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Amplificazione a valvole e a stato solido. Stadi di potenza 1/2

Amplificazione a valvole e a stato solido

Il trasferimento di potenza verso il carico, nominale di 8ohm, alla fine della catena di amplificazione in tensione del segnale, richiede che l’impedenza di uscita dello stadio finale sia paragonabile o inferiore a quella del carico.

Nel caso di finale a valvole si rende necessario un adattamento di impedenza in quanto, anche utilizzando la configurazione a triodo, non si scende a meno di 500-1000ohm di resistenza interna con dispositivi di facile reperibilità. In fig. 13 le curve caratteristiche di un triodo famoso come utilizzo singolo, il 300B. In fig. 14 la configurazione “single ended” a triodo che utilizzeremo come riferimento. I limiti massimi sono 40W di dissipazione, 100mA e 450V di caratteristiche anodiche. Il punto di lavoro indicato fissa Ia=100mA, Va=350V, Vg = -60V limitando la dissipazione a riposo a 35W. Il trasformatore di uscita eleva gli 8ohm del carico esterno ad un valore che nel caso della retta A di carico anodico vale circa 6 kohm. Questo valore è dato dalla pendenza della retta intesa come

Ra = ΔVa/ΔIa

con variazioni di Va e Ia ottenute spostandosi sulla retta di carico. Il valore scelto come carico della valvola è un compromesso fra varie esigenze. Se ci spostiamo sulla retta di carico fino al valore Vg = 0 (ΔVg = 60V) e poi fino al valore Vg = -120V (ΔVg = -60) otteniamo una variazione sia di Va che di Ia che è più simmetrica rispetto al valore centrale a riposo della stessa variazione che si ottiene muovendoci sulla retta di carico B. Questa seconda retta è ottenuta scegliendo come carico della valvola circa 3 kohm (valore della pendenza B) e verificando graficamente come a polarizzazioni via via più negative si abbia una compressione della dinamica del segnale superiore che per la retta A

Calcoliamo ora la potenza in uscita utilizzando i punti del grafico A1 e A2 per la retta A e B1 e B2 per la retta B come limiti di variazione della tensione e corrente del trasformatore in presenza di un segnale sinusoidale che faccia variare Vg da 0 a -120V come valori di picco. La potenza è data da

P = Veff•Ieff

e poiché abbiamo le escursioni massime possiamo calcolare

P = (Vpp•Ipp) / 8

ricordando che il (valore picco-picco) = (valore efficace) • 2 •v2

Caratteristiche anodiche 300 B

Fig. 13 - Caratteristiche anodiche 300 B e rette di carico A=6000Ω B=3000Ω

Con i valori della tabella di figura 13 si ha

PA ≈ 4W PB ≈ 7W

La potenza ottenibile con carico anodico di 3 kohm è dunque notevolmente superiore a quella ottenibile con carico anodico di 6 kohm a scapito di un aumento di distorsione prevalentemente di seconda armonica. Si noti come l’efficienza della stadio finale a triodo operante in pura classe A (conduzione continua della valvola su tutto il periodo della sinusoide) sia bassa e valga

μ= Pu / Pi

μA = 4/35 = 11%

μB = 7/35 = 20%

Il nostro stadio finale ha un rendimento ben lontano dal valore teorico limite del 50% della classe A ed evidenzia come la linearità e conseguente bassa distorsione in assenza di controreazione, si paghi in termini di efficienza e potenza disponibile in uscita, sufficiente comunque per un diffusore efficiente in ambienti domestici.

300_B_in_configurazione_single_ended

Fig. 14 - 300 B in configurazione “single ended”

É interessante calcolare il fattore di smorzamento paragonando la resistenza di uscita del tubo al valore presentato dal trasformatore. Attorno al punto di lavoro del tubo si può valutare

Ru = ΔVa/ΔIa

lasciando costante Vg e dalle curve si ottiene Ru ≈ 650 ?

Il fattore di smorzamento è per i due casi

FSA = 6000/650 = 9.2

FSB = 3000/650 = 4.6

Il coefficiente di smorzamento è discreto per il caso B e buono per il caso A considerando di operare in assenza di controreazione. Sostituendo il tubo con altri non specificatamente triodi ma pentodi utilizzati a triodo (es KT88) le caratteristiche di linearità peggiorano facendo preferire altre configurazioni tipo pushpull. La configurazione single ended a triodo è l’espressione della massima linearità ottenibile e si preferisce operare con due valvole in parallelo pur di conservarla ottenendo una potenza di uscita attorno ai 15-16W senza necessità di controreazione alcuna. Il trasformatore di uscita è l’elemento principale di limitazione alla risposta in frequenza in quanto presenta una induttanza di dispersione che unita all’impedenza della valvola definisce la frequenza di taglio superiore del sistema.

radiokit elettronica

 

 

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