Tutti i giovani conoscono i transistor, i fet e gli integrati operazionali, ma poco sanno delle valvole termoioniche. Questo articolo vi spiegherà il principio di funzionamento di queste “sconosciute” valvole e vi aiuterà a capire quale differenza esiste tra un Triodo ed un Pentodo.
Le valvole termoioniche, velocemente abbandonate quando sul mercato apparvero i primi transistor, stanno ritornando sul palcoscenico dell’elettronica e tutti i giovani che le conoscono soltanto per nome si trovano in difficoltà in presenza degli schemi che utilizzano valvole chiamate Triodi oppure Pentodi, perchè non sanno quale differenza esiste tra l’una e l’altra e nemmeno come funzionano.
Riuscire oggi a scovare qualche testo che parli di valvole e difficilissimo e anche se si riuscisse a trovarne qualcuno, questo non risponderebbe a tutte le vostre domande, perche le spiegazioni riportate risultano così incomprensibili per coloro che gia conoscono la materia, che un giovane che vorrebbe cercare di capirne qualcosa, si troverebbe a saperne meno di quanto ne sapeva prima.
Spiegare in poche righe tutto sulle valvole non e facile, comunque ci proveremo e per farlo partiremo dall’anno 1884.
In quell’anno Thomas Edison, un inventore statunitense autodidatta, realizzando la sua prima lampadina ad incandescenza da usare per l’illuminazione, notò che il vetro dopo diverse ore di funzionamento internamente si anneriva.
lnserendo all’interno di questa lampadina una piccola piastrina metallica per cercare di impedire che il vetro si annerisse, si accorse che, collegando esternamente una pila con il negativo rivolto verso il filamento ed il positivo rivolto verso questa piastrina, vi era un passaggio di corrente attra-verso il vuoto presente all’interno della lampada. Poiche era la prima volta che una corrente elettrica scorreva nel vuoto e non su un normale filo di rame, questa scoperta prese il nome di effetto termoelettronico di Edison.
Fu chiamato effetto termoelettronico perchè spegnendo la lampadina la corrente cessava di scorrere, e poichè l’inventore noto che invertendo la polarita della pila, cioe collegando il negativo alla piastrina metallica ed il positivo al filamento, la corrente cessava ugualmente di scorrere, questa lampada fu chiamata valvola elettronica perche la corrente scorreva dal filamento alla piastrina e non viceversa.
Nell’anno 1904 lo scienziato A. Fleming, stimolato dalla scoperta di Edison, riusci finalmente a fornire una spiegazione a questo fenomeno.
Quando un filamento viene portato in incandescenza, gli elettroni negativi che ruotano attorno al suo nucleo sfuggono dalla sua orbita creando una nube di elettroni negativi che aumenta col crescere della temperatura.
Applicando a quella piastrina, posta in prossimità del filamento, una tensione positiva, gli elettroni di polarità negativa che erano sfuggiti alla sua orbita ne venivano attirati.
Per far si che ii filamento emettesse un continua flusso di elettroni negativi, occorreva rifornire al filamento gli elettroni che aveva perso e per questo motivo era necessario applicare esternamente una pila con il negativo collegato al filamento ed il positive collegato alla piastrina.
Questa piastrina collegata al positivo della pila fu chiamata placca raccoglitrice, nome abbreviato in seguito a solo placca.
Per farvi comprendere meglio l’effetto termoionico, faremo un esempio e al posto degli elettroni useremo semplicemente dell’acqua.
Se all’interno di un palla di vetro si versa dell’acqua (vedi fig.4), per farla fuoriuscire senza capovolgere il contenitore si puo utilizzare soltanto il calore.
lnfatti se ponete questa palla sopra un fornello acceso, noterete che man mano che aumenta la temperatura, l’acqua si trasforma in vapore e può così fuoriuscire dal collo del recipiente fino al suo completo esaurimento.
Se raffreddate questo vapore per farlo ritornare acqua e rimettete l’acqua all’interno della palla di vetro (vedi fig.4), si crera una circolazione continua di acqua, che potrete far cessare soltanto spegnendo il fornello.
DIODO
Questa valvola, composta da due soli elettrodi filamento – placca, fu chiamata dal fisico Fleming diodo termoionico (vedi fig.23).
Si cerco subito di impiegarla per rivelare i segnali radio, ma con scarso successo perche decisamente poco sensibile, molto ingombrante e piu costo-sa dei comuni e piu diffusi rivelatori a galena.
TRIODO
II diodo termoionico divento improvvisamente interessante quando nel 1907 il fisico americano Lee de Forest colloco tra il filamento e la placca un terzo elettrodo chiamato griglia.
Questa griglia riusciva ad aumentare ii flusso degli elettroni se veniva polarizzata positivamente
| Fig.1 Nell’anno 1884 Thomas Edison notò che l’interno delle sue lampadine si anneriva inspiegabilmente, riducendo cosi dopo breve tempo la luminosità della lampada. Fig.2 Per risolvere questo problema pensò di applicare all’interno della lampada una “placca”, e così facendo noto che attraverso il vuoto scorreva una corrente elettrica. |
a ridurlo se veniva polarizzata negativamente. In pratica Lee de Forest si accorse che poteva aumentare o ridurre la corrente di placca modificando la tensione sulla griglia stessa. lnfatti gli elettroni negativi emessi dal filamento ed attirati dalla placca di polarita positiva erano costretti a passare attraverso questa griglia. Se alla griglia non veniva applicata nessuna tensione, la placca riusciva ad attirare verso di se tutti gli elettroni emessi dal filamento. Applieando alla griglia una tensione piu o meno negativa, gli elettroni emessi dal filamento venivano respinti perchè di identica polarità, quindi sulla placca ne giungevano in numero inferiore. Poichè piccole variazioni della tensione di griglia provocavano delle elevate variazioni della corrente di placca, si scoprì che questa valvola a tre elet-trodi riusciva ad amplificare qualsiasi segnale venisse applicato su tale griglia.
IL TRIODO come AMPLIFICATORE
Per farvi capire come un triodo possa amplificare una tensione, vi porteremo questo esempio. Se collegate la griglia di un triodo al cursore di un potenziometro alimentato da una tensione negativa di 2 volt e ruotate questo potenziometro a meta corsa, in modo che sulla griglia giunga una tensione negativa di 1 volt e sulla placca scorra una corrente di 3 milliAmper, potrete verificare la variazione della corrente di placca quando il cursore del potenziometro viene ruotato ai due estremi. Ruotando ii cursore del potenziometro verso il massimo negativo in modo che sulla griglia giunga una tensione di 2 volt, questa risultando piu negativa rispetto alla condizione precedente, respinge la parte degli elettroni che dovrebbero raggiungere la placca ed in questa situazione la corrente scendera ad un valore che possiamo in via teorica valutare a 2,5 milliAmper (vedi fig.9).
Ruotando il cursore in senso opposto, in modo da togliere alla griglia qualsiasi tensione negativa, gli elettroni emessi dal filamento verranno totalmente attirati dalla placca ed in questo modo la corrente salira al suo massimo, che in via teorica potremo indicare a 3,5 milliAmper (vedi fig.10).
II grafico di fig.11 mostra come, variando la tensione negativa sulla griglia, vari la corrente positiva sulla placca.
Se sulla griglia polarizzata con una tensione negativa di 1 volt (vedi fig.12) applicate un‘onda sinusoidale di 2 volt picco/picco si verifichera quanto segue:
- In presenza della semionda negativa che raggiungerà un massimo di 1 volt negativo, questa tensione si sommerà a quella negativa della pila di polarizzazione e quindi sulla griglia ritroverete una tensione di 1 + 1 = 2 volt negativi.
Prendendo come riferimento l’esempio riportato precedentemente, la corrente di placca scende a 2,5 milliAmper.
- In presenza della semionda positiva che raggiungera un massimo di 1 volt positivo, questa tensione si sottrarra a quella negativa della pila di polarizzazione e quindi sulla griglia ritroverete una tensione di 1-1 = 0 volt.
Nell’esempio precedente abbiamo vista che togliendo alla griglia qualsiasi tensione negativa la corrente di placca sale a 3,5 milliAmper. Quindi applicando sulla griglia un’onda sinusoidale di 2 volt voi sarete riusciti ad ottenere sulla placca una variazione di 1 milliAmper, infatti:
3,5 – 2,5 = 1 mA
Chi e abituato alle notevoli variazioni di corrente che si ottengono sul Collettore di un transistor, riterra questo 1 mA un valore piuttosto irrisorio, ma qui dobbiamo subito precisare che la differenza che esiste tra un transistor ed una valvola termoionica e la seguente:
-II transistor amplifica un segnale in corrente quindi piccole variazioni applicate sulla Base pro-vocano ampie variazioni di corrente sul Collettore.
- La valvola amplifica un segnale in tensione quindi piccole variazioni applicate sulla Griglia provocano ampie variazioni di tensione sulla Placca.
Se osservate lo schema elettrico di un triodo amplificatore (vedi fig.12}, noterete che la placca vie-ne alimentata tramite una resistenza da 47.000 ohm con una tensione di 250 volt. Poc’anzi vi abbiamo detto che polarizzando la griglia con una tensione negativa di 1 volt, sulla placca scorreva una corrente di 3 milliAmper.
La resistenza da 47.000 ohm collegata in serie alla placca con una corrente di 3 mA provochera una caduta di tensione, che potrete calcolare con la nota legge di ohm:
Volt = ( mA x ohm): 1.000
( 3 x 47.000) : 1.000 = 141 volt
Quindi sulla Placca non ritroverete la totale ten-sione dei 250 volt positivi, ma la differenza, cioe:
250 – 141 = 109 volt
Sapendo che applicando sulla griglia un’onda sinusoidale di 2 volt la corrente di placca varia da un minimo di 2,5 mA ad un massimo di 3,5 mA, potrete subito calcolare quali variazioni di tensione risulteranno presenti sulla placca di questo triodo.
Quando la corrente di placca scende a 2,5 mA, otterrete una caduta di tensione di:
( 2,5 x 47.000 ) : 1.000 = 117,5 volt
Quando la corrente di placca sale a 3,5 mA, ot-terrete una caduta di tensione di:
( 3,5 x 47.000 ) : 1.000 = 164,5 volt
Pertanto un segnale di 2 volt applicato sulla gri-glia fara variare la tensions di placca da un massimo di:
250 – 117,5 = 132,5 volt
ad un minimo di:
250 – 164,5 = 85,5 volt
Questo significa che potrete prelevare dalla placca un segnale che raggiungera un’ampiezza totale di:
132,5 – 85,5 = 47 volt
In pratica avrete amplificato ii segnale applica-to sulla griglia di ben:
47 : 2 = 23,5 volte
Noi vi abbiamo riportato un esempio con dei valori casuali, ma dobbiamo precisare che esistono, come per i transistor, tanti diversi triodi che sono classificati con proprie sigle e che hanno differenti caratteristiche.
Esistono triodi con un diverse guadagno in grado di amplificare segnali UHF, altri idonei per amplificare solo segnali di Bassa Frequenza, poi esistono anche triodi finali di potenza.Variando ii valore della resistenza ohmica collegata sulla placca, si riesce a variare ii guadagno dello stadio amplificatore.
IL CATODO
Agli inizi tutte le valvole venivano alimentate con delle pile, perche non era ancora distribuita in tutte le case, come lo e oggi, la tensione alternata dei 220 volt. Quindi per far funzionare una radio occorreva una pila per i filamenti, una per polarizzare le griglie e molte pile poste in serie per ottenere la tensione di 200 – 250 volt necessaria per alimentare le placche. Quando in ogni casa fu portata la tensione alternata per accendere le lampadine per l’illuminazione, si penso di raddrizzare questa tensione per trasformarla in tensione continua utilizzando la valvola diodo composta da un filamento e da una placca (vedi fig.14). Si ríusci cosi ad avere la necessaria tensione continua di 200- 250 volt per allmentare tutte le
placche, ma si continuò ad alimentare i filamenti con le pile, perchè provando ad alimentarli con la tensione alternate era più forte il ronzio di alternata che si prelevava dalle placche che quello del segnale che si doveva amplificare.
Dovete tenere presente che a quei tempi non erano disponibili i ponti raddrizzatori o i diodi al silicio che troviamo oggi con estrema facilità, in grado di erogare anche 20-30 Amper, ma solo un diodo a valvola che non riusciva ad erogare piu di 100 milliAmper. Per riuscire ad alimentare i filamenti con una tensione alternata si pensò di aggiungere al triodo un altro elettrodo chiamato catodo (vedi fig.15).
In pratica questo catodo altro non era che un tubino di nichel ricoperto di ossido di bario posto attorno al filamento ed elettricamente isolate, che, surriscaldato dal filamento incandescente, provvedeva ad emettere gli elettroni. Quindi l’elettrodo che emetteva gli elettroni negativi non era piu il filamento, ma questo tubino metallico chiamato catodo. Per fare un paragone potremo considerare il catodo come la punta di rame del nostro saldatore elettrico. Anche all’interno della punta di rame e inserita una resistenza elettrica costituita da un filo di nichel – cromo tenuto isolato dal metallo rame. Applicando una tensione elettrica alla resistenza, questa si arroventa trasferendo il calore alla punta di rame che provvede a sciogliere lo stagno da utilizzare per le nostre stagnature. Togliendo tensione la punta si raffredda ed in queste condizioni non possiamo piu sciogliere lo stagno.
TENSIONE NEGATIVA di GRIGLIA
Risolto il problema del filamento, ne rimaneva un secondo, cioè quello di eliminare la pila richiesta per polarizzare negativamente la griglia.
Questo problema fu subito risolto applicando tra il catodo e la massa, una resistenza di valore appropriato che provvedesse a creare una caduta di tensione proporzionale al valore della corrente che scorreva nella valvola in condizione di riposo. Prendendo gli esempi da noi proposti precedentemente, cioè di una valvola che richieda una tensione negativa di griglia di 1 volt e che in questa la placca assorba una corrente di 3 mA, per ottenere questa tensione negativa occorre collegare tra il catodo e la massa una resistenza il cui valore ohmico può essere calcolato con la nota formula:
Ohm = ( Volt griglia : mA ) x 1.000
Quindi il valore della resistenza da applicare tra catodo e massa, necessaria per ottenere una tensione negativa di 1 volt, dovra.risultare di:
( 1 : 3 ) x 1.000 = 333 ohm
valore che potremo arrotondare a 330 ohm.
Per evitare che da tutte le variazioni di corrente, presenti quando la valvola amplifica un segnale, si ottengano delle variazioni di tensione ai capi di tale resistenza, che modificherebbero la tensione di polarizzazione della griglia, occorre applicare in parallelo alla resistenza di catodo un conden
satore elettrolltico che mantenga il piu stabile possibile il valore di questa tensione.
Se misurerete la tensione che risulta presente ai capi di questa resistenza tra catodo e massa, rileverete 1 volt positive e se misurerete la tensione presente sulla griglia rispetto a massa, rileverete O volt.
Se però controllerete con un voltmetro elettronico la tensione presente sulla griglia rispetto al catodo, rileverete esattamente 1 volt negative (vedi fig.20).
Facciamo presente che le tensioni di lavoro presenti sugli elettrodi di una valvola non si misurano prendendo come riferimento la massa, ma il suo catodo.
Quindi se misurate la tensione tra placca e massa, rilevate una tensione di 109 volt che non e la tensione di lavoro della valvola, percha a questo valore dovrete sottrarre la tensione tra catodo e massa, quindi la valvola lavorerà con una tensione di 108 volt.
lnfatti misurando la tensione presente tra placca e catodo, rileverete esattamente 108 volt, cioè senza quel volt che avete utilizzato per polarizzare negativamente la griglia.
DOPPIO TRIODO
All’interno di una stessa valvola e possibile inserire due separati triodi con identiche caratteristiche, composti ognuno da un catodo, una griglia, una placca ed un unico filamento per surriscaldare i due separati catodi (vedi fig.26) che possiamo polarizzare in modo diverse uno dall’altro.
Come per i transistor, ogni valvola ha sue proprie caratteristiche.
Se osservate la tabella qui sotto riportata, dove sono messi a confronto un doppio triodo siglato ECC.82, equivalente alla sigla americana 12AU7, con un doppio triodo ECC.83, equivalente alla sigla americana 12AX7, noterete come ogni valvola abbia proprie particolarità.
| Max tensione anodica | 250 volt | 250 volt |
| Volt negativi Griglia | 8,5 volt | 2,5 volt |
| Corrente lavoro Placca | 1,6 mA | 0,48 mA |
| Massima corrente Placca | 20 mA | 8 mA |
| Fattore Guadagno | 17 volte | 100 volte |
| Reslstenza lnterna | 7.700 ohm | 62.500 ohm |
| Pendenza “S“ | 2,2 mA/V | 1,6 mA/V |
| Watt uscita Placca | 2,75 Watt | 1,0 Watt |
La valvola ECC.82, che amplifica solo 17 volte e fornisce in uscita un segnale di 2,75 watt, e maggiormente indicata per amplificare segnali di una certa ampiezza o per pilotare dei pentodi finali di potenza.
La valvola ECC.83, che amplifica 100 volte e for-nisce in uscita un segnale di 1 watt, e maggiormente indicata per preamplificare segnali molto de-boli.
La ECC.83 puo essere anche utilizzata per pilo-tare dei pentodi finali di potenza, purche le gri–glie di questi non richiedano delle potenze maggio-re di 1 watt.
PENDENZA o TRANSCONDUTTANZA
Normalmente nelle caratteristiche tecniche delle valvole non viene riportato il loro guadagno perchè questo dato si puo facilmente calcolare conoscendo la pendenza o transconduttanza, indicata quasi sempre con la lettera S, e la resistenza interna, indicata con RI.
La formula per calcolare il guadagno e:
Guadagno = ( S x Ri ) : 1.000
La valvola ECC.82, che ha una resistenza interna di 7.700 ohm e una pendenza di 2,2 mA/V, avra un guadagno di:
( 2,2 x 7.700): 1.000 = 16,94 volte
lnvece il guadagno della valvola ECC.83, che ha una resistenza interna di 62.500 ohm e una pendenza di 1,6 mA/V, risulterà di:
( 1,6 x 62.500 ) : 1.000 = 100 volte
E sono infatti questi i valori che abbiamo riportato nella nostra tabella, arrotondando il solo guadagno della ECC.82 da 16,94 a 17.
IL PENTODO AMPLIFICATORE
Per poter amplificare i debolissimi segnali radio captati da un’antenna occorrevano valvole che potessero amplificare un segnale di 1.000-3.000 volte e per ottenere queste condizioni si cerco di avvicinare il più possibile la placca alla griglia.
Si constato così che questi due elettrodi si comportavano come le armature di un normale condensatore posto sottovuoto ed in queste condizioni il segnale passava tranquillamente dalla griglia alla placca per via capacitiva.
Avvicinando la placca alla griglia si notò anche un altro fenomeno: molti elettroni rimbalzando sulla placca ritornavano nuovamente sulla griglia e cosi facendo veniva variato il valore della tensione di polarizzazione, rallentando in modo irregolare il passaggio degli elettroni dal catodo verso la placca.
Questo aumento di amplificazione che si era riusciti ad ottenere avvicinando la placca alla griglia creava altri inconvenienti.
Adesempio la valvola si metteva inspiegabilmente ad autooscillare generando acutissimi fischi.
Per ovviare a questa instabilità di funzionamento e per ridurre la capacita tra la griglia e la placca si riportarono questi due elettrodi ad una maggiore distanza, poi si inserirono all’interno, tra la griglia di controllo e la placca, altre due griglie, che presero il nome di griglia schermo e griglia soppressore
La griglia schermo e posta all’interno della valvola tra la griglia controllo e la griglia so.
La griglia soppressore e posta invece tra la griglia schermo e la placca.
La griglia schermo, collegata al positivo della tensione di alimentazione, oltre a comportarsi come un efficiente schermo elettrostatico tra griglia e placca, provvede ad attirare con la sua carica positiva gli elettroni negativi Qua passati attraverso la griglia controllo.
Accelerando la velocità degli elettroni, questi riescono ad attraversare la larga spirale di cui e formata la griglia schermo e a raggiungere la placca della valvola molto velocemente, aumentando cosl il guadagno.
La griglia soppressore, collegata al negativo della tensione di alimentazione, riduce ulteriormente la capacità griglia controllo – placca, e nello stesso tempo scarica a massa tutti quegli elettroni che, rimbalzando sulla placca a causa della loro elevata velocità, potrebbero venire attirati dalla griglia schermo.
La valvola composta da questi cinque elettrodi chiamati:
catodo
griglia controllo (indicato G1) griglia schermo (indicato G2) griglia soppressore (indicato G3) placca (chiamata Anodo)
prende il nome di pentodo.
Questi pentodi, disponendo di un’elevata amplificazione, venivano utilizzati nei ricevitori per preamplificare i segnali captati dall’antenna, per realizzare dei convertitori di frequenza e per preampllficare nelle supereterodine i segnali di Media Frequenza. Come per i triodi esistono molti tipi di pentodi che si differenziano uno dall’altro per avere delle diverse caratteristiche. Ad esempio se prendete ii pentodo siglato EF.80 e quello siglato EF.89 e ne confrontate le caratteri-stiche, noterete molte differenze sia sulla loro re-sistenza interns, sia sulla pendenza ed anche sulla tensione positiva da applicare sulla griglia schermo.
| Max tensione anodica | 250 volt | 250 volt |
| Volt griglia schermo | 250 volt | 100 volt |
| Volt griglia soppressore | O volt | 0 volt |
| Volt negativi Griglia | 3,5 volt | 2,0 volt |
| Corrente anodica | 10 mA | 9 mA |
| Corrente griglla schermo | 2,8 mA | 3,0 mA |
| Resistenza interna “Ri” | 0,65 Mega | 0,9 Mega |
| Pendenza “S” | 6,8 mAN | 3,6 mA/V |
Poiche in queste caratteristiche non e riportato ii guadagno, per conoscerlo dovrete usare questa formula:
Guadagno = ( S x Ri ) : 1.000
La valvola EF.80 che ha una resistenza interna di 0,65 Megaohm pari cioe a 650.000 ohm ed una pendenza di 6,8 mA/V, potra amplificare un segna-le fino ad un massimo di:
( 6,8 x 650.000 ) : 1.000 = 4.420 volte
La valvola EF.89 che ha una resistenza interna di 0,9 Megaohm pari cioe a 900.000 ohm ed una pendenza di 3,6 mA/V, potra amplificare un segna-le fino ad un massimo di:
( 3,6 x 900.000 ) : 1.000 = 3.240 volte
Se confrontate questi guadagni con quelli che ci forniva un triodo, noterete delle notevoli ditte-renze.
IL PENTODO FINALE DI POTENZA
Risolto ii problema del guadagno, ne rimaneva un secondo, quello cioe di disporre di una valvola in grado di erogare molti watt per peter pilotare un altoparlante. Per ottenere queste caratteristiche si costruirono dei pentodi con elettrodi di dimensioni maggiori rispetto a quelli usati per preamplificare dei deboli segnali e cosi facendo si riuscirono a raggiun-gere potenze molto elevate.
Ovviamente per pilotare questi pentodi finali occorreva applicare sulla griglia controllo dei segnali di una certa ampiezza e potenza, ma que-sto problema risultava gia risolto, percha per que-sta funzione esistevano gia i cosiddetti triodi pilota. A questo punto possiamo riportarvi le caratteri-stiche di qualche pentodo finale di potenza in classe A, cioe di una sola valvola finale, percha possiate, con i numeri riportati, notare le varie dif-
terenze (vedi tabella a fine pagina).
Corretto
In queste caratteristiche troverete oltre alla po-tenza d‘uscita in watt un altro dato molto impor-tante, quello dell’impedenza di carico.
In pratica questo valore in ohm che varia da val-vola a valvola, e ii valore dell‘impedenza che do-
vrebbe avere un eventuale altoparlante da colle-gare tra la placca e la tensione anodica dei 225-250 volt positivi.
Poiche tutti sanno che gli altoparlanti vengono co-struiti con delle impedenze standard di 4-8-16 ohm, possono essere collegati alla valvola finale so-
| Volt di placca o anodica | 250 volt | 225 volt | 250 volt |
| Corrente di placca | 80 mA | 26 mA | 48 mA |
| Volt griglia schermo | 265 volt | 225 volt | 250 volt |
| Corrente griglia schermo | 15,0 mA | 4,1 mA | 5,5 mA |
| Volt negativi griglia G1 | -13,5 volt | -12,5 volt | -7,5 volt |
| Max segnale ingresso | 8,7 volt | 8,0 volt | 4,3 volt |
| Resistenza interna | 17.000 ohm | 90.000 ohm | 38.000 ohm |
| Pendenza | 12,5 mA/V | 3,2 mA/V | 11,3 mA/V |
| lmpedenza di carico | 2.000 ohm | 8.000 ohm | 4.000 ohm |
| Watt uscita classe A | 12 Watt | 3 Watt | 6 Watt |
lose si utilizza un trasformatore d‘uscita che ab-bia un appropriato rapporto di trasformazione.
II primario di tale trasformatore dovra avere un’impedenza caratteristica (da non confondere con una resistenza ohmica) analoga a quella richie-sta dalla valvola, cioe di 2.000 ohm per le EL.34, di 8.000 ohm per le EL.42 e di 4.000 ohm per le EL.84, mentre ii secondario dovra avere un‘lmpe-denza caratteristlca a quella richiesta dall’altopar-lante, cioe 4-8-16 ohm.
Se con i dati della valvola EL.84, che ha un’im-pedenza di carlco pari a 4.000 ohm, voleste co-noscere quale rapporto spire deve esistere nel tra-sformatore d’uscita tra primario e secondarlo per poterlo adattare ad un altoparlante da 8 ohm, ot-terreste:
- 4.000 : 8 = 22,3 volte
Come potete notare la valvola che ha un’impe-denza di carico di 4.000 ohm, cioe un valore dop-
IL TRASFORMATORE D’USCITA
pio rispetto alla valvola che ha un‘impedenza di carico di 2.000 ohm, non ha un rapporto di trasfor-mazione dopplo come spesso ed erroneamente
In un amplificatore a valvole ii componente che determina la fedelta del suono e ii solo trasforma-tore d’uscita.
Se per la sua costruzione non vengono utilizzati lamierini al silicio di ottima qualita tutte le frequen-ze acute vengono notevolmente attenuate.
Le dimensioni del nucleo debbono risultare so-vradimensionate, diversamente questo potrebbe saturarsi alla massima potenza, aumentando cosi la dlstorslone.
Se un trasformatore per classe A (amplificatore con una sola valvola) non e difficile da costruire, i trastormatori per classe AB1-AB2 (amplificatore con due valvole in controfase) per Hi-Fi sono al-quanto complessi.
Per ottenere un perfetto bilanciamento dei due avvolgimenti, sia come reslstenza ohmlca sia co-me capacita, questi vengono suddivisi in piu sezioni affiancate le une alle altre.
Poiche questi trasformatori dovranno necessaria-mente essere acquistati gia awolti econ le impe-
denze richieste dal tipo di valvola utilizzata, vi di-remo che migliore e la loro qualita migliore risulte-
ra la fedelta della riproduzione.
Poiche abbiamo notato che ii calcolo del rappor-to di trasformazione tra prlmario e secondarlo e in molti testi errato ed in altri cosi complesso da ren-derlo praticamente inutilizzabile, noi vi riporteremo un sistema molto piu rapido e semplice.
La formula che vi consigliamo di utilizzare per questo calcolo e la sequente:
Rapporto = ✓imped. carlco : imped. altop
Se con i dati della valvola EL.34, che ha un’im-pedenza di carlco pari a 2.000 ohm, voleste co-noscere quale rapporto spire deve esistere nel tra-sformatore d’uscita tra prlmario e secondario per poterlo perfettamente adattare ad un altoparlante da 8 ohm, dovreste fare questa semplice opera-zione:
- 2.000 : 8 = 15,8 volte
viene riportato.
Per questo motivo un trasformatore d’uscita co-struito per un’impedenza d’uscita di 4.000 ohm vie-ne normalmente utilizzato anche per valvole che hanno delle impedenze leggermente diverse, ma molto prossime a questo valore, ad esempio 3.500
– 3.800 – 4.200 – 4.500 ohm.
Occorre far presente che collegando sul secon-darlo di un trasformatore d’uscita un altoparlante che ha un’impedenza diversa da quella calcolata, si varia automaticamente l’impedenza dell’awol-gimento del primario quindi la valvola non avendo un suo corretto carico distorcera.
Se utilizzate ad esempio un trasformatore per la EL.34 costruito per alimentare un carico di 8 ohm (altoparlante che dispone di tale lmpedenza) che, come gia sappiamo, ha un rapporto di trasforma-zione di 15,8 volte, e su questo secondario appli-cate un altoparlante da 4 ohm, l’impedenza dell’av-volgimento primario non risultera piu di 2.000 ohm bensi molto minore.
Potrete determinare ii valore dell’lmpedenza che si ottiene sul primarlo usando questa formula:
imped. = (rapporto x rapporto) x ohm carlco
in questo caso otterrete sul primario un‘impe-denza di carlco di:
(15,8 x 15,8) x 4 = 998 ohm
Applicando sulla placca un carico di soli 998 ohm anziche di 2.000 ohm richiesti, la valvola non lavo-rera piu sui suoi valori ideali, quindi in uscita si pre-levera un segnale di potenza minore e distorto.
DISTORSIONE
La distorsione di un amplificatore si misura con uno strumento chiamato distorslometro che prov-vede, con degli appositi filtri notch, ad eliminare totalmente la sola frequenza fondamentale.
Tutte le frequenze armoniche che fuoriescono dall’amplificatore vengono considerate distorsioni. Occorre a questo punto fare una distinzione tra la distorsione del segnale sinusoidale e questa di-
storsione dovuta alla presenza di armonica.
Se l’onda sinusoidale amplificata esce triango-lare o trapezoidale, ascolteremo un suono distor-to e sgradevole.
Se l’onda sinusoidale esce senza deformazioni e la distorsione ecausata solo dalle presenza di fre-
quenze armoniche, ascolteremo, oltre alla nota fondamentale, anche note di tonalita superiore che non rappresentano una distorsione del segna-le, ma soltanto altre frequenze non distorte.
Ad esempio nelle valvole che generano delle fre-quenze armoniche pari rispetto alla nota fonda-mentale, queste armoniche creano un suono piu pastoso perche udremo, molta attenuata, la stes-sa identica nota, ma di ottava superiore.
Quindi una frequenza di 110 Hz (nota LA) ampli-ficata da una valvola generera una frequenza ar-monica a 220 e una a 440 Hz, che sono ancora
due note LA di ottave superiori.
Con i transistor, che generano invece delle fre-
quenze armoniche dispari, le cose cambiano, in-fatti una frequenza di 110 Hz (nota LA) amplificata
genera una frequenza armonica a 330 Hz (nota Ml disaccordata) e un’altra a 990 Hz (nota SI disac-cordata) quindi ascoltando un LA in fondamenta–le assieme alle armoniche di un Ml e di un SI, que-sto suono risultera piu disarmonico e sgradevole.
Per questo motivo in un amplificatore a valvole ci si puo permettere anche di non scendere come distorsione armonica sotto al 2%, mentre in un amplificatore a transistor occorre necessariamen-
te scendere sotto allo 0,5%.
Ovviamente piu bassa ela percentuale di distor–
sione sia in un amplificatore a valvole che in uno a transistor, meno armoniche ritroveremo sulla sua uscita, ma questo non significa che le note che udremo risulteranno distorte.
Dobbiamo ancora far presente che l‘orecchio umano non e poi cosl perfetto come si ritiene.
Se un distorsiometro riesce a misurare delle per-centuali di distorsione armonica dello 0,01%, l’o-recchio umano non rivela una distorsione sulla si-nusoide fino a quando questa non supera ii 4%. Soltanto quando la distorsione sulla sinusoide raggiunge dei livelli del 10% ii suono iniziera a di-
ventare sgradevole. QUALCHE UTILE FORMULA
Vi riportiamo alcune formula complete di esem-pi che potranno esservi utili usando le valvole.
1° Per calcolare ii valore della resistenza di ca-todo necessaria per ottenere la tensione negativa
della griglia controllo si dovra usare la formula:
Ohm = ( Volt griglla : mA ) x 1.000
II valore dei mllliAmper e dato dalla corrente as-sorbita dalla placca della valvola in condizioni di ri-poso.
Questa formulae valida per i soli triodi. Per i pen-todi occorre sommare alla corrente di placca an-che quella della griglla schermo.
Esemplo = Volete calcolare la resistenza da ap-plicare sul catodo di un triodo che richiede una ten-sione negatlva di griglia di 1,5 volt e che assorbe a riposo una corrente di 5,4 milllAmper.
Utilizzando la formula sopra riportata otterrete: ( 1,5: 5,4) x 1.000 = 277 ohm
valore che potrete tranquillamente arrotondare a 270 ohm percha, in uno stadio preamplificatore, ii segnale da applicare sull’ingresso dovra sempre ri-sultare notevolmente mlnore del massimo consen-tito, per evitare delle dlstorsionl sul segnale sinu-soidale.
Esemplo = Volete calcolare la resistenza da ap� plicare sul catodo della valvola pentodo EL.34 per ottenere una tensions di 13,5 negativi sapendo che l’assorbimento di placca si aggira sugli 80 mA e quello della grlglla schermo sui 15 mA.
Come prima operazione sommerete la corrente di placca e quelladi grlgllaschermo ottenendocosl:
80 + 15 = 95 milliAr,,per
A questo punto potrete calcolare ii valore ()hmi-co della resistenza di catodo:
( 13,5: 95) x 1.000 = 142 ohm
valore che potrete arrotondare a 150 ohm.
2° Per calcolare la potenza in watt della resisten-za da applicare sul catodo si potra utilizzare lase-guente formula:
Watt = ( mA x mA x ohm) : 1.000.000 Esemplo = Volete conoscere quale wattaggio
dovra avere la reslstenza da 150 ohm da applica-
re sul catodo di una valvola che assorbe 95 mA.
Utilizzando la formula sopra riportata otterrete: ( 95 x 95 x 150): 1.000.000 = 1,35 watt
Per evitare che questa resistenza si surriscaldi
eccessivamente, conviene scegliere un wattaggio maggiore, quindi utilizzerete una resistenza da 150 ohm 1,5 watt o meglio ancora da 2 watt.
3° Per calcolare la corrente e la tenslone presente sul secondarlo di un trasformatore d’uscita, conoscendo la potenza in watt e l’impe-denza dell’altoparlante, potrete usare queste due formula:
Volt � ..Jwatt x ohm alto arlante Amper = att : ohm altoparlante
Esempio = Volete conoscere i volt e gli Amper presenti sul secondario di un amplificatore che ero-ga 50 watt per un’impedenza d’uscita di 8 ohm.
- sox a = 20 volt
- so: 8 = 2,5 Amper
Se moltiplicate gli Amper per i volt otterrete la potenza in watt che sara appunto di:
2,5 x 20 = 50 watt
4° Per calcolare ii guadagno di una valvola co-noscendo ii valore della pendenza e della sua re-slstenza interna, potrete usare la formula:
Guadagno = ( Pendenza x R/lnterna ) : 1.000
Esemplo = Sapendo che la valvola EL.34 ha una reslstenza lnterna di 17.000 ohm ed una pen-denza di 12,5 mA/V qualsiasi segnale applicato sul-la sua griglia potra essere amplificato fino ad un massimo di:
. .
( 12,5 x 17.000) : 1.000 = 212,5 volte
5° Per conoscere quanta corrente assorbe una valvola quando questa eroga una certa potenza, potrete utilizzare la formula:
mA = ✓watt : R/lngresso x 1.000
Esemplo = Volete conoscere l’assorbimento in milliAmper della valvola EL.34 quando questa ero-ga una potenza di 6 watt sapendo che la sua im-pedenza di carico e di 2.000 ohm:
- 6: 2.000 x 1.000 = 54,77 mA
Per ora terminiamo impegnandoci a proseguire in futuro con qualche altro interessante articolo sulle valvole, presentandovi degli schemi elettrici e par-lando anche dei push-pull utilizzati per ottenere con due valvole finali maggiore potenza.