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DETERMINAZIONE DEL VALORE DEL CARICO E CALCOLO DELLA DISTORSIONE DI UNA VALVOLA

di Carlo Bramanti

 I “veterani” che hanno iniziato la carriera ai tempi delle valvole termoioniche sono in genere ormai dedicati alla “conservazione” del loro sapere e degli oggetti di una tecnologia passata tanto appassionante.

I più giovani, invece, scoprono la valvola appassionandosi ad un eventuale progetto.

La disciplina dell’alta fedeltà audio ha portato ad un rifiuto del moderno e comodo transistor per spingere un ritorno della Valvola. Molte pubblicazioni insegnano ad autocostruirsi noi un amplificatore audio. A differenza delle moderne diavolerie come telefonini e MP3, nei quali la nostra manualità non può intervenire, nel campo Hi Fi c’è vasto campo per l’autocostruzione o il restauro.

Il problema è che siamo tempestati da concetti che io chiamo “esoterici” espressi con un linguaggio affatto tecnico con espressioni come “suono rarefatto…” ecc. che mi mettono un poco in allarme. Interessi commerciali ed empirismo si uniscono alla sincera passione e  molti giovani si affacciano al mondo dell’Hi Fi a valvole, dopo che hanno molto letto intorno all’argomento,  si ritrovano a fare  molte domande.

La tecnologia della valvola interessa loro moltissimo e fanno domande molto competenti sulla costituzione interna delle varie valvole improsati da tutti quei discorsi spesso empirici che trovano nella letteratura attuale.

Un classico è la progettazione e realizzazione di un amplificatore finale monotriodo.

In queste righe vorrei trattare un argomento importante nella sua progettazione  ovvero la scelta del valore del carico richiesto ed il punto di funzionamento.

Caratteristiche delle valvole

Il funzionamento di una determinata valvola è descritto dal Costruttore da una serie di valori e da una serie di curve dette “caratteristiche”, prese per i singoli elettrodi. Praticamente, però, l’unica che ci serve e che unisce in se tutte le prestazioni della valvola, è una “famiglia” di curve, detta caratteristica anodica.

Si sottopone la griglia ad una certa tensione negativa fissa e si alimenta la placca con tensione continuamente variabile misurandone la corrente e riportando i valori di V e I sulle relative coordinate cartesiane. Poi si varia la tensione di griglia e ripetiamo l’operazione. Con questo otteniamo la famiglia di curve che ci illustra come funzionerà la valvola sul circuito pratico.

Queste ci bastano per determinare tutti i parametri del progetto di un amplificatore.

Noi prenderemo in esame un amplificatore di potenza con un triodo 2A3 funzionante in classe A, quello tipico degli amplificatori Single Ended.

Il progetto

Procuratisi le caratteristiche in questione, dobbiamo ancora lavorarci: il Costruttore in genere non rappresenta su quel diagramma la curva dei limiti di dissipazione della valvola che viene indicata una volta per tutte, nel nostro caso 15 watt. Noi, curva per curva, dobbiamo segnare il punto che proiettato sugli assi ci da il valore di tensione e quello di corrente il cui prodotto da i 15 watt. Si uniscono tra loro questi punti ed avremo la curva parabolica che ci da i limiti di dissipazione.

La retta di carico

    A questo punto con un righello tracciamo una linea che va dall’ordinata orizzontale a quella verticale incrociando la famiglia delle curve passando dove queste sono più parallele ed equidistanti senza superare la curva di massima dissipazione.

Questa sarà la retta di carico: il rapporto tra la tensione incontrata sul relativo asse e la corrente segnata nell’incrocio dell’asse verticale ci darà la resistenza che dovrà avere il carico in ohm. La retta avrà una pendenza elevata per una resistenza bassa, più piana per un alta resistenza.

Il punto di lavoro

Scegliamo il punto di lavoro che giacerà sulla retta di carico all’incrocio di una delle curve caratteristiche e che corrisponderà ad una curva per una certa  tensione negativa di griglia, per es. -43,5V.

Proiettiamo quel punto sull’asse verticale ed avremo la corrente di riposo. Passiamo all’incrocio con la curva con polarizzazione zero, proiettiamola sull’asse ed avremo la corrente massima. Segniamo l’incrocio con la curva di polarizzazione per un valore doppio di 43,5, che sarà quella dei -87V e proiettiamo il punto sull’asse verticale.

Quando  nel funzionamento pratico la tensione alternata del segnale viene presentata alla griglia, immaginiamo il punto di riposo correre a destra e sinistra lungo la linea di carico tra il punto di maggiore corrente e quello della minore che non dovranno mai essere sorpassati dal valore picco-picco del segnale, ovvero tra la curva per polarizzazione zero e quella di -87. Proiettiamo i punti estremi sull’asse verticale.

La distorsione armonica

Vediamo che sull’asse verticale la distanza tra il valore medio della corrente verso la corrente minima, sarà leggermente diverso da quello verso il valore superiore. Questo è dovuto alla mancanza di simmetria tra le curve e la differenza rappresenta la distorsione di seconda armonica che ci ritroveremo. Se i due valori fossero uguali non avremmo distorsione.

Questo ci insegna che basta osservare il diagramma delle caratteristiche anodiche per rendersi conto della qualità della valvola: tanto più che le curve sono parallele ed ugualmente spaziate tra loro, tanto la valvola avrà  minore di distorsione.

La potenza

Dai valori proiettati sulle ascisse determineremo la potenza che otterremo con quel punto di lavoro e con quel carico

Provando a variare il punto di riposo tenendo conto che lo dovremo raddoppiare come abbiamo fatto precedentemente: ci accorgeremo che aumentandone il valore negativo aumenteremo la potenza ottenuta, ma aumenteremo anche la distorsione. Analogamente se aumentiamo la pendenza della curva, a pari punto di lavoro, aumenteremo la potenza e contemporaneamente la distorsione.

Per prove cercheremo le condizioni che ci soddisfano di più.

La verifica

Con la valvola a disposizione possiamo vedere se i valori per i vari punti di incrocio sono validi. Occorre però avere una alta tensione ed una tensione negativa precisamente regolabili ed un semplice milliamperometro. Le curve illustrate sono in relazione a quanto descritto. Ho aggiunto anche le caratteristiche del Triodo AD1, che presenta una qualità elevatissima.

Quanto sopra vale anche per determinare carico e distorsione delle valvole di segnale, vedi ECC83 ecc.

Carlo Bramanti agosto 2011