+ All Categories
Home > Documents > Manuale Valvole E Amplificazione Del Suono

Manuale Valvole E Amplificazione Del Suono

Date post: 14-Jul-2015
Category:
Upload: giorgio-battelli
View: 1,050 times
Download: 118 times
Share this document with a friend

of 100

Transcript

Mauro Patrignani

I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

PrefazioneLe valvole o tubi elettronici sono i primi componennti che hanno reso possibile lelettronica in tutte le sue forme. Sono state pressoche abbandonate con linvenzione del transistore e poi dei circuiti integrati in virt della loro pi ridotta dimensione e consumo di energia (con relativa dissipazione del colore) di questi ultimi.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Cronologia degli eventi pi significativi.1883 Thomas A. Edison inventa la lampada ad incandecsenza (In realt su questo c qualche dubbio perch pare che abbia solo migliorato linvenzione di Joseph Wilson Swan un inventore britannico che deposit il brevetto della lampadina con filamento in carbonio un anno prima di Edison e la speriment pubblicamente 10 anni prima!!). Thomas EdisonJoseph Wilson Swan

Cenni storici

Lanpada di Swan

1896 Joseph John Thomson fisico conferm che si pu far scorrere corrente tra due elettrodi posti a distanza nel vuoto (o nei gas) quando uno dei due viene riscaldato, un suo allievo diede a questo fenomeno il nome di emissione termoionica

Ed ecco che nello stesso periodo un consulente scientifico della Marconi Wireless (gi ex consulente della Edison) dal nome di John Ambrose Fleming ricerc sollecitato da Marconi un dispositivo pi affidabile del coherer, per la ricezione delle onde radio. Nasce cos nel 1904 un dispositivo consistente in una lampadina con una piastrina aggiuntiva. Se alla lampada veniva data tensione, il suo filamento si riscaldava fino allincandescenza ed emetteva elettroni catturati dalla piastrina metallica a cui era data carica positiva da una seconda batteria. Questo valvola chiamato tubo di Fleming posto in un circuito radio ricevente riusciva a rettificare il segnale ricevuto e a renderlo disponibile per far funzionare lelemento attuatore di un ricevitore telegrafico. Nasce quindi il primo diodo.

Joseph John Thomson

John Ambrose Fleming

Diodo di Fleming

Schema applicativo del diodo

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Cenni storici

1907 Lee de Forest scopre che, interponendo un filo tra il filamento e la placca, era possibile controllare la corrente che passa fra gli elettrodi (anodo e catodo), e brevett il suo audion (triodo) che fu usato come rivelatore e oscillatore negli apparati radio dellepoca.

Lee de Forest

audion (triodo) di Lee de Forest 1917 Con lentrata in guerra degli Stati Uniti vengono prodotte la 201 e VT1 della Western Electric la VT11 della General Electric

1920 In U.S.A. vengono prodotte le UV200 UV201 della RCA , le prime non per uso militare (Filamento 5V 1A)

UV200 RCA

UV201 RCA

Confezioni Valvole RCAMauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Cenni storici

GE UV201-A con zoccolo della UV-199 (esemplare sperimentale del 1920 mai prodotta)

1923 Appare il primo tetrodo della Philips 1923 Primi esemplari di valvole con filamento in tungsteno toriato UV199 UV201-A General Electric (tensione di filamento 3V, 0,25A)

1926 Lolandese Tellegen inventa nei laboratori Philips in Olanda il primo pentodo

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Funzionamento delle valvole

Cenni sul Funzionamento delle Valvole Prima parte emissione elettronicaLa Struttura della MateriaLamateria che ci circonda composta da Atomi i quali a loro volta sono composti da Neutroni, Protoni ed Elettroni. Neutroni e Protoni compongono il nucleo mentre gli Elettroni girano attorno al nucleo.

Rappresentazione di un atomo.

I protoni hanno carica positiva, i neutroni neutra e gli elettroni negativa. In natura esistono 92 tipi diversi di atomi (ho scritto in natura perch altri possono essere fabbricati dalluomo, vedi elementi transuranici) che aggregati fra loro formano miliardi di diversi tipi di molecole e costituiscono tutta la materia esistente. Latomo elettricamente neutro, quindi chiaro che la carica positiva dei protoni e quella negativa degli elettroni si bilanciano, quindi elettroni e protoni sono in numero uguale. Gli atomi sono caratterizzati da un numero atomico che e la quantizzazione del numero di protoni presenti in ogni atomo e da un peso atomico che la somma dei neutroni e dei protoni presenti nel nucleo atomico. Tuttavia, vi la possibilit che un atomo perda o acquisisca un elettrone e in tal caso perde la propria carica neutra e si trasforma in uno ione. Scendendo nel dettaglio, se un atomo perde uno o pi elettroni diventa uno ione positivo e in caso opposto negativo. Gli elettroni ruotano attorno al nucleo e sono disposti attorno a questultimo su orbite diverse. Dal punto di vista del comportamento elettrico degli elementi a noi interessa lorbita pi esterna degli elettroni. Nei materiali conduttori gli elettroni dellorbita pi esterna possono fuggire e trasformarsi in elettroni liberi allinterno della materia. In tal caso la sostanza un conduttore di elettricit in quanto i suoi elettroni liberi sotto linfluenza di un campo elettrico si possono muovere liberamente dando luogo ad una corrente elettrica. Normalmente, da questo punto di vista le sostanze si dividono in tre categorie : Conduttori, semiconduttori ed isolanti. Negli isolanti non vi sono elettroni liberi e quindi, sottoposti ad un campo elettrico non danno luogo a circolazione di corrente elettrica (a meno che il campo elettrico non sia talmente forte da risucchiare lui stesso gli elettroni dagli atomi). I semiconduttori hanno invece un numero limitato di elettroni liberi e, quindi, offrono una apprezzabile resistenza al passaggio di una corrente elettrica. LEmissione Elettronica Normalmente gli elettroni liberi allinterno di un conduttore sono liberi di muoversi allinterno di esso, ma non possono uscire dalla superficie stessa del conduttore in quanto non hanno abbastanza energia. Se noi apportiamo dallesterno energia gli elettroni acquisiscono abbastanza energia da fuoriuscire dalla superficie del conduttore, e se lo stesso si trova nel vuoto, possono produrvi attorno una nube. E da notare che non sottoposti a nessun campo elettrico esterno gli elettroni rimangono in prossimit del catodo in virt del fatto che questo avendo perso elettroni ha un potenziale positivo rispetto allelettrone. Gli elettroni emessi creano una carica spaziale negativa attorno al catodo rendendo pi difficile la fuoriuscita di altri elettroni che vengono respinti verso il catodo. Per provocare una emissione di elettroni vi sono diversi modi: Riscaldamento (emissione termoionica) Bombardamento con fotoni (fotoemissione) Bombardamento con elettroni (emissione secondaria) Campo elettrico Lemissione di elettroni proporzionale allenergia che si cede.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Riscaldamento: Nel caso delle valvole si usa questo metodo ovvero il riscaldamento del catodo (emissione Termoionica). Il fenomeno della fuoriuscita degli elettroni si autoinibisce in quanto gli elettroni fuoriusciti formano una nube elettronica che essendo appunto costituita da elettroni ha potenziale negativo e, quindi, respinge indietro altri eventuali elettroni che cercassero di fuoriuscire. Quindi il fenomeno si stabilizza.

Bombardamento con fotoni: Sottoponendo alcune sostanze alla luce queste emettono elettroni (era il principio che si sfruttava nei vecchi tubi di ripresa prima dellavvento dei CCD) in misura proporzionale allenergia della luce (che inversamente proporzionale alla lunghezza donda della stessa). Il principio prende il nome di fotoemissione. Bombardamento con elettroni: Se una sostanza viene sottoposta al bombardamento di elettroni a sua volta emette elettroni, in proporzione allenergia posseduta dagli elettroni che hanno operato il bombardamento. Questo fenomeno si sfruttava in dispositivi detti moltiplicatori elettronici.

Rappresentazione della densit della nube elettronica attorno al catodo. Per avere una raffigurazione del fenomeno si pu pensare allebollizione di un liquido.

Campo elettrico:Sottoponendo gli atomi di una sostanza ad un forte campo elettrico di potenziale positivo gli elettroni sonoattratti e vengono strappati dalla sostanza.

Funzionamento delle valvole

I catodi Si possono innanzitutto suddividere in base al tipo di riscaldamento che pu essere diretto o indiretto. Nel primo

caso il catodo e il filamento di riscaldamento sono la stessa cosa, quindi il circuito di alimentazione del filamento e il circuito anodico non sono elettricamente isolati. Linerzia termica ridotta, la valvola va subito a regime, questa soluzione tuttavia richiede che la corrente che scorre nel filamento onde evitare dei ronzii sia continua. Questa soluzione la meno usata. Nei catodi a riscaldamento indiretto il filamento incapsulato in un tubicino, il catodo, elettricamente isolato dallo stesso che si scalda per conduzione. I catodi per assolvere alla loro funzione in modo ottimale devono essere costruiti con materiali in grado di emettere elettroni in abbondanza

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Funzionamento delle valvole

anche ad una temperatura lontana dal loro punto di fusione. Quindi una soluzione usare un catodo metallico in tungsteno che ha una temperatura di fusione di 3370 C e fornisce una buona emissione di elettroni ad una temperatura di 2500C. Tuttavia il consumo di energia per il riscaldamento del filamento proporzionale alla temperatura dello stesso e pi energia spendiamo per riscaldare lo stesso pi energia la valvola deve dissipare per una funzione accessoria. Quindi si fatto ricorso a vari espedienti per abbassare il pi possibile la potenza assorbita per il riscaldamento e quindi la temperatura del catodo senza compromettere lemissione. Quindi sono stati adottati quasi universalmente i catodi rivestiti di ossidi eccezion fatta per le valvole di grandissima potenza. Di norma si usano ossidi di torio, bario o stronzio depositati su un metallo che ha la funzione di supporto. In questi catodi il riscaldamento viene ottenuto con un filamento isolato elettricamente tramite rivestimento ceramico, che riscalda a sua volta il tubetto (normalmente di nichel) che funge da supporto per gli ossidi. Il limite di tutti i catodi che non emettono elettroni allinfinito, ma, dopo un certo tempo, variabile in funzione del materiale usato, inizi Cat d in Tun steno e Tant l o I fatto e di di c iminaz ne c e i flu nza la c lta di u m tallo i ve e di un alt o il apporto fra va orazione e metallo ( ottovuo o l metallo sotto ost a forte te peratu a en e a sub imare vv ro a pas a e irettame te allo stato s lid allo s ato gassoso e lemiss one di ele t oni. vviamente s il m t llo evapo a, il a odo dur r poco, e i pi l met llo ev pora o poi si conde s r in altr p rti pi fr dde della al ol dando ltri pro le i e os acolan o il e ol re un ionamen o. Sono d no ma impiegati ng teno tant lio nella reali zazione di v lvole di grand otenza usat p r trasmi sione. Questi atod s no co truttivam nte un fil i tungste o avv lto a spirale o a forma d b rretta Questi catod ha no una durata che no malmen e si aggira sulle 150 200 o e. Catodi n Tungs e o Toria o e aume ta e il coef ciente di emi sione dei catodi v ntaggioso r ve tire i meta lo c e fung da substr to di una pe licola di n altro m ta lo con pi lt potere d em ssione . I catodi in T ngsteno T ri to sono cos ituit d un filame to di ungsteno on en nte u a perce tua e d l 1- % di o si o di torio. na vol a ostruito l catod dev essere at iv to ovvero v en portato d una temp rat ra di 2800 . I que to modo o sido di t rio s trasform i torio meta lico. urante i funzi namen o del c to o i torio tend a portars s lla su erfic del cat do forma do uno strat m noato ico. A man a mano ch il torio eva ora dalla up rficie del c t do viene rimpi zzato dag i a omi di Catodo a ris aldame to diretto.

Catodo a riscaldamento diretto

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Funzionamento delle valvole

Catodo a riscaldamento indiretto ricoperto con ossidi.

Particolare della struttura di un diodo a riscaldamento diretto

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Funzionamento delle valvole

torio contenuti nel catodo stesso. Questi catodi per arrivare a fornire un buon rendimento hanno bisogno di un certo tempo per dare modo al torio di formare lo strato monoatomico. Catodi rivestiti di Ossidi. Il catodo in questo caso formato da un supporto metallico sulla cui superficie sono deposti degli ossidi di metalli alcalini. Questi ossidi sono caratterizzati da un alto coefficiente di emissione. Questi catodi si possono differenziare in base alla tecnica usata per depositare lo strato di ossido sulla superficie del substrato che funge da supporto. Griglia. Di griglie in una valvola ce ne possono essere diverse, tipicamente una nel caso del triodo, due nel caso del tetrodo e tre nel caso del pentodo. Poi esistono valvole particolari con pi di tre griglie (come gli ottodi). La griglia di controllo posta fra anodo e catodo in prossimit di questultimo ed lunica griglia che hanno in comune tutte le valvole amplificatrici. Deve avere le seguenti caratteristiche: 1) non facilmente deformabili (deformazioni meccaniche). 2) che presentano condizioni sfavorevoli allinsorgere della emissione elettronica (per evitare che emetta elettroni sottoposta al riscaldamento per irraggiamento da parte del catodo). 3) con un basso coefficiente di dilatazione termica. 4) Le barrette laterali che sostengono la griglia e il filo che la costituisce al fine di impedire innalzamenti di temperatura dovuti alla prossimit del catodo, devono essere di un materiale buon conduttore di calore. Normalmente si usano fili di molibdeno rivestiti di zirconio o platino oppure placcati doro. Anodo (o Placca) Lanodo ha il compito di raccogliere gli elettroni emessi dal catodo. Lanodo pu avere diverse forme, tuttavia dovendo dissipare gran parte del calore prodotto dalla valvola per irraggiamento (ricordiamo che nel vuoto non vi sono fenomeni di conduzione del calore) deve possedere le seguenti caratteristiche: 1) Elevata malleabilit per poter essere stampati e mantenere poi la forma. 2) Basso coefficiente di dilatazione termica (per non alterare al geometria in presenza di forte calore). 3) Alta temperatura di fusione. Vengono a questo scopo usati molibdeno, tantalio, ferro nichelato, e nichel. 4) Influenza dei campi elettrici sul moto degli elettroni nel vuoto Gli elettroni, una volta emessi dal catodi sono sottoposti a diversi campi elettrici che ne condizionano il comportamento. Lelettrone in virt della sua carica negativa viene attirato da un polo positivo (anodo) e respinto da un polo negativo (catodo). Lelettrone sottoposto ad un campo elettrico si muove di moto uniformemente accelerato verso lanodo dove alla fine va a sbattere e tutta lenergia che accumula durante la corsa la ritroviamo allanodo sotto forma di calore. Se lelettrone ha sufficiente energia si prospetta lipotesi vista in precedenza dellemissione da parte dellanodo di elettroni per bombardamento, i quali vengono a loro volta attratti dallanodo.

Come visibile dalla figura un elettrone immerso in un campo elettrico viene attratto dallelettrodo a potenziale positivo e respinto dallelettrodo avente potenziale negativo, si muove quindi dal catodo verso lanodo di moto rettilineo uniformemente acellerato.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Se i campi elettrici sono pi di uno lelettrone soggetto alla risultante vettoriale del campi elettrici. Dove e lelettrone, f1 ed f2 sono le forze che agiscono su e, direttamente proporzionali ai due campi elettrici e inversamente proporzionali alla distanza fra le placche a cui applicato il campo elettrico.

Funzionamento delle valvole

Questo tipo di interazione fra campi elettrici sfruttata nei cinescopi a deflessione elettrica (vedi oscilloscopi) in cui due elettrodi servono per la deflessione orizzontale e due per la deflessione verticale.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

Seconda parte tipologia delle valvole

Le valvole sono classificate in base al numero di elettrodi contenuti al loro interno. Quindi Diodi (due elettrodi), triodi (tre elettrodi), tetrodi, pentodi. Queste sono le pi comuni.

Diodo:E la valvola meno complessa, ha solamente due elettrodi, lanodo e il catodo e viene usata come raddrizzatore negli

alimentatori. Infatti gli elettroni possono transitare solo dal catodo (che li emette) allanodo (o placca) che li riceve e questo succede solo se lanodo positivo rispetto al catodo. Viceversa non vi corrente anodica (Ia).Da notare la non linearit del comportamento del diodo, che si accentua nella parte superiore della curva che assume un andamento orizzontale, ovvero aumentando la tensione la corrente non cresce. Questo fenomeno detto saturazione da imputare al fatto che tutti gli elettroni emessi vengono catturati dallanodo. Essendo il numero di elettroni emessi costante, la corrente anodica non

Funzionamento normale

Corrispondenza fra gli elettrodi reali e la simbologia grafica adottata per il diodo.

Invertendo la tensione il diodo non conduce Il diodo un dispositivo che permette la circolazione della corrente in un solo verso, dal catodo verso lanodo. Quindi, come evidenziato nella figura sottostante, applicando una tensione alternata allanodo la corrente circola solo in corrispondenza delle semionde positive.

Se ad un diodo viene applicata una tensione alternata, nel circuito circola una corrente solo in corrispondenza delle semionde che rendono positivo lanodo rispetto al catodo. Infatti gli elettroni possono andare solo dal catodo, dove vengono emessi, allanodo che li attira. Quando lanodo negativo rispetto al catodo, questultimo continua ad emettere elettroni, ma questi non possono essere attirati dallanodo, e quindi non vi pu essere corrente. Sulla resistenza di carico Rc, quindi circola corrente solo in un verso.Il diodo impiegato in virt di questa sua propriet negli alimentatori come raddrizzatore.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Nella figura sottostante invece riportato il circuito usato per rilevare la curva anodica caratteristica del diodo.

V = VoltmetromA=MilliamperometroLa tensione della batteria viene parzializzata da un reostato. Normalmente si usa direttamente un alimentatore a tensione variabile, che, tuttavia deve avere una tensione di uscita dellordine delle centinaia di Volt.

Tipologia delle valvole

Si procede in questo modo: si porta, manovrando il reostato la tensione a 0 Volt, poi si incrementa e si rileva la corrente, si incrementa e si rileva la corrente e cos via. I risultati vengono riportati in un grafico in cui sulle ascisse si riporta il valore della tensione e sulle ordinate il valore della corrente.

Aumentare la corrente di saturazione aumentando la tensione di filamento porta ad un prematuro esaurimento della valvola pu aumentare altre ad un determinato valore detto di saturazione. Per aumentare la corrente di saturazione occorre aumentare il numero di elettroni emessi cosa possibile solo aumentando la tensione di alimentazione del filamento, cosa che alla lunga porta ad un precoce esaurimento della valvola.

Triodo :Il triodo deriva il suo nome dal numero di elettrodi presenti al suo interno (Anodo, catodo, griglia). La griglia ,

nei tubi pi recenti realizzata con del filo sottile avvolto fra due montanti come si vede nella figura sottostante.Nella figura mostrato il simbolo circuitale del triodo e il relativo disegno meccanico semplificato. Da notare che il filamento inserito allinterno del catodo isolato da esso. La griglia posta in prossimit del catodo e geometricamente molto pi vicina al catodo che allanodo (per migliorare lamplificazione del triodo). Il triodo nato come naturale evoluzione del diodo al quale stato aggiunto un elettrodo denominato griglia di controllo posto in prossimit del catodo. In definitiva la griglia di controllo ha un potenziale pi negativo rispetto al catodo, quindi gli elettroni emessi da questultimo vengono respinti dalla griglia. Aumentando in potenziale negativo della griglia si arriva ad una tensione detta di interdizione per cui non passano pi elettroni, quindi il triodo non conduce. Variando il potenziale applicato alla griglia si ottiene una

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

proporzionale variazione della corrente anodica. La griglia di controllo durante il normale funzionamento non diviene mai positiva rispetto al catodo, e questo evita che vi sia una corrente di griglia, quindi questo elettrodo non dimensionato per sopportare una eventuale corrente.

Tetrodo:Uno dei problemi principali che ha il triodo la capacit fra griglia e anodo che determina un accoppiamento del

circuito anodico con quello di griglia e che determina allaumentare della frequenza una retroazione che riduce progressivamente lamplificazione di suddetta valvola. Un netto miglioramento del problema si ebbe con lintroduzione del tetrodo, tubo a 4 elettrodi nel quale inserita, in aggiunta a catodo, griglia e anodo, una seconda griglia, denominata griglia schermo. La sua presenza fra griglia controllo e placca viene a costituire uno schermo elettrostatico fra quelli che in genere sono gli elettrodi dingresso e duscita del triodo, e la sua costruzione simile a quella dellaltra griglia, salvo avere una maglia un po pi fitta. Alla griglia schermo viene applicata una tensione positiva normalmente poco pi bassa di quella di placca, che contribuisce ad intensificare lazione di attrazione sugli elettroni emessi dal catodo e regolati dalla griglia controllo; ci fa s che essa intercetti un certo numero di elettroni, sottraendoli (nella misura del 10+12%) al flusso che attraversa la valvola proveniente dalla carica spaziale.

Nella foto di lato si pu osservare un doppio triodo tipo Ecc81 usato come amplificatore di tensione. Si notano i corpi distinti dei due triodi presenti allinterno della valvole (si notano soprattutto gli anodi di colore grigio in quanto gli altri elettrodi, griglia e catodo sono allinterno dellanodo) e i relativi supporti di mica che li mantengono solidali con il bulbo. Si notano anche i collegamenti fra i reofori (i piedini della valvola) e gli elettrodi interni alla valvola.

Circuito atto a rilevare le caratteristiche anodiche di un triodo. Va=Tensione anodica Vg=Tensione di griglia Ia=Corrente anodica Questo circuito e similari stato soppiantato da sistemi di misura pi moderni, automatici e dotati di computer che rilevano in automatico tutti i valori significativi.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

La presenza di questa griglia, oltre a ridurre fortemente la reazione negativa interna del tubo, in quanto scherma la griglia principale rispetto alla placca, ne aumenta altrettanto fortemente il fattore di amplificazione, in quanto la tensione di placca ha molto meno effetto sulla corrente di placca, che risulta invece pi sensibile al valore della tensione della stessa griglia schermo. Pentodo:al fine di risolvere il problema dellemissione secondaria senza ricorrere ad artifizi (come nel tetrodo a fascio) stato creato il pendodo (che come dice il nome ha cinque elettrodi, anodo, catodo, pi tre griglie).

Tipologia delle valvole

Capacit parassite del triodo

Esempio costruttivo di un tetrodo.

Nella figura a sinistra riportatao un circuito di prova di un tetrodo e la relativa curva rilevata. E da notare che la tensione della griglia schermo deve essere positiva rispetto al catodo e leggermete inferiore a quella dellanodo. Per rilevare la caratteristica anodica di figura la tensione di griglia schermo viene settata ad un valore costante e viene fatta variare solo la tensione anodica. Prendendo in considerazione le caratteristiche rilevate si vede che inizialmente la corrente sale in proporzione alla tensione, poi allaumentare della tensione anodica vi un abbassamento della corrente anodica. Questo dovuto al fatto che gli elettroni accellerati dalla griglia schermo anchessa positiva arrivano allanodo con una velocit e, quindi una energia, molto alta e colpendo questultimo riescono ad estrarre altri elettroni ( emissione secondaria), che trovandosi in prossimit un potenziale positivo pi alto di quello anodico, quello della griglia schermo, ne vengono attratti, quindi la corrente totale diminuisce. Aumentando ulteriormente la tensione dellanodo questultimo inizia ad avere un potenziale prossimo o maggiore di quello della griglia schermo, quindi riesce a catturare anche gli elettroni che fuoriescono per emissione secondaria e la corrente anodica torna a salire. Questa caratteristica molto particolare fa si che il tetrodo sia, nella sua veste originale, una delle valvole meno usata (purtroppo non ha un comportamento lineare). Per ovviare a questo inconveniente sono stati creati i tetrodi a fascio, sfruttando particolari geometrie nella disposizione degli elettrodi che costringe il flusso di elettroni, nel percorso catodo-placca, in fasci di corrente ad alta densit, riuscendo a sfruttare gli effetti della carica spaziale che viene a formarsi fra griglia schermo e placca, in genere, si tratta di tubi di potenza.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Nella figura a lato evidenziata larea in cui la tensione di griglia schermo molto pi alta di quella anodica, quindi la griglia schermo cattura parte degli elettroni emessi per emissione secondaria dallanodo provocando una diminuzione della corrente anodica.

Tipologia delle valvole

Nellimmagine a fianco riportata la corrispondenza fra la meccanica e il simbolo grafico del pentodo.Come si pu notare il pentodo ha una griglia aggiuntiva, detta griglia di soppressione che elettricamente collegata al catodo. Questa nuova griglia essendo polarizzata allo stesso potenziale del catodo respinge verso lanodo gli elettroni emessi da questultimo per emissione secondaria.

Di lato riportato lo schema di principio utilizzato per rilevare le caratteristiche anodiche del pentodo e la relativa caratteristica anodica tipica. Come si pu notare il circuito per rilevare le caratteristiche uguale a quello utilizzato per il tetrodo in quanto la griglia di soppressione collegata internamente o esternamente (dipende dal tipo di pentodo) al catodo, quindi non necessita di un circuito di polarizzazione esterno.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

Le valvole plurigriglia: Una volta raggiunta la configurazione del pentodo, laggiunta di una o pi ulteriori griglie non apporta al tubo alcuna nuova caratteristica per quanto riguarda le sue prestazioni tipiche. Tuttavia, anche se le caratteristiche comportamentali rimangono quelle dei modelli base sin qui descritti, sono state costruite, in alcuni casi con grande diffusione, valvole con un numero di griglie superiore a tre: rispettivamente a 4 griglie (esodi), a 5 griglie (eptodi) ed a 6 griglie (ottodi). Le griglie aggiuntive conservano le caratteristiche ben note, e consentono di ottenere una possibilit di comando multiplo del tubo, (quindi si tratta di griglie di controllo) specialmente per quanto riguarda eptodi ed ottodi, la molteplicit di griglie serve per cumulare nella stessa valvola le funzioni, per esempio, di oscillatore locale e convertitore di frequenza. Il massimo noto di griglie sembra essere relativo allenneodo, precisamente tubo a 7 griglie, specificamente utilizzato come discriminatore di frequenza o comparatore di fase. Valvole per impieghi particolari: TUBI A GAS. Esistono svariate tipologie di valvole per impieghi particolari, prenderemo in considerazione solo le pi comunemente usare negli amplificatori. Si tratta in ogni caso di valvole rare. - diodi a scarica luminosa Si tratta di una valvola a catodo freddo (quindi senza filamento di riscaldamento del catodo) usata come stabilizzatore di tensione. La sua atipicit dovuta alla presenza di gas inerte a bassa pressione allinterno della stessa che le conferisce caratteristiche molti peculiari. La caratteristica anodica di questi diodo non lineare e presenta un tratto a forte pendenza in corrispondenza dellinnesco della scarica nel gas.

Questa caratteristica viene sfruttata (come si pu vedere nella figura) per stabilizzare una tensione ai capi di un carico, come avviene con un diodo Zener. La resistenza in serie al diodo una resistenza di limitazione della corrente. Un altro possibile impiego di questa valvola come riferimento di tensione nei stabilizzatori. Il funzionamento nel dettaglio di quasta valvola il seguente: aumentando la tensione anodica, inizialmente la corrente anodica (Ia) nulla in quanto il gas presente allinterno della valvola non conduce, poi si arriva alla tensione di ionizzazione del gas, per cui il gas entra bruscamente in conduzione. La resistenza in serie limitala corrente a valori non ditruttivi per la valvola, la tensione ai capi della valvola assume un valore pressoch costante determinato dal tipo di gas, e dal tipo di materiale impiegato per il catodo. Quando la valvola in conduzione il gas ionizzato produce una luminescenza, da qui il nome della valvola. Queste valvole sono costruite per valori di tensione compresi fra 75 e 150 volt e per valori di corrente da 5 a 40 mA. - diodi a catodo caldo sono impiegati come rettificatori negli alimentatori in virt della loro bassa tensione Anodo-Catodo in fase di conduzione. Sostanzialmente dal punto di vista concettuale sono uguali ai a scarica luminosa eccetto per il catodo che viene riscaldato.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Valvole Multiple Si ottengono assemblando allinterno dello stesso bulbo diversi gruppi di elettrodi raggruppati in strutture differenziate. Lo scopo principale economizzare lo spazio accentrando allinterno dello stesso bulbo pi valvole diverse. Apparvero nella seconda met degli anni 20. In basso, a titolo di esempio, sono raffigurate una pcl82, allinterno del bulbo sono presenti un triodo e un pentodo e una E180CC nella quale sono presenti due triodi.

Tipologia delle valvole

PCL 82Nella foto a Lati si pu notare che nel bulbo sono presenti due corpi distinti, uno per il triodo (il pi piccolo) e uno per il pentodo. In basso riportato lo schema dei pin della valvola. Si pu notare il collegamento interno fra griglia di soppressione e catodo e il collegamento in serie dei filamenti.

E180CCSi tratta di un doppio triodo, allinterno sono ben visibili i due anodi, perfettamente uguali. Sotto riportata la piedinatura della valvola. Pregasi notare la presa intermedia (piedino 9) fra i due filamenti. Ha lo scopo di dare la possibilit di alimentare i filamenti a 6,3 o 12,6 Volt (in serie o parallelo)

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

Di seguito sono riportate alcune valvole multiple che possono essere considerate delle vere opere darte per complessit e bellezza.Una delle valvole pi affascinanti che vedrete mai, la Loewe 3NF incorpora tre triodi, due condensatori e quattro resistori in una singola ampolla. Linclusione dei componenti passivi ha ridotto il numero dei reofori richiesti a sei, ma per evitare che contaminano il vuoto, ciascuno sono sigillati allinterno di un tubo di vetro. Uno dei motivi per lo sviluppo di questo dispositivo stupefacente era quello che in Germania, cera una tassa sulle radio riceventi basate sul numero di valvole impiegate nellinsieme, quindi dal 1926, Loewe Radio A.G ha prodotto la valvola 3NF ed anche la 2HF, che contiene allinterno due tetrodi, due resistori e un condensatore, destinato ad uso di amplificatore RF a due stadi. Uno svantaggio evidente di mettere tre valvole in un singol contenitore che se un filamento si rompe, il dispositivo intero diventa inutile, ma per ovviare a questo svantaggio, Loewe ha offerto un servizio di riparazione per sostituire i filamenti guastati.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Diseguito sono riportate le pagine del catalogo Loewe dove viene pubblicizzata la 3nf.

Tipologia delle valvole

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipologia delle valvole

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Progetto di un amplificatore Per progettare un amplificatore a valvole si pu procedere in due modi: - Progettazione convenzionale In questo caso si progetta lamplificatore in ogni singolo dettaglio e lo si collauda in toto alla fine dellassemblaggio. E meglio avere un software di simulazione di circuiti elettronici per verificare di non aver commesso qualche errore banale. - Progettazione top-down Si progetta e si realizza stadio per stadio, modificando e adattando di volta in volta i valori dei componenti allo scopo di ottimizzarne la resa. Questo metodo si presta in special modo alla progettazione di amplificatori con reazione negativa distribuita (senza anello di reazione globale). In ogni caso le prime duecose che occorre stabilire a priori sono: - Scelta della valvola - Classe di funzionamento - Controreazione

Scelta della valvola I fattori che possono influenzare la scelta di una valvola sono molteplici. Fattori di tipo tecnico: -lamplificazione che si vuole ottenere possono far preferire un pentodo ad un triodo. -la potenza massima nel caso di un aplificatore finale. -la durata della valvola. Esistono valvole particolari a lunga durata. Fattori di tipo pratico: -il costo. Ovviamente poter acquistare valvole selezionate un bene, tuttavia tali valvole hanno un costo ch 10 volte pi alto di quelle non selezionate. Lalto costo determinato dalla selezione che comporta la prova delle valvole ad una ad una previo riscaldamento per verificarne le caratteristiche con notevole dispendio di tempo. Stesso discorso vale per le coppie e i quartetti di valvole per i finali push-pull di potenza. La differenza fra due valvole dello stesso tipo pu anche essere molto rilevante per le tolleranze costruttive dei vari elementi che le compongono che nonostante vengano prodotti con tolleranze centesimali non sono mai perfettamente uguali. -lingombro nel caso di un apparato portatile o che in ogni caso non debba eccedere nelle dimensioni. -la reperibilit. Alcune valvole sono praticamente introvabili. In pratica questo uno dei fattori determinanti. Classe di funzionamento la classe di funzionamento si discrimina in base al tempo di conduzione di un dispositivo non lineare in rapporto alla durata di una onda sinusoidale applicata al suo ingresso. Per permettere una pi chiara comprensione a questo punto tratter il caso reale di un amplificatore di tensione che funziona nelle classi A, AB e B. Lamplificatore di tensione posizionato a sinistra composto da un triodo tipo Ecc82 (si tratta di un doppio triodo di cui usiamo solo una met), Cg er Cu sono rispettivamente le capacit di disaccoppiamento di ingresso e uscita, Vg un generatore di tensione continua che polarizza la griglia con una tensione che va da 0V a -30V, Rg la resitenza di ingresso (quella che vede lo stadio precedente) e Ra la resistenza di carico del triodo. Di seguito riportato il grafico delle caratteristiche anodiche di una Ecc82 (datato 20/06/1953 !!!!). In fase di progetto si prcede in questo modo: a) Scegliere la tensione Vcc (300V nel nostro caso) b) Scegliere la resistenza Ra (300/0,025=12KoHm) c) Si traccia la retta di carico controllando che sia sotto la massima potenza che la valvola pu sopportare (Wa=2,75W).

Progettazione

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Progettazioned) A questo punto si sceglie una tensione di polarizzazione della griglia di controllo (nel caso della figura 6Volt) e questa determina la classe di funzionamento, unitamente al valore del segnale in ingresso.e) Si applica sullingresso una tensione di 4Vpp (per comodit)La tensione applicata alla griglia di controllo la somma della componente continua di 6Volt pi la componente alternata di 4Vpp, quindi la tensione di griglia va da -2V a -8V.Questo provoca una variazione della corrente anodica e come conseguenza una variazione della caduta di tensione sulla Ra, quindi una variazione di tensione anodica. Per il caso trattato la variazione di tensione anodica di 43V e viene direttamente portata in uscita disaccoppiandola con il condensatore Cu . Lamplificazione in questo caso data da Vupp/Vipp quindi (215-172)/4=10,75.Come si pu notare nella valvola vircola corrente per tutto il periodo del segnale in ingresso, quindi lavora in classe A. Questo perch la somma fra la tensione di polarizzazione della griglia e il segnale in ingresso non porta mai la valvola a funzionare in interdizione quindi nella stessa passa corrente per tutto il periodo del segnale in ingresso.Nella figura riportata di seguito invece lo stesso circuito variando la polarizzazione lavora in classe AB ovvero la corrente attraversa la valvola per un tempo inferiore al periodo dellonda sinusoidale ma superiore al mezzo periodo.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Progettazione

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Progettazione

Come si pu notare dalla figura la tensione applicata al circuito anodico in questo caso di 160V, la tensione di interdizione per tale tensione anodica da applicare alla griglia di controllo -12V e nella massima elongazione la semionda negativa del segnale porta la griglia controllo, che ha una tensione continua di polarizzazione di -10V, a -12,5V tensione per la quale la valvola non conduce.Se la tensione continua di polarizzazione della valvola fosse stata in questo caso -12V la valvola sarebbe stata in conduzione sono in corrispondenza della semionda positiva del segnale e avrebbe lavorato in classe B. Se la tensione di polarizzazione della valvola fosse stata ancora pi negativa la conduzione si sarebbe ridotta a meno del 50% del periodo del segnale in ingresso, quindi lamplificatore avrebbe lavorato in classe C.

Nel caso di un preamplificatore praticamente obbligatorio progettare degli stadi in classe A, mentre la classe AB viene usata negli amplificatori finali di potenza audio per aumentare il rendimento. Le classi B e C si usano negli amplificatori RF sempre per motivi legati al rendimento. Esistono poi, e li cito per completezza, amplificatori in clesse A fittizzia in quanto hanno la polarizzazione della griglia di controllo che varia, per quello che riguarda la componente continua in funzione dellampiezza del segnale in ingresso mantenendo la valvola sempre in conduzione. Questa soluzione peraltro di difficile attuazione presenta dei problemi per quello che riguarda i segnali che presentano picchi e forte dinamica (la polarizzazione non si adatta in tempo reale).

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

La reazione Per reazione si intende riportare parte del segnale di uscita di un amplificatore in ingresso. Talvolta questo viene fatto stadio per stadio talvolta tramite un anello di reazione globale ovvero dallultimo stadio al primo, il caso pi frequente una combinazione dei due. Esistono due tipi di reazione, la positiva quando il segnale di uscita viene riportato in ingresso in fase con il segnale di ingresso e la negativa, quando cio il segnale viene riportato in ingresso in opposizione di fase (sfasato di 180). La reazione positiva o rigenerazione, viene usata negli oscillatori, la negativa universalmente usata negli amplificatori. Nella figura riportato un esempio tipico di reazione negativa. Il segnale applicato alla griglia induce una variazione della corrente anodica. Sulla resistenza Rk1 la variazione di corrente induce una caduta di tensione variabile che si somma, essendo la resistenza stessa sia parte del circuito anodico che di quello di griglia, alla tensione del segnale applicato alla griglia. Analizzando il comportamento della corrente anodica vediamo che quando la tensione sulla griglia aumenta, aumenta anche la corrente anodica,

Classico esempio di amplificatore di tensione a Triodo reazionato con resistenza di polarizzazione posta sul catodo. Oltre a polarizzare negativamente la griglia rispetto al catodo determina anche una reazione negativa che pu essere variata parzializzando la resistenza Rk.

quindi aumenta la tensione ai capi di R1 che si somma algebricamente con quella di ingresso dando come risultante, essendo sfasate di 180 la differenza delle due. Praticamente al segnale di ingresso si sottrae quello di reazione. Nellesempio possibile variare la reazione bypassando parte della resistenza Rk (scomposta in Rk1 ed Rk2 tali che Rk1+Rk2=Rk) con un condensatore Ck2, che funge da bypass per la componente alternata come visibile nel disegno. Il condensatore Ck2 dovr avere una capacit tale da essere un cortocircuito per la componente variabile della tensione Vrk2 (ai capi di Rk2).

Nella figura in alto riportato il classico esempio di reazione globale ovvero fra luscita e lingresso. Come si pu facilmente notare la tensione da reazionare viene presa direttamente ai capi della resistenza di carico, ridotta come ampiezza da un partitore resistivo formato dalle resistenze R1, R2, R3 ed Ri (la resistenza di uscita dello stadio precedente, in questo caso visto che lo schema si riferisce ad un finale di potenza, presumibilmente la resistenza di uscita di un preamplificatore). A fianco riportato il circuito equivalente del circuito di reazione dellamplificatore . G1 Vu. Si ottiene applicando i teoremi di Tevenin e Norton. Si tratta di una semplificazione in quanto non si tiene conto dei comportamento nei casi limite, quando le capacit di accoppiamento iniziano a far sentire i propri effetti. Lo studio dei casi limite serve per verificare la stabilit dellamplificfatore, Infatti le capacit introducono degli spostamenti di fase della tensione di reazione a volte tali da mandare in autooscillazione lamplificatore, ovvero la controreazione si trasforma in reazione positiva. In ogni caso comportamenti anomali si possono rilevare facilmente in fase di prova dei prototipi con un generatore ed un oscilloscopio a doppia traccia.

Progettazione

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Protocollo di verifica

Protocollo di verifica degli amplificatori HI-FI Per verificare la qualit di un amplificatore e per avere dei termini di paragone occorre avere dei valori da confrontare aldil dellorecchio dellascoltatore che rimane pur sempre un mezzo valido in un confronto diretto. Quelle di seguito illustrate sono una serie di prove che danno un quadro completo della qualit dellamplificatore. Guadagno di tensione e massima potenza in uscita di un amplificatore. La figura di seguito riportata illustra la disposizione circuitale per eseguire la misura del guadagno di un amplificatore. Come si pu notare gli unici strumenti indispensabili sono un generatore di Bassa Frequenza e un Oscilloscopio. Il voltmetro Vi necessario se non si conosce il valore della tensione di uscita del Generatore B.F. (In alcuni casi lo strumento gi integrato nello stesso, oppure si pu usare lOscilloscopio spostando il puntale o usando la seconda traccia). Il Voltmetro Vu serve nel caso si voglia avere il valore della tensione di uscita senza dover fare dei calcoli con loscilloscopio. Scendendo in dettaglio occorre: a) Generatore di B.F. (da 5Hz a 50KHz) b) 2 Voltmetri RMS (facoltativi) c) Un Oscilloscopio (Basta un 10/20MHz) d) Una resistenza di carico pari al carico che piloter lamplificatore.

Come si procede: a) Collegare gli strumenti b) Accendere lamplificatore e lasciarlo scaldare per almeno qualche minuto c) Applicare allingresso un segnale di 1KHz partendo da una tensione di 0V e aumentando piano fino a che lamplificatore non inizia a distorcere. Riportare la tensione del Gen. B.F. ad un valore per cui lamplificatore ancora non distorce. d) Misurare con cura la tensione di ingresso e di uscita. A questo punto possiamo determinare il guadagno di tensione: Gv=Vu/Vi dove Gv il guadagno espresso in volte (numero puro perch generato dal rapporto fra due grandezze di misura uguali ) dellamplificatore Vu la tensione in uscita espressa in Volt Vi la tensione in ingresso espressa in Volt Possiamo altres determinare la massima tensione applicabile allingresso (la tensione per cui si ottiene la massima potenza dellAmplificatore). Per determinare la massima potenza ottenibile in uscita si ricorre alla seguente formula: Pumax=Vumax(Vumax/Rc) dove Pumax la massima potenza in uscita espressa in Watt Vumax la massima tensione in uscita in condizione di linearit (precedentemente misurata), espressa in Volt Rc la resistenza di carico espressa in Ohm NOTA: La potenza massima Pumax cos ottenuta non la potenza efficace ma di picco. Per ottenere la potenza efficace (RMS) occorre usare Vueff invece di Vumax che si orriene Vumax/radice quedrata di 2, quindi Pueff=Vueff(Vueff/Rc)

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Come possibile notare il guadagno dellamplificatore si mantiene lineare fino a che la tensione in ingresso pi bassa della massima tensione applicabile. Ci dovuto al fatto che oltre un certo limite la tensione ai capi del primario del trasformatore di uscita (adattatore di impedenza) diventa di valore paragonabile a quella di alimentazione.

Banda passante di un amplificatore. Per rilevare la banda passante la configurazione circuitale e gli strumenti utilizzati sono gli stessi che si sono usati nella prova precedente. Come si procede: a) Collegare gli strumenti b) Accendere lamplificatore e lasciarlo scaldare per almeno qualche minuto c) Applicare allingresso un segnale di ampiezza pari al 50% del massimo segnale applicabile e di frequenza da 5 Hz fino a 30-40 KHz incrementando la frequenza a piccoli passi. d) Riportare su un foglio di carta millimetrata il grafico ponendo sulle ascisse la frequenza e sulle ordinate la tensione di uscita. e) Determinare la tensione massima per frequenze comprese fra 20Hz e 20KHz. f) Tracciare una riga orizzontale che corrisponde ad una tensione pari a Vumax/1.41 (radice quadrata di 2 circa) g) Determinare i punti di contatto fra il grafico della tensione e la linea orizzontale (nella figura f1 e f2) e tracciare nei punti di intersezione due rette verticali. h) I valori di frequenza compresi fra le due linee verticali corrispondono alla banda passante dellamplificatore.

Protocollo di verifica

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Protocollo di verifica

Vumax la massima tensione in uscita che normalmente corrisponde al centro della banda passante.Vumax/Radice di 2 e la tensione corrispondente alle frequenze limite della banda passantef1 la frequenza di taglio inferioref2 la frequenza di taglio superioreDa notare che per le ascisse si e usata una scala logaritmica per avere una rappresentazione pi leggibile sulle basse frequenze

Impedenza di uscita di un amplificatoreQuesta misura serve per determinare che tipo di carico si pu

pilotare con lamplificatore, e per verificare il corretto adattamento di impedenza.In dettaglio, per avere un buon trasferimento di potenza sul carico occorre che limpedenza dellamplificatore e quella del carico siano uguali, in realt il carico costituito da una cassa acustica o da un paio di cuffie che non hanno una impedenza costante per tutte le frequenze della banda passante, quindi occorre che limpedenza di uscita dellamplificatore sia almeno uguale alla minima impedenza del carico per frequenze comprese fra 20Hz e 20KHz. Di seguito riportata la disposizione circuitale per relevare la resistenza di uscita di un amplificatore.Come si procede:a) Collegare gli strumentib) Accendere lamplificatore e lasciarlo scaldare per almeno qualche minutoc) Applicare allingresso un segnale di ampiezza pari al 50% del massimo segnale applicabile avente frequenza 1000Hz con linterruttore aperto.d) Misurare la tensione con linterruttore aperto e poi con linterruttore chiuso controllando sulloscilloscopio che londa si

Vi la tensione di ingressoRi la resistenza di ingresso dellamplificatore G il generatore equivalente allamplificatore.Ru la resistenza di uscita dellamplificatore Rc la resistenza variabile di carico che andr scelta di valore paragonabile alla resistenza che dovrebbe avere leventuale carico. Vc la tensione sulla resistenza Rc Si procede nel seguente modo: a) Si imposta il generatore in modo che produca un segnale sinusoidale della frequenza di 1KHz e di una ampiezza tale per cui lamplificatore lavora nella zona lineare. b) Tenendo linterruttore il serie a Rc aperto si misura la tenzione di uscita dellamplificatore a vuoto ovvero con Rc=infinito (Vc1). c) Si chiude linterruttore in serie a Rc e si misura la tensione di uscita (Vc2). d) A questo punto si pu determinare la tensione che cade ai capi di Ru che chiameremo Vru=Vc1-Vc2 e la corrente che passa nel ramo serie Ru-Rc nel caso dellinterruttore chiuso che chiameremo Irc=Vc2/Rc. A questo punto possiamo determinare la resistenza Ru=(Vc1-Vc2)/Irc NOTA: Il voltmetro Vc e loscilloscopio eseguono la misura della stessa tensione, quindi la misura risulta ridondata, loscilloscopio ci permette anche di verificare la forma donda che pu essere utile per evidenziare malfunzionamenti.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Misura della distorsione Per effettuare questa misura occorre un distorsimetro oppure un analizzatore di spettro che sono strumenti non di comune utilizzo, tuttavia queste sono misure che allo stato attuale possono essere fatte anche con un oscilloscopio campionatore dotato di opportuno software oppure con un computer dotato di scheda sonora (vedi Sound Blaster) e apposito software di analisi. In ogni caso la disposizione circuitale e quella riportata nella figura sottostante.

Il Generatore B.F. deve produrre un segnale sinusoidale a bassa distorsione. Se non cos occorre collegarlo direttamente al distorsimetro e misurare la distorsione dellonda in uscita per tutte le misure che si vogliono effettuare.Visto e considerato che la distorsione aumenta in funzione della potenza di uscita opportuno fare delle misure a met potenza e alla potenza massima.Il modo di operare il seguente:a) Si imposta il generatore di bassa frequenza su 1KHz e si aumenta la tensione di ingresso dellamplificatore fino a quando questo non raggiunge il 50% della potenza nominale poi si rileva il valore della distorsione, quindi si porta lamplificatore al 100% della potenza massima e si ripete la prova.b) Si ripetono le due prove anche per frequenze di 20Hz e 20KHz per verificare il comportamento alle frequenze limite della banda audio.Se si dispone di un analizzatore di spettro audio annotare anche tutti i valori delle singole armoniche prodotte e il loro valore efficace e percentuale. Misura dello sfasamento1) Misura con oscilloscopio a doppia tracciaIn un amplificatore a causa delle componenti reattive di alcuni dei componenti (condensatori, induttanze, trasformatori) si verificano degli spostamenti di fase fra il segnale in ingresso e quello in uscita che possono, in alcuni casi, mettere in crisi il circuito di controreazione.Il circuito di misura il seguente:

la misura eseguita con loscilloscopio non ha precisione, quindi ha carattere puramente indicativo e di controllo dellamplificatore. Ha senso effettuare tale misura solo alle frequenze estreme di funzionamento (20Hz-20Khz), tuttavia a scopo di controllo occorre verificare anche dentro lintervallo di tali frequenze per evidenziere fenomeni di risonanza di componenti reattivi che possono causare localizzate, ma pericolose rotazioni di fase.

Protocollo di verifica

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Protocollo di verifica

Il modo di operare il seguente: a) Si imposta il generatore di bassa frequenza su 20Hz e si aumenta la tensione di ingresso dellamplificatore fino a quando questo non raggiunge il 50% della potenza nominale poi si rileva il valore dello sfasamento paragonando la cresta donda della tensione in ingresso con quella delluscita, quindi si porta il generatore a 20KHz e si ripete la prova. b) Si ripete la prova anche per frequenze comprese fra 20Hz e 20KHz per verificare il comportamento alle frequenze incluse nella banda audio. Se si dispone di un misuratore di fase ovviamente molto meglio. Ricordarsi che: lintera onda 360 quindi una semionda 180 e il fronte di salita quindi 90. Nellimmagine sotto mostrato il metodo adottato per ottenere una misura indicativa:

Nellesempio della foto lo sfasamento di Vu rispetto a Vi in anticipo di un valore indicativo compreso fra 45 e 90, per ottenere una maggior precisione occorre fare una misura pi accurata usando il reticolo delloscilloscopio. Il risultato finale sar comunque approssimato a + o - 10. Ovviamente essendo una misura eseguita sulloscilloscopio non sar precisa ma avr valore comparativo e indicativo. Per avere dei dati pi precisi occorre utilizzare un misuratore di fase. 2) Misura utilizzante il metodo di Lissajous. Questo metodo consiste nellinviare il segnale di uscita dellamplificatore allasse y di un oscilloscopio ed il segnale dingresso allasse x (vedi figura sottostante) Nel circuito impiegato per la misura compaiono: - G.B.F. generatore di bassa frequenza - Oscilloscopio Per eseguire la misura occorre inviare ai due assi delloscilloscopio segnali di uguale ampiezza, e allo scopo si elimina il segnale dallasse y si regola lattenuatore dellasse x in modo da avere un segmento orizzontale di n divisioni poi si fa lo stesso con lasse y escudendo lasse x.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Tipica immagine ottenuta sulloscilloscopio con il metodo di Lissajous. Una volta rilevati i valori di B ed A si pu risalire allangolo di sfasamento ricorrendo alla seguente formula; sen(angolo)=B/A. Dal seno dellangolo si pu facilmente con qualsiasi calcolatrice scentifica risalire allangolo di sfasamento. Anche questa misura di fase affetta da un certo errore dovuto alla imprecisione della lettura dei valori dalloscilloscopio.

3) Misura diretta dello sfasamento. E possibile misurare lo sfasamento direttamente con un apposito strumento detto fasometro che ha una precisone che si spinge ai decimi di grado, quindi molto alta. E uno strumento dedicato.

Protocollo di verifica

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Protocollo di verifica

Misura dellimpedenza di ingresso di un amplificatore. Nella maggior parte dei casi limpedenza di ingresso di un amplificatore a valvole molto alta ed dovuta alla resistenza posta allingresso fra griglia e massa. Quindi questa misura risulta inutile. Nel caso di un amplificatore con uno stadio di ingresso pi complesso in ogni caso si pu misurare usando la disposizione circuitale della figura in basso. Il modo di operare il seguente: a) Collegare gli strumenti b) Accendere lamplificatore e lasciarlo scaldare per almeno qualche minuto c) Applicare allingresso un segnale di ampiezza pari al 50% del massimo segnale applicabile avente frequenza 1000Hz avendo laccortezza di mantenere S1 chiuso, quindi con tutta la tensione di ingresso . d) Misurare la tensione con linterruttore aperto e poi con linterruttore chiuso controllando sulloscilloscopio che londa si mantenga sinusoidale.

V1=tensione con linterruttore chiuso V2=tensione con linterruttore aperto Vrs=V1-V2 Irs=Vrs/Rs Ri=V2/Irs Come si vede un metodo estremamente semplice, e si parte dal presupposto che la resistenza interna del generatore di segnale sia trascurabile rispetto alle altre due.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Misura della Diafonia. Per diafonia si intende linfluenza che uno dei due canali stereofonici pu avere sullaltro, cio la separazione tra i due canali. Si misura in dB e rappresenta il rapporto tra un segnale presente su un canale e la quantit del medesimo segnale che viene a trovarsi sullaltro. Minore sar la diafonia maggiore sar la separazione tra i due canali. Ovviamente questa misura si esegue solo su amplificatori stereofonici. Una misura correlata la misura della resistenza serie dellalimentazione che una delle principali cause della diafonia, modulando lalimentazione del secondo amplificatore in base allassorbimento del primo e viceversa. Una soluzione che risolve in parte il problema consiste nelladottare due alimentatori e telai separati per gli amplificatori evitando cos anche gli accoppiamenti parassiti per prossimit.

Come si procede: a) Collegare gli strumenti b) Accendere lamplificatore e lasciarlo scaldare per almeno qualche minuto c) Applicare allingresso un segnale di ampiezza pari al 50% del massimo segnale applicabile avente frequenza 1000Hz con linterruttore aperto. d) Misurare la tensione con linterruttore di uscita prima di un canale poi dellaltro. Applicare la formula.

Protocollo di verifica

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Protocollo di verifica

Oscilloscopio usato nelle immagini come riferimento. In questa immagine ingrandita si possono notare i commettori BNC del canale destr, sinistro e dellasse X a cui si fa riferimento in alcune delle misure illustrate precedentemente.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Un caso reale : amplificatore per cuffia con ECC82 Questo progetto originale che una nota rivista ha publicato e propone in kit di montaggio, in questo capitolo viene analizzato, poi attraverso uno studio dei difetti, modificato per eliminarli. In questo caso stato comperato il kit completo direttamente, il kit stato montato seguendo tutte le indicazioni, e alla fine stato collaudato seguendo il protocollo di verifica con strumenti adeguati. Le modifiche, sottoposte al pesante vincolo di un circuito stampato preesistente sono state decise e messe in atto per attenuare alcuni problemi che affliggevano questo progetto. Come si pu notare dallo schema elettrico vengono usate quattro valvole identiche, due come pilota e due come finali di potenza. Tenendo conto della scarsa potenza richiesta per pilotare una cuffia questa scelta pienamente condivisa. Una cosa che normalmente non si usa invece lo stabilizzatore di tensione per stabilizzare la tensione anodica.

Un caso reale

Schema elettrico originale dellamplificatoreMauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

A questo punto opportuno eseguire uno studio per verificare lesatta progettazione del circuito. Prenderemo in considerazione un solo canale in quanto i due canali sono uguali. Il segnale posto sullingresso del canale sinistro viene attenuato dal potenziomentro R1 e poi tramite C1 portato alla griglia del primo triodo amplificatore. La resistenza R2 serve per polarizzare la griglia al potenziale di massa che negativo rispetto a quello del catodo per la caduta di tensione introdotta dalla resistenza R3. La resitenza R4 invece la resistenza di carico posta nel circuito anodico del triodo e da cui viene prelevato il segnale in uscita. Da notare lassenza del condensatore di bypass in parallelo alla resistenza R3 indice di una reazione negativa mirata a limitare il guadagno dello stadio preamplificatore e ad aumentarne la linearit e la banda passante. Il condensatore C3 porta il segnale allngresso del secondo triodo preamplificatore la cui griglia polarizzata con le stesse modalit del primo stadio dalla resistenza R8. Fra il catodo e la massa del secondo diodo sono presenti due resistenze, la tensione di polarizzazione della griglia dovuta alla resistenza R6 pi il parallelo fra R7 ed R11 per quello che riguarda il regime statico. In realt questo ramo inutile in quanto dimensionando correttamente le resistenze se ne potevano usare solo due. Il condensatore C4 porta, disaccoppiandolo dalla tensione anodica, il segnale ai due triodi in parallelo che fungono da finale di potenza che hanno come carico il trasformatore adattatore di impedenza che poi pilota il carico (la cuffia). Il secondatio del trasformatore collegato per attuare una controreazione globale al secondo stadio preamplificatore. I condensatori C5 e C2 servono per stabilizzare la tensione anodica rispettivamente delo stadio di potenza e di quello preamplificatore. La resistenza R9 serve ad abbassare la tensione di pilotaggio dello stadio preamplificatore che di soli 140V rispetto a quella dello stadio di potenza che di 170V. A questo punto possiamo passare allo studio della polarizzazione dei singoli stadi.

Un caso reale

Sopra riportata la caratteristica anodica di un triodo ECC82 della RCA. Come si pu vedere stata riportata la retta di carico congiungendo i 140Volt della tensione di alimentazione a 3mA che la corrente massima che pu passare nel circuito. Poi stata tracciata per interpolazione lineare la caratteristica anodica corrispondente alla polarizzazione della griglia del primo triodo che rilevata strumentalmente 2,43Volt (i dati sono riportati sullo schema elettrico). La tensione anodica in regime statico di circa 50V. Facendo un veloce calcolo e facendo variare la tensione di griglia da 2V a 4V la tensione anodiva passa da circa 40V a circa 67V ci si rende conto che con linclinazione della retta di carico ottenuta si ha una amplificazione di circa (67-40)/2=13,5. Lo stesso discorso vale per il secondo triodo preamplificatore che differisce dal primo unicamente per la tensione di griglia in regime statico che di 2,62V e sposta il punto di funzionamento in una zona leggermente diversa della retta di carico. Analizzando lo stadio preamplificatore ci si rende conto che la valvola lavora nella prima parte delle caratteristiche anodiche che non la pi lineare, tale scelta stata fatta allo scopo di abbassare la tensione di funzionamento delle valvole allo scopo di ridurre la dimensione dei condensatori di stabilizzazione a parit di capacit e quindi il costo del circuito. Per quello che riguarda la fedelt dellamplificatore questa non la scelta migliore. Ora analizziamo lo stadio finale. Il carico dello stadio finale costituito dal trasformatore, quindi a regime statico la valvola lavora su una resistenza di carico costituita dalla sola componente resistiva del primario del trasformatore che trascurabile rispetto alla resistenza interna della valvola. In regime dinamico la valvola lavora su una resistenza che quella del carico moltiplicata per il quadrato del rapporto spire del trasformatore. Noi non conoscendo la resistenza del carico partiamo dal presupposto che il progettista abbia fatto un buon lavoro e la resistenza equivalente vista dalla valvola sia pari alla sua resistenza

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

interna che la condizione per cui si ha il massimo trasferimento di potenza verso il carico. Guardando la figura sotto si nota che prima si traccia una linea verticale in corrispondenza della tensione di 170V, poi in corrispondenza della tensione di griglia di controllo applicata alla valvola (6,78V rilevata strumentalmente) si traccia una linea orrizzontale e si determina la corrente anodica. Poi si traccia una linea congiungente lasse y e x. Praticamente abbiamo dato per scontato che la resistenza di carico sia uguale alla resistenza interna della valvola e abbiamo determinato la retta di carico. Anche lo stadio finale non lavora nella parte ottimale delle caratteristiche anodiche.

Un caso reale

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Un caso reale

Prove eseguite su amplificatore per cuffia Banda passante dellamplificatore Come si pu notare dai grafici che seguono la banda passante dellamplificatore soddisfacente, pur non essendo completamente piatta. Vi e la tendenza ad un aumento della tensione di uscita in corrispondenza del limite alto (frequenze comunque oltre i 20KHz) dovuto probabilmente o alla frequenza di risonanza propria del trasformatore di uscita, oppure ad uno sfasamento sul circuito di controreazione.

Come si pu notare la banda passante stata rilevata sia su scale logaritmica che su scala lineare per avere due visuali della stessa cosa. Inoltre sono stati rilevati i dati del canale destro e di quello sinistro che differiscono leggermente probabilmente a causa della tolleranza dei componenti utilizzati.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Massimo segnale in ingresso Il massimo segnale applicabile in ingresso di questo amplificatore stato misurato applicando una sinusoide a 1000 Hz sullingresso, aumentando il segnale e monitorando il segnale in uscita fino a notare una distorsione di ampiezza dello stesso. Come si pu notare dalla figura che segue la distorsione inizialmente non interessa tutte e due le sinusoidi del segnale, ma solo la negativa, chiaro segno che il punto di lavoro di una delle valvole dellamplificatore, non stato calcolato esattamente. (con ogni probabilit si tratta della valvola finale in cui la massima elongazione del segnale sensibilmente pi alta che nelle altre) Come si pu notare le forme donda 3 e 4 ricavate applicando allingresso 1.7Vpp sono distorte soprattutto per quanto riguarda le ongazion del segn le senza ve e dis or ione, uindi ottener ma gior p te za.

Un caso reale

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Un caso reale

Distorsione dellamplificatore Ora analizziamo la distorsione generata dallamplificatore quando viene introdotto allingresso un segnale troppo alto, condizione che nella realt difficilmente si verifica, anche in corrispondenza di picchi del segnale in ingresso. Tuttavia analizzando come lamplificatore distorce si possono avere delle indicazioni su come migliorarlo. Lunica cosa che si nota che la distorsione introdotta da questo amplificatore differisce dalla tipica distorsione di un amplificatore a transistor in cui il taglio delle semionde molto pi netto.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

A questo punto andiamo ad analizzare la distorsione armonica totale (THD) che si ottiene con un segnale in ingresso atto ad ottenere la massima potenza in uscita. (1250mVpp)

Un caso reale

Lunica armonica significativa la seconda che tuttavia e di ampiezza molto piccola. (non si arriva all1% totale)

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Comportamenti Limite A questo punto una volta appurato che lamplificatore non ha grossi difetti di progettazione andiamo a verificare quali sono i suoi punti deboli. Per fare questo occorre analizzare il comportamento dellamplificatore ai limiti della banda di utilizzo, ovvero a 20Hz e a 20KHz per vedere se vi sono delle distorsioni di ampiezza o di fase. Come si potr notare la distorsione varia oltre che in funzione dellampiezza del segnale in ingresso anche in funzione della frequenza, quindi provare le caratteristiche di un amplificatore alla frequenza di 1KHz non rappresenta una prova esaustiva per determinarne la qualit. Alle frequenze limite della banda audio intervengono maggiormente le componenti reattive dovute ai condensatori di accoppiamento e al trasformatore di uscita. In dettaglio, i condensatori di accoppiamento a bassa frequenza possono creare un filtro passa-alto, che provoca una degradazione del segnale in uscita, in misura considerevole se si calcola che leffetto delle varie celle di filtro (una per ogni stadio dellamplificatore) si somma. Alle alte frequenze le capacit interelettrodiche delle valvole impiegate, unitamente al trasformatore di uscita possono creare dei filtri passa-basso che possono far degradare lamplificazione. Questi filtri parassiti in corrispondenza della frequenza di taglio provocano uno spostamento di fase del segnale di uscita che, unitamente alla controreazione, pu provocare effetti imprevedibili.

Un caso reale

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Come si pu notare dalla figura precedente a 20Hz lamplificatore si comporta molto male, luscita (traccia 1 e 2) molto distorta se rapportata al segnale in uscita a 1000Hz (traccia 3 e 4) chiaro sintomo che qualche cosa nellamplificatore non funziona per il verso giusto. Osservando le prime due curve possiamo escludere che si tratti di un effetto dovuto ai condensatori di accoppiamento, in quanto non vi un calo della amplificazione ma una distorsione armonica. Quindi il problema sicuramente nello stadio finale (trasformatore) o nellanello di controreazione.Questo quanto emerge dallanalisi del segnale distorto. La THD superiore al 50% e sono presenti tutti gli ordini di armoniche.

Un caso reale

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Un caso reale

Distorsione di fase Si manifesta per colpa delle capacit e induttanze presenti nei vari circuiti sia sottoforma di componenti, vedi condensatori di accoppiamento, sia sottoforma di capacit e induttanze parassite.Come si nota dai dati rilevati lamplificatore ha un buon comportamento alle alte frequenze in quanto manifesta modeste rotazioni di fase, a frequenze basse inzia a dare problemi da 40Hz. In ogni caso la rotazione di fase accettabile e non da problemi di sorta.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Modifiche apportate Come possibile notare dallo schema, sono state apportate modifiche di vario tipo, sono stati modificati i valori dei condensatori C5 e C11, eliminati i condensatori C6 e C12 e, cosa discutibile, ma ottimo espediente da sperimentare, stata introdotta una controreazione incrociata fra i due canali allo scopo di espandere limmagine stereo e limitare la diafonia. Entrando nel dettaglio: per i ridurre la diafonia il rumore d alimentazione come prima cosa co pa ibilmente co lo s azio disponibile ull stampato i s no modi fica i i valo i de conde sa ori di stabil zzaz one C -C11 ortati da 22mic oF 1 0micro F,

Un caso reale

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Un caso reale

e questo aveva gi ridotto in modo significativo il rumore e la diafonia, poi si sono tolti i condensatori di disaccoppiamento C6C12 (avevano lo scopo di bypassare la componente alternata ai capi delle resistenze R12-R24 ai fini di annullare la controreazione introdotta da queste). In questo modo diminuita lamplificazione dello stadio finale e con questo anche il rumore di alimentazione introdotto da questultimo. Per avere un risultato ottimale oltre alle modifiche gi fatte sarebbe stato opportuno duplicare lo stadio di alimentazione, sarebbe sicuramente aumentata la separazione fra i canali (diafonia) perch sarebbe diminuata la reiezione di segnale attaverso lalimentazione. Detto in parole povere ogni canale assorbe corrente dallalimentatore con un andamento che funzione della potenza che st fornendo alla resistenza di carico, questo perturba lalimentazione dellaltro canale generando il fenomeno della diafonia ovvero diminuisce la separazione fra i canali. In un secondo momento per ridurre ulteriormente il rumore di alimentazione sono stati cambiati i condensatori C2-C8 e portati da 22microF a 100microF. Questi condensatori stabilizzano lalimentazione ai capi della parte preamplificatrice e pi sono grandi meglio . Per fare un lavoro ancora migliore, questi condensatori andavano aiutati con un condensatore di bassa capacit e alta velocit in parallelo, purtruppo questo avrebbe comportato la riprogettazione del circuito stampato, quindi non stato fatto. Di seguito sono riportate le foto delloriginale e del modificato.

Circuito Originale

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Un caso reale

Progetto modificato: si nota lassenza dei due grossi condensatori C6 e C12.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Un caso reale

Acronimi adottati: Va=Tensione anodica espressa in Volt, E la tensione applicata fra anodo e catodo di una valvola. E anche detta tensione di polarizzazione di placca, o pi semplicemente tensione di placca. Ia=Corrente anodica, normalmente indicata in mAmpere (millesimi di ampere). E la corrente che transita fra anodo e catodo allinterno della valvola e di conseguenza nel circuito anodico allesterno della valvola. Vg=Tensione di griglia. Normalmente riferita alla griglia di controllo nel caso del triodo. Vg1=Tensione di griglia riferita alla griglia di controllo nel caso di una valvola plurigriglia. Vg2=Tensione di griglia riferita alla griglia schermo nel caso di una valvola plurigriglia. Vg3=Tensione di griglia riferita alla griglia di sopressione nel caso di una valvola plurigriglia. Ripple=tensione di rumore residua alluscita di un alimentatore avente la stessa frequenza di alimentazione nel caso di alimentatore ad una sola semionda o doppia nel caso di un ponte raddrizzatore. Semionda=una delle due met positiva o negativa di una onda sinusoidale.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Amplificatore in classe A con due valvole.

Quello che si vede in figura uno schema classico di amplificatore in classe A composto da un triodo preamplificatore e un pentodo amplificatore finale di potenza. E assente un circuito di controreazione globale. Sullingresso troviamo il condensatore C1 e la resistenza R1 che determina la resistenza di ingresso dello stadio preamplificatore. Le resistenze R2-R3 e il condensatore C3 servono per ottenere la tensione di polarizzazione negativa della griglia del triodo. In effetti ai fini della polarizzazione e del regime statico di funzionamento il gruppo R2-R3 si comporta come ununica resistenza ottenuta dalla somma della serie R3+R2. Il segnale attraverso C1 arriva alla griglia del triodo e modula il flusso di elettroni che migrano dal catodo allanodo. Il segnale a questo punto viene prelevato ai capi della resistenza di carico anodica R8. Il Condensatore C2 serve per disaccoppiare la tensione continua dallalternata presente sulla R4 e inviarla alla griglia del pentodo. La resistenza R4 polarizza la griglia del pentodo al potenziale di massa.Il gruppo R5-C7 serve per polarizzare il catodo ad una tensione leggermente positiva rispetto a massa in modo che la massa e la griglia a cui collegata tramite R4 siano ad un potenziale negativo rispetto al catodo. Il condensatore C7 serve per minimizzare ai fini della polarizzazione la fluttuazione della corrente anodica. In pratica stabilizza la tensione ai capi di R5 per fare in modo che la griglia del pentodo sia sempre polarizzata ad un potenziale costante. Limpedenza Z1 e il condensatore C6 servono per filtrare la tensione di alimentazione sia per eliminare il ripple sia per evitare fenomeni di diafonia nel caso allo stesso alimantatore sia collegato un altro amplificatore (amplificazione stereo). La resistenza R9 e i condensatori C4 e C5 servono per alimentare lo stadio preamplificatore riducendo sia il ripple di alimentazione che le variazioni di tensione prodotte dallassorbimento del pentodo. Il preamplificatore sempre molto sensibile al rumore presente sulla tensione di alimentazione , lavorando con segnali pi deboli dello stadio finale. Il trasformatore T1 adatta limpedenza del pentodo al carico, laltoparlante per ottimizzare il trasferimento di potenza. La resistenza R7 serve per polarizzare la griglia schermo del pentodo.Di seguito viene sviluppata la progettazione di questo amplificatore nel dettaglio . Questo progetto puo venire scisso nei seguenti stadi: a) Stadio di ingresso preamplificatore (C1-R1) b) Circuito di polarizzazione del triodo (R2-R3-C3) c) Stadio di ingresso del pentodo (C2-R4) d) Circuito di polarizzazione del pentodo (R5-C7) e) Circuito accessorio di alimentazione del triodo (R9-C4-C5) f) Circuito accessorio di polarizzazione del pentodo (L1-C6) g) Stadio di uscita (T1)Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Studio di casi reali53

Studio di casi reali

a) La resistenza R1 deve avere un valore molto alto dellordine del Mohm per non caricare lo stadio precedente per il quale funge da carico. Il condensarore C1 deve essere calcolato di conseguenza in quanto la frequenza di taglio del filtro passa-alto che compongono C1-R1 deve avere un valore molto basso ovvero permettere anche alle frequenze pi basse di passare. Sotto riportato nei dettagli il calcolo necessario per verificare che la frequenza di taglio di questo filtro sia compatibile con le caratteristiche di Hi-Fi che vogliamo ottenere. Consiglio: i condensatori reali, quelli che si possono comperare nei negozi hanno una resistenza parassita in serie dovuta a vari fattori che proporzionale alla capacit del condensatore, quindi buona norma metterne sempre 2 in parallelo uno di grande valore e uno di piccolo valore. Per quello che riguarda la resistenza, adottare dei valori non troppo alti per non alzare troppo limpedenza in ingresso altrimenti si allungano troppo i tempi di stabilizzazione e normalizzazione in presenza di tensione continua sullingresso. Ft= Frequenza di taglio del filtro R= Resistenza espressa in ohm C= Capacit espressa in Farad = Costante approssimata a 3,14 per semplicit

b) La resistenza R8 deve essere calcolata con le caratteristiche anodiche del triodo alla mano.

La retta di carico si calcola mettendo il primo punto per contrassegnare la tensione di alimentazione sullasse X del grafico. Il secondo punto, quello sullasse Y si determina enpiricamente tracciando la retta in modo che passi sotto la curva di massima dissipazione (con un certo margine per mettersi al riparo da un possibile sovraccarico della valvola).Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

54

A questo punto si puo determinare lamplificazione della valvola (che determinata dalla pendenza della retta di carico). In linea di massima aumentando la resistenza di carico anodica si aumenta lamplificazione e di pari passo la distorsione della valvola. Per esempio: fissando una tensione in ingresso di 2vpp (2 volt picco picco) e riportando questo dato sulle caratteristiche anodiche del triodo si ottiene il seguente grafico, che in linea di massima e senza un errore troppo elevato ci permette di determinare con un procedimento grafico lamplificazione in tensione dello stadio preamplificatore. Si riportano sulla retta di carico i punti relativi alla tensione che la griglia assume sommando e sottraendo 1V alla tensione a riposo (punto di lavoro in assenza di segnale) e si conducono dai suddetti punti delle rette parallele allasse X fino ad intercettare lasse Y. A questo punto si rileva la tensione dallasse Y fra i due punti tracciati. In pratica il primo punto a 105V e il secondo punto a 250V (circa). Quindi 250-105=145V. Questa la tensione che abbiamo in uscita applicando allingresso 2 volt e (Vu/Vi=A) corrisponde anche allamplificazione della valvola. Quindi 145/2=72,5.

A questo punto abbiamo determinato la tensione in assenza di controreazione. Tuttavia questo amplificatore ha una controreazione locale generata dalla resistenza R2 che non essendo bypassata (come R3) da un condensatore per quello che riguarda la parte alternata della corrente che la attraversa genera una tensione di polarizzazione variabile della griglia che composta da una componente continua pi una alternata che si somma vettorialmente alla tensione di ingresso. Quindi la tensione in ingresso in realt decurtata della componente retroazionata da R2. Questa componente si calcola determinando la variazione della corrente anodica (picco-picco) determinata dal segnale in ingresso moltiplicata per R2. In pratica Vr (tensione reazione) = dIa * R2 (dove dIa la variazione di corrente massima). Quindi approssimativamente Vu=A* (Vi-Vr).

Studio di casi reali

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

55

Studio di casi reali

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

56

Studio di casi reali57

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Studio di casi reali

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

58

Studio di casi reali59

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Studio di casi reali

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

60

Studio di casi reali61

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Studio di casi reali

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

62

Studio di casi reali63

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Componenti

Componenti Quando si progetta un amplificatore la corretta scelta dei componenti determina poi la resa finale dello stesso. Non ci dobbiamo dimenticare che anche un solo componente non adatto posto nel punto sbagliato pu rendere vano lo sforzo progettuale. Questo capitolo non pu essere esaustivo, ci vorrebbero centinaia di pagine per ambire ad una casa del genere ma si vuole introdurre il neofita al mondo dei componenti elettronici tipicamente usati nel mondo degli amplificatori audio a valvole. Qui non troverete la descrizione di un transistor o di un mosfet ma resistori, trimmer e condensatori e altri componenti passivi tipicamente usati nel mondo dellelettronica valvolare. Fra tutti i componenti, il pi importante sicuramente il trasformatore, che anche il pi difficile da trovare e il pi costoso. C anche chi opta per la autocostruzione, cosa difficile in quanto richiede una certa dose di manualit, ma possibile. Raccomandazioni: quando scegliete i componenti non fatelo in funzione della resa estetica e non fatelo a caso.

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Componenti

Condensatori: sono componenti passivi capaci di immagazzinare cariche elettrostatiche. Sono costituiti da due elettrodi collegati ad altrettante armature, piastre conduttrici, separate fra loro da un isolante detto dielettrico e vengono raggruppati per famiglie proprio in base al tipo di dielettrico utilizzato (tefl on,polypropylene, polistirene, policarbonato, poliestere, mica, ceramici). Per incrementare la capacit del condensatore si dovr ridurre lo spessore del dielettrico che separa le armature, ma solo alcuni materiali lo consentono senza rischi di perforazione, in virt della loro rigidit dielettrica. Per rigidit dielettrica si intende il rapporto fra tensione di rottura del dielettrico e spessore dello stesso. I condensatori insieme alle resistenze sono i componenti pi usati nellelettronica ed hanno subito nel tempo una evoluzione pressoch costante che li ha portati ad essere componenti altamente specializzati, nel senso che ne esistono tipi studiati espressamente per tutti gli impieghi.

Simbolo circuitale di un condensatore non polarizzato

Condensatori di vari modelli e dimensioni Simbolo circuitale di un condensatore polarizzato

sp st casualme te, come nel diel ttrico in ma canza di cam o elet rico Applica do un campo lett ico il dielettr co si polar zz .

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Definizioni: - Tolleranza = la massima deviazione dal valore di capacit nominale - Coefficiente di temperatura = la variazione della capacit in funzione della temperatura ed espressa in parti-per-milione-per grado centrigrado (ppm/C). - Tensione di lavoro = la massima tensione continua o alternata che pu essere applicata al condensatore in continuit senza che questo subisca danni. - Tensione di punta = la massima tensione che non deve mai in nessun caso essere superata. - Corrente di fuga = la corrente di perdita che passa attraverso il condensatore quando questo viene alimentato e che ne determina la scarica quando il generatore viene staccato. Questo valore si misura in CV dove C la capacit del condensatore e V la tensione applicata. Quando il condensatore viene immagazzinato per lunghi periodi (questo vale per gli elettrolitici) al momento in cui viene alimentato questa corrente relativamente forte poi decresce nel giro di qualche minuto e si stabilizza. Questo fenomeno dovuto alla ricostruzione del dielettrico che dopo lunghi periodi in cui il condensatore non viene alementato si danneggia. Poi appena viene data tensione si ricostruisce. - Angolo di perdita o tangente dellangolo di perdita= il rapporto fra la potenza dissipata nel condensatore e la potenza reattiva dello stesso quando viene alimentato in alternata ad una data frequenza. Combinazioni di condensatori: - Condensatori in parallelo: la capacit equivalente la somma delle capacit dei singoli condensatori, si usa per ottenere grandi valori di capacit o per avere caratteristiche particolari impiegando condensatori di tipologie diverse, per esempio per migliorare la velocit del condensatore equivalente. In alcuni amplificatori per ottenere questo scopo si collegano in parallelo diverse decine di condensatori di relativamente piccola capacit. Purtroppo la durata di un parallelo di condensatori nel tempo quella di un condensatore divisa per il munero dei condensatori che compongono il parallelo, quindi se si impiegano molti condensatori pi facile che il tutto vada fuori uso in breve tempo. Cequ=C1+C2+.......Cn

Componenti

- Condensatori in serie: la capacit equivalente data dalla seguente formula.

Si usa principalmente per aumentare la tensione massima applicabile alla capacit equivalente. Per esempio mettendo in serie due condensatori di uguale capacit da 100Volt di tensione massima il risultante avr come tensione massima 200Volt. Come si intuisce dalla formula la capacit totale pi piccola del pi piccolo condensatore impiegato. Nel caso dellesempio precedente la capacit sar la met di quella di un singolo condensatore.

Considerazioni sui componenti reali: il condensatore, come tutti i componenti, nella realt si comporta in modo leggermente diverso dal componente ideale. Di seguito riportato lo schema equivalente ad un condensatore reale.Come si pu vedere nel componente reale vi sono una resistenza in serie che quella dellarmatura e dei reofori del componente che ha un valore il pi basso possibile ma comunque non 0. La Ls rappresenta linduttanza delle armature che per quanto bassa presente e fa sentire la sua influenza alle alte frequenze. Rl la resistenza che giustifica la seppur debole corrente che transita attraverso il dielettrico che causa la scarica del condensatore e da origine alla Capacitor leakage current (come viene indicata nei manuali in inglese; in italiano Corrente di Fuga).

Mauro Patrignani - I Tubi termoionici e lamplificazione del Suono

Condensatori elettrolitici Una famiglia a parte rappresentata dai condensatori elettrolitici, il cui dielettrico costituito da una soluzione elettrolitica gelatinosa che se sottoposta a polarizzazione produce uno strato di ossido isolante talmente sottile da consentire valori di capacit molto elevati. Gli elettrolitici sono quindi componenti polarizzati, cio con un polo positivo e uno negativo, e possono essere usati solo in circuiti dove la componente continua sia di molto superiore a quella alternata in quanto proprio la tensione a permettere la formazione dello strato dielettrico. Sono praticamente insostituibili nei circuiti di filtraggio degli alimentatori. Quando sono di grossa capacit per le loro caratteristiche costruttive presentano una relativamente alta induttanza parassita serie, quindi buona norma affiancarli a dei condensatori pi piccoli e quindi pi veloci (posti in parallelo). Normalmente hanno una tolleranza abbastanza alta e, se sottoposti a forti correnti e temperature (i due parametri sono legati), una vita abbastanza breve. Condensatori elettrolitici in alluminio I condensatori elettrolitici in alluminio uniscono una grande capacit con delle dimensioni estremamenente ridotte ed il costo in rapporto alla capacit il pi basso in assoluto se rapportato agli altri tipi di condensatori. Schematicamente un condensatore elettrolitico in linea di principio costruito nel seguente modo: A = ANODE: alluminio al 99.99% O = DIELETTRICO : ossido di alluminio C = ELETTROLITA + carta K = CATODO Alluminio al 98% LANODO (A)Lanodo compostodi alluminio di purezza estrema e la superficie effettiva viene aumentata fino al 200% rendendo il metallo poroso tramite procedimento elettrochimico. IL DIELETTRIC


Recommended