Valvole audio, amplificatore e diodo

Valvole audio, amplificatore e diodo (4.50/5) su 2 voti

la valvola termoionicaLa corrente elettrica come sappiamo é costituita da un flusso di elettroni. E’ bene sottolineare che nonostante sia consuetudine pensare la corrente come un flusso che dal positivo raggiunge il negativo, nella realtà microscopica sono le cariche degli elettroni che fluiscono dal negativo al positivo. Ma per comodità e per utilizzare una concezione che si è diffusa velocemente in tutto il mondo, si è mantenuta come formalità indicare un flusso dal positivo al negativo. Per interrompere un flusso di elettroni esistono diversi metodi ad esempio relè o transistor. L’interruttore meccanico interrompe fisicamente il conduttore elettrico (ad esempio il filo) mentre il transistor crea uno squilibrio di cariche in modo che la corrente non possa fluire. Prima degli attuali transistor, venivano utilizzate per questo scopo le valvole, chiamate erroneamente “ad emissione termoionica” in realtà gli ioni non hanno molto a che vedere, si tratta di elettroni: un nome più corretto infatti sarebbe valvole ad emissione termoelettronica.

filamento emissione termoionica

Si è scoperto che un filamento riscaldato ad alte temperature sottovuoto, riesce ad emettere elettroni. Da questa base partì l’idea di creare un tubo sottovuoto capace di gestire e controllare questa emissione di elettroni.

valvola termoionica diodo

Gli elettroni essendo negativi, vengono naturalmente attratti da un oggetto carico positivamente, ad esempio una placchetta collegata ad una tensione positiva (anodo) generando una corrente come se il vuoto all’interno del tubo fosse un conduttore. Invertendo anodo con catodo, ovvero avendo la placchetta negativa rispetto all’emettitore di elettroni, non si avrebbe alcuna circolazione di corrente. Questa valvola semplice viene chiamata diodo, poichè come i normali diodi a semiconduttore di oggi, si lascia attraversare dalla corrente elettronica solamente dal catodo verso l’anodo (ricordate che la convenzione è indicare da anodo verso catodo!).

valvola triodo emissione termoionica

Ma come possiamo controllare questo flusso? Semplice, è sufficiente inserire una griglia tra l’anodo ed il catodo: collegando la griglia ad una tensione negativa si crea una barriera che respinge gli elettroni perchè a differenza dell’anodo positivo, una griglia negativa li respinge! (Come si respingono gli stessi poli di una calamita) Gli elettroni in questo caso non raggiungeranno mai l’anodo poichè respinti dalla griglia, e quindi il flusso di corrente è interrotto. In caso la griglia sia collegata ad una tensione pari o superiore rispetto al catodo, gli elettroni le fluiscono liberamente attraverso e raggiungono l’anodo senza problemi. Abbiamo creato un interruttore elettronico, poichè può essere attivato o disattivato in base alle necessità, esattamente come un transistor!

Amplificatore a triodo

valvola amplificatore triodoSe un segnale in ingresso viene applicato alla griglia di controllo attraverso il condensatore C1, la corrente che riesce ad attraversare la griglia e raggiungere l’anodo varia in base a questo segnale. Aggiungendo una resistenza Ra tra l’anodo e il positivo dell’alimentazione, si ottiene una tensione variabile poichè V = R*I ovvero la tensione è uguale alla moltiplicazione tra il valore della resistenza e la corrente che la attraversa. Nell’uso normale la griglia controllo va tenuta ad un potenziale negativo rispetto al catodo, altrimenti funzionerebbe come un secondo anodo. Il valore di questa tensione varia tra zero ed una decina di volt negativi. Si ottiene collegando il catodo a massa attraverso una resistenza Rk di piccolo valore. La corrente anodica, attraversando Rk, causa una caduta di potenziale di pochi volt, sufficienti a portare il catodo ad una tensione positiva rispetto alla griglia controllo, che invece è collegata a massa attraverso la resistenza Rg.
Il condensatore Ck a sua volta serve per livellare la tensione di polarizzazione e renderla indipendente dalle variazioni del segnale. Eliminando Ck si introduce una certa dose di controreazione che riduce il guadagno dell’amplificatore, ma anche la distorsione, il che rende la cosa molto interessante per un audio di qualità.

I triodi sono usati principalmente per l’amplificazione audio a basso livello (preamplificazione). Non vengono usati in radiofrequenza a causa delle elevate capacità parassite che presentano. Praticamente tra griglia ed anodo si genera un accumulo di carica -come nei condensatori- e questo pregiudica la qualità del segnale amplificato ad alte frequenze perchè nonostante questa capacità sia di pochi picofarad, questa viene amplificata in una capacità effettiva uguale alla capacità iniziale moltiplicata per il guadagno dell’amplificatore! La capacità effettiva riduce notevolmente il guadagno alle alte frequenze.

Amplificatore a tetrodo
valvola a tetrodoIl tetrodo venne sviluppato allo scopo di risolvere il problema appena visto riguardante il triodo. Tra l’anodo e la griglia viene inserita una seconda griglia, detta “griglia schermo” poichè essa agisce come un vero e proprio schermo, riducendo al minimo la capacità tra griglia ed anodo ed eliminando quindi il problema dell’amplificazione ad alte frequenze. Ma quindi come alimentare questa griglia per ottenere il desiderato effetto schermo? Collegandola a zero volt si comporterebbe come una normale griglia, mentre collegandola ad una tensione positiva fissa diventerebbe un secondo anodo…
amplificatore tetrodoLa soluzione sta nel derivare la tensione dall’anodo, tramite un partitore (Rs) e collegata a massa con un condensatore di capacità adeguata, che costituisca un cortocircuito per il segnale (condensatore di bypass). Questo condensatore appositamente dimensionato, si lascerebbe attraversare da frequenze prossime a quelle del segnale in ingresso, ma bloccherebbe fastidiose componenti di corrente continua. Il problema del tetrodo è la distorsione, dovuto all’emissione secondaria, cioè l’emissione dall’anodo di elettroni estratti dall’impatto di quelli, accelerati, provenienti dal catodo.

Amplificatore a pentodo
valvola pentodo
Ancora una volta, per risolvere questo secondo problema viene utilizzata una griglia, detta questa volta griglia di soppressione. Essa sopprime l’emissione secondaria ed è sufficiente collegarla al catodo: spesso questo collegamento è interno alla stessa valvola e non esiste alcun piedino apposito.

amplificatore pentodo

Il pentodo può essere considerato la valvola finale, poichè offre alta amplificazione, larga banda, bassa distorsione. I pentodi si trovano negli stadi a radiofrequenza e a media frequenza di un ricevitore, ma anche negli amplificatori d’uscita.

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