Korg Nutube (sp)

Se llama Nutube, nació en 2016 de la mano de Korg, famoso por sus instrumentos musicales y Noritake Itron, un fabricante japonés de pantallas fluorescentes de vacío. Se trata de una doble válvula triodo en miniatura, de baja potencia y calentamiento directo. Aunque es un verdadero triodo, se fabrica de manera diferente a los tubos de vacío tradicionales, lo que le da algunos atributos únicos.

Sus atributos mecánicos

El Nutube (así lo han llamado) está fabricado por Noritake Itron en Japón, utilizando un proceso similar al utilizado para hacer pantallas fluorescentes de vacío. De hecho, es un display fluorescente de vacío (VFD). La placa (ánodo) está recubierta con un fósforo como en un VFD, y brilla con un color blanco azulado cuando hay flujo de corriente. Si miramos detalladamente el Nutube, veremos un fino hilo que atraviesa el dispositivo (ver Fig. 1).

Fig. 1

Fig. 1

Se trata del filamento. Se calienta lo suficiente como para emitir electrones, pero no lo suficiente como para mostrar un brillo visible. Debajo del filamento hay una malla fina y abierta, esta es la rejilla. Debajo de esta, hay una placa de metal con el fósforo (brillante) aplicado, esta es la placa (ánodo). Dos de estos elementos se empaquetan juntos en un contenedor de vidrio. Así es el doble triodo Nutube. Físicamente se parece un poco a un antiguo circuito integrado DIL de 40 pines, pero solo tiene pines a lo largo de un borde (ver Fig. 2).

Fig. 2

Fig. 2

Los dos filamentos comparten un terminal central común. Un efecto secundario es que ese filamento, bajo tensión, se parece mucho a una cuerda de un piano. Cuando se somete a vibración o impacto mecánico, vibra a una frecuencia audible (5 kHz más o menos). Este comportamiento microfónico es idéntico al de los tubos de vacío y podría causar problemas cuando el Nutube se usa en aplicaciones de baja señal. En estos casos, se debe aislar mecánicamente.

El paquete es un sándwich de vidrio de 45 mm x 16 mm, y está diseñado para montarse en una PCB con pines espaciados 2 mm (ver Fig. 3).

Fig. 3

Características eléctricas

El Nutube es un dispositivo de baja potencia, el filamento consume solo 12 mW de potencia por triodo y la disipación de la placa tiene una potencia de solo 1,7 mW. Debido a esta baja potencia, en comparación con la mayoría de los tubos de vacío tradicionales, también tiene una baja transconductancia (gm). En la Tabla 1 vemos un resumen de las especificaciones eléctricas del Nutube.

Filament voltage Vf 0.7 V
Filament current If 17 mA
Plate voltage Va 12 V
Grid voltage Vg +2 V
Plate current Ia 32uA
Amplification factor u (mu) 14.5
Transconductance gm 54 uS (54 uA/V)
Plate resistance Rp 330 K Ohms
Grid current Ig 6 uA
Filament voltaje (max) Vf 0.8 V
Plate voltaje (max) Va 80 V
Plate dissipation Pa 1.7 mW

 

Aunque los números son un poco diferentes a los de una válvula común (por ejemplo, la 12AX7), una mirada a las curvas características de la placa nos resultará familiar (ver la Figura 4). Las curvas son típicas de un triodo y son bastante lineales. Sin embargo, al seleccionar un punto de operación y una línea de carga, observamos la disipación máxima de la placa y el voltaje máximo permitido de la placa, lo que limita significativamente la operación. También es notable el hecho de que, para obtener la máxima señal de salida con un voltaje de placa bajo, la rejilla debe trabajar en la región positiva (Clase A2).

Fig. 4

Dado que la gran ventaja del Nutube es su capacidad para trabajar con fuentes de alimentación de bajo voltaje, la mayoría de las aplicaciones utilizarán una polarización positiva de la rejilla. Esto significa que fluirá algo de corriente por la rejilla, por lo que deberá usarse una fuente de baja impedancia, por ejemplo, un seguidor de fuente, para pilotar la rejilla.

Otra gran ventaja del Nutube en un circuito de audio es el carácter triodo, que permite el ajuste de la distorsión al hacer trabajar la válvula en una línea de carga de tensión / corriente. Para una cantidad dada de corriente a través del tubo, hay un punto en el que la corriente de cátodo y la tensión de la placa se cancelan, anulando la distorsión del segundo armónico y dejando el tercer armónico. Esta es la configuración de distorsión de salida más baja.

Si se aumenta la tensión de la placa, aumenta la distorsión del segundo armónico de fase positiva, y si baja la tensión de la placa, el segundo armónico será de fase negativa. Estas distorsiones aumentan a medida que ajusta la tensión de la placa más lejos del punto nulo.

La figura 5 muestra la corriente de rejilla. Se puede ver que la corriente de rejilla, aunque sólo sean decenas de microamperios, es significativa en comparación con la baja corriente de placa.

Fig. 5

 

Circuitos de referencia y de ejemplo

El circuito de aplicación básico provisto por Korg utiliza seguidores de fuente JFET simples para regular la señal dentro y fuera del Nutube (ver Figura 6). Se utiliza un búfer de entrada para soportar la impedancia relativamente baja hacia la rejilla y uno de salida para manejar cargas de alta impedancia debido a la baja transconductancia y la alta resistencia de la placa.

 

Fig. 6

Este circuito está diseñado para trabajar con una sola fuente de alimentación entre 5V y 30V. Además, necesita una fuente regulada de 3,3 V, generalmente con un regulador de baja caída (LDO). La polarización es ajustable de 0 a +3.3 V. Para soportar la corriente de rejilla, se utiliza una resistencia de valor relativamente bajo (33 kΩ) para proporcionar polarización de CC a la rejilla. Esto exige que se use un condensador de acoplamiento (10 μF) para acoplar la señal de audio. No hay duda de que podría haber algún cambio de polarización con el nivel de señal en esta disposición, pero con los valores mostrados, no parece ser significativo.

Rendimiento de audio

Al igual que con cualquier tubo de vacío, la ganancia de audio y la distorsión en particular dependen de la implementación del circuito. El punto de polarización y la carga de la placa caracterizan el rendimiento del equipo.

Hemos realizado algunas pruebas usando el circuito de aplicación de Korg, con la polarización recomendada y la carga de la placa, para determinar el rendimiento del audio. Todas las pruebas se realizaron con una tensión de polarización de rejilla de +2.5 V y una resistencia de carga de placa de 330 kΩ. Con una alimentación de +12 V, el circuito proporcionó una ganancia de aproximadamente 2.6 veces. Con 0,5V RMS de entrada y 1,35V RMS de salida, la distorsión armónica total (THD) fue de alrededor del 1%. La THD aumenta con el nivel como cabría esperar.

En la Figura 7, el eje horizontal es el voltaje de salida. La línea roja muestra la THD con respecto a la salida. La THD alcanza el 5% a aproximadamente 3.5 V de salida.

Fig. 7

 

Cambiando la polarización y/o la carga de la placa, se pueden ajustar los armónicos como se desee. Un pequeño cambio en la polarización cambiará los niveles relativos de los armónicos de segundo y tercer orden. La realimentación negativa también puede emplearse para cambiar una ganancia menor por una distorsión menor.

Aplicaciones

El Nutube está diseñado para ser utilizado en varios circuitos de audio, principalmente en aplicaciones de instrumentos musicales. Sus requisitos de baja potencia permiten su uso en sistemas alimentados por baterías, como un pedal de efectos de guitarra. Sin embargo, debido a su baja gm y su correspondiente ruido, es difícil de usar en aplicaciones de muy baja señal (por ejemplo, las etapas de entrada de preamplificadores de micrófono o fono RIAA). El Nutube también puede encontrar uso en equipos de audio de alta fidelidad, como preamplificadores de línea.

Para concluir, según las mediciones de rendimiento de audio, el Nutube actúa como un dispositivo de procesamiento de señal. Es decir, proporciona una ganancia de tensión, pero si el objetivo es obtener una ganancia de tensión precisa, es mejor utilizar otros componentes tipo transistores o amplificadores operacionales.

En un amplificador de guitarra, puede usarse para proporcionar una distorsión similar a la de una válvula convencional, pero con requisitos de tensión y potencia mucho más bajos. En alta fidelidad, se puede utilizar para emular las características armónicas de los amplificadores de potencia a válvulas triodo SE. No es seguro que todos tengan el mismo gusto, pero abre algunas posibilidades interesantes.

Proyectos

Usando el Nutube junto con transistores JFET, hemos diseñado un buffer de entrada para pilotar el módulo Hypex NC500 y el módulo Purifi Audio 1ET400 (Fig. 8). Esta combinación produce una gran potencia de salida y, armónicamente, es muy similar a un amplificador de potencia a válvulas triodo SE. Se alimenta de la fuente de alimentación del propio módulo de potencia y cada canal ocupa solo unos pocos centímetros cuadrados. En realidad sería más pequeño y mucho menos costoso que un amplificador de válvulas grande.

Fig. 8

El módulo de potencia Hypex NC500 (o Purifi 1ET400) tiene una distorsión muy baja por sí mismo (menos del 0.007% a 1 W), pero como pasa con la mayoría de los amplificadores de Clase D, la distorsión armónica de bajo nivel es tan baja, que los convierten en fríos o analíticos. Hay una teoría que dice que, a mayor señal, los armónicos de orden inferior enmascaran la escucha de los armónicos de orden superior. La idea de este montaje es que el sonido del amplificador en clase D estaría controlado por el búfer de entrada Nutube con su relativamente elevada distorsión de bajo orden (principalmente segundo armónico). Las mediciones son similares a un amplificador de válvulas y las personas que lo han escuchado están de acuerdo en que en realidad suena como un amplificador de válvulas, pero que el factor de amortiguación y la dinámica ha mejorado mucho debido a la baja impedancia de salida de la clase D.

Otro proyecto en fase de desarrollo es un preamplificador de línea minimalista basado también en el Nutube. Dispondrá de tres entradas, un control de volumen y una salida, todas con conexiones RCA.

Conclusiones

Aunque no hará que las vávulas convencionales (por ejemplo, el 12AX7) sean obsoletas, el Nutube puede ser un dispositivo útil para los aficionados al audio. Esperemos que encuentre muchos usos en amplificadores de instrumentos musicales, efectos de guitarra y equipos de alta fidelidad. Su baja potencia y baja tensión de trabajo facilitan la experimentación a aquellos que no están familiarizados, o no se sienten cómodos, trabajando con los altos voltajes típicamente utilizados con los circuitos de válvulas.

Veremos que nos depara en el futuro la válvula Nutube.

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