espediente per aggiungere distorsione.

È fondamentale precisare che queste considerazioni valgono per il funzionamento in classe A (sia single-ended sia push-pull), dove la tensione del punto di lavoro non è elevata e le curve ultralineari alle varie tensioni non sono note. La connessione ultralineare fu invece concepita per l’impiego in push-pull in classe AB, condizione in cui la tensione a riposo è più alta. In questo contesto la valvola lavora correttamente e offre reali vantaggi in termini di riduzione della distorsione e, talvolta, anche di maggiore potenza erogata.

Per esempio, una coppia di KT88 può fornire in sicurezza circa 50 W in classe AB a pentodo; oltre tale soglia la griglia schermo (G2) tende ad arrossare, poiché la tensione di placca può scendere al di sotto di quella dello schermo, generando picchi di corrente sulla G2. Quando però le KT88 vengono collegate in modalità ultralineare, la corrente è meglio controllata e si possono ottenere senza problemi 70–75 W, senza fenomeni di arrossamento della G2.

Esaminiamo ora la retta di carico impostata con le seguenti condizioni operative: 425 V di tensione anodica, 75 mA di corrente, –50 V sulla griglia di controllo e un trasformatore con impedenza di 6k.

In questa simulazione si ottiene una corrente di 66 mA, un valore molto vicino a quello previsto (le piccole discrepanze sono imputabili al modello matematico impiegato). La corrente di bias torna quindi ai livelli attesi perché il punto di lavoro è stato scelto sulla linea tratteggiata del datasheet a 425 V. Questo risultato conferma pienamente la validità delle considerazioni esposte finora. A questo punto, vediamo come il circuito si comporta se pilotato con un segnale sinusoidale:

Ancora una volta il segnale in uscita rivela una forte distorsione, ben lontana dalle aspettative. Si nota chiaramente una semionda schiacciata: ma qual è la causa di questo problema? L’asimmetria delle curve ultralineari è sotto gli occhi di tutti: basta aprire le immagini e osservarle con attenzione. Sul lato sinistro del grafico, la distanza fra le curve è sensibilmente maggiore rispetto al lato destro. Ciò significa che, per qualunque ipotetico punto di lavoro X, una delle due semionde risulterà inevitabilmente più lunga, l’altra più corta. Questo fenomeno è intrinseco alla connessione ultralineare e spiega perché il circuito sia stato concepito per l’impiego push-pull, dove la valvola gemella – lavorando in fase opposta – annulla reciprocamente questa distorsione.

È possibile vedere il comportamento di un circuito reale in questo articolo, all’inizio del quale prendo in esame un amplificatore che utilizzava una KT88 in single ended UL su carico di 6k, di cui posto qui sotto la forma d’onda catturata (in giallo il segnale del generatore e in blu quello che esce dal circuito).

Come si può vedere, il comportamento reale conferma pienamente quanto emerso nelle simulazioni. Desidero inoltre mettere in evidenza alcuni altri aspetti che i miei esperimenti hanno portato alla luce:

1. Una KT88 in configurazione single-ended ultralineare può erogare in pratica circa 6–6,5 watt, ma lo fa con una distorsione marcata. Per ottenere un suono pulito è quindi necessario applicare controreazione, a meno che non siate veri appassionati della distorsione.
2. La KT88 a pentodo arriva a erogare 12watt con uso di controreazione.
3. La KT88 connessa a triodo arriva a erogare circa 5 / 5,5watt a triodo con basse distorsioni.

La mia conclusione è chiara: se si lavora in single-ended con un pentodo, ha senso usarlo come pentodo per privilegiare la potenza, oppure collegarlo a triodo per privilegiare la linearità. La connessione ultralineare, in questo contesto, non offre alcun reale vantaggio: il guadagno di potenza rispetto al triodo è trascurabile, mentre la distorsione resta elevata e costringe a ricorrere alla controreazione. A quel punto è molto più logico scegliere un pentodo puro, che almeno eroga più watt, o un triodo puro, se l’obiettivo è la massima fedeltà. Personalmente considero l’ultralineare nei single-ended (soprattutto senza feedback) poco più che un espediente per introdurre distorsione.

Naturalmente questo giudizio riguarda solo i single-ended: in configurazione push-pull, al contrario, la connessione ultralineare porta effettivi e significativi vantaggi.

A questo proposito vale la pena segnalare una alternativa ben più efficace dell’ultralineare: la connessione Schadeode. Questa configurazione, adatta anche agli stadi single-ended, combina la piena potenza di un pentodo con la linearità tipica di un triodo. In più offre vantaggi notevoli, come un alto fattore di smorzamento e ridotte rotazioni di fase: esattamente quei punti in cui la connessione single-ended ultralineare fallisce clamorosamente.