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Amplificazione a valvole e a stato solido 2/2

Amplificazione a valvole e a stato solido

Amplificazione a valvole e a stato solido, seconda parte. Si consideri infatti di spostare verso sinistra la retta di compensazione aumentando Cc di figura 11 e di incrociare così la retta a guadagno desiderato a frequenza più bassa eliminando completamente l’ulteriore sfasamento della seconda rete.

Il sistema è più stabile ma lo slew rate disponibile sarà inferiore (non modificando altro se non Cc) per cui si aumenterà il ritardo alla risposta dei transitori. Il caso del nostro esempio ha 60dB di fattore di controreazione per cui, in presenza di transitori in ingresso, gli stadi di amplificazione audio intermedi satureranno in quanto la controreazione applicata agirà in ritardo sui fenomeni stessi e questo fenomeno sarà accentuato dal ritardo introdotto per rendere stabile l’amplificatore. Siamo probabilmente in presenza di fenomeni di intermodulazione dinamica che incidono molto sulla complessiva qualità sonora.

Tecniche_di_compensazione_a_polo_dominante

Tecniche di compensazione a polo dominante.

Il prodotto guadagno per banda

Un amplificatore con la curva di risposta tipica a polo dominante come in figura 12 (escludendo l’effetto della seconda rete RC che si considera non presente) presenta una caratteristica importante. Tracciando varie rette a diversi livelli di guadagno a loop chiuso si trovano frequenze corrispondenti per le quali vale la relazione

Guadagno•Banda = costante

Se si richiedono guadagni crescenti al sistema controreazionato si deve accettare una banda passante via via decrescente. Nella fig. 11 al guadagno 40dB è associata la banda 100kHz, al guadagno 60dB la banda di 10kHz, a 20dB la banda di 1MHz. Una volta ottenuta la retta della compensazione (per molti amplificatori integrati questa è riportata con le caratteristiche) è possibile valutare il margine di guadagno alle varie frequenze fissando l’amplificazione complessiva. Nel nostro caso a 20kHz si ha un guadagno possibile massimo in assenza di reazione di 54dB e poiché si impone un guadagno finale di 40dB (richiesto sulla intera banda audio) rimangono 14dB per ottenere un valido effetto correttivo a 20kHz. É molto facile avere grandi tassi di controreazione a frequenze medio basse, più difficile ottenerli all’estremo superiore della banda in quanto la tecnica di compensazione a polo dominante, se sovra utilizzata, non lascia sufficiente margine di guadagno.

Controreazione con amplificazione a valvole

Volendo progettare un amplificatore da 40dB di guadagno, la catena a valvole che si ottiene senza particolari accorgimenti può presentare un guadagno dai 50dB ai 60dB consentendo un tasso di reazione di soli 10 o 20 dB a paragone dei 60dB del caso a semiconduttori. La compensazione a polo dominante necessaria per far scendere dai 100dB del guadagno in continua dei casi precedenti non è necessaria e al posto del polo capacitivo bisogna considerare il trasformatore di uscita che si comporterà come una rete LR passa basso con comportamento equivalente alla rete RC passa basso trattata precedentemente.

Vedremo negli stadi finali di potenza cosa limita la banda passante dei trasformatori; qui consideriamo che la frequenza di taglio di questo componente sia necessariamente oltre la frequenza di 20kHz per poter parlare di alta fedeltà. Il basso tasso di reazione consente di chiudere il componente induttivo nella rete controreazionata garantendo la stabilità e ciò ha consentito a tutti gli amplificatori a valvole fino agli anni Settanta di ottenere da un onesto funzionamento ad ottimi risultati essendo praticamente tutti funzionanti con controreazione . Stabilito che la qualità del suono dipende in maniera non fondamentale dalla distorsione armonica su cui la controreazione agisce, vi è un altro parametro che a valvole è difficile ottimizzare e per il quale la controreazione risulta utile: il fattore di smorzamento. Il fattore di smorzamento è definito da

FS = ZL / Zu

Dove ZL è l’impedenza del carico (generalmente idealizzata a 8 ?) e Zu è l’impedenza di uscita dell’amplificatore considerata all’interno del loop di reazione (vedi figura 9). Considerando la sola parte resistiva delle impedenze, in assenza di controreazione il valore di Zu può variare a seconda della configurazione circuitale del finale e, con configurazioni standard, si è attorno al valore di 5-15ohm portando il fattore di smorzamento a valori prossimi all’unità.

amplificazione_valvole stato solido

Questo termine identifica la possibilità dello stadio finale di comportarsi come generatore ideale nei confronti del cambiamento di impedenza e della forza controelettromotrice dell’altoparlante; pertanto sarebbe auspicabile un fattore di smorzamento elevato, indice di bassa impedenza di uscita. Un valore adeguato (come limite minimo) potrebbe essere 10 richiedendo una impedenza di uscita di 0.8?. Questa richiesta viene generalmente soddisfatta mediante la diminuzione della Zu ottenuta mediante un tasso di controreazione orientativo di 20dB se si vuole un fattore 10 di miglioramento. A semiconduttori il problema è intrinsecamente risolto dalla impedenza di uscita dei componenti di potenza ma a valvole la richiesta di coefficienti di smorzamento elevati passa quasi invariabilmente per l’uso della controreazione anche se sono possibili soluzioni circuitali opportune che hanno però la caratteristica della complessità intesa come parallelo delle valvole finali con conseguente alto costo.

Un basso coefficiente di smorzamento si traduce nel prolungamento dei toni a bassa frequenza che non vengono adeguatamente frenati arricchendo molto la sensazione dei bassi ma facendo perdere i dettagli che vengono mescolati fra loro. Ovviamente il sistema di diffusione contribuirà molto a condizionare il suono con un suo smorzamento per cui vi sono combinazioni di amplificatori a valvole (soprattutto single ended come vedremo) che pur avendo smorzamenti attorno all’unità suonano bene se accoppiati adeguatamente al corretto diffusore. In generale a valvole la controreazione riesce ad ottenere un coefficiente soddisfacente nella maggioranza dei casi e pertanto l’eventuale scelta di operare in assenza della stessa deve almeno far valutare le condizioni di accoppiamento fra amplificatore e diffusore per evitare risultati non soddisfacenti sulla riproduzione delle frequenze basse dove l’effetto della controtensione da parte del diffusore è massimo.

Impiego della controreazione

Un cattivo impiego della controreazione sia in termini di eccessivo tasso sia per inadeguato progetto circuitale, produce un effetto sul suono risultante peggiore dell’operare in totale assenza della stessa. A valvole (soprattutto con finale single ended) l’assenza di controreazione consente probabilmente il miglior risultato in termini sonori avendo la possibilità di mantenere la seconda armonica superiore alla terza su tutta la gamma di potenza utile. A stato solido è molto più difficile avere una configurazione priva totalmente di controreazione in quanto la configurazione abituale che consente l’accoppiamento diretto dei componenti senza impiego di condensatori presenta un guadagno elevato che viene portato a valore richiesto mediante una chiusura a reazione negativa.

Come regola generale il tasso di controreazione andrebbe limitato mettendo in atto tutti quegli accorgimenti circuitali che definiscono la distorsione ed il guadagno dei singoli stadi. I circuiti dovrebbero presentare una bassa distorsione già di progetto e un guadagno per stadio tali da limitare il tasso di reazione finale. La banda passante dovrebbe essere sufficientemente ampia sullo spettro audio limitando la tecnica di compensazione che sarà marginale o assente in presenza di basso guadagno di partenza. É anche possibile ottenere a stato solido un comportamento paragonabile alle valvole operanti in single ended in termini di funzionamento e (nota dolente) rendimento che risulterà estremamente basso richiedendo dissipatori molto grandi anche per potenze di uscita di soli 10-20 W. Si ritiene così che sia preferibile l’utilizzo delle valvole per realizzazioni amatoriali audio essendo intrinsecamente dotate delle caratteristiche che consentono di ottenere attorno ai 10-20W di uscita con presenza sonora ottimale all’interno di una civile abitazione.

radiokit elettronica

 

 

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