OGGETTO: Calcolo della potenza di uscita e della distorsione per uno stadio finale asimmetrico a valvole attraverso il tracciamento del punto di riposo e della retta di carico

Di Stefano Buttafoco

Foto 2

 

Si sente tanto parlare di punto di lavoro migliore per un determinato stadio, rette di carico e cosi via.

Vedremo come sia possibile comprendere queste cose senza necessitare per altro di una laurea.

Ci proponiamo dunque di andare a ottimizzare tutti quei parametri che consentono il funzionamento di uno stadio finale di potenza a valvole in configurazione asimmetrica, ossia single ended, come  è di moda dire oggi.

La scelta dei parametri da un punto di vista elettrico ha due ripercussioni per noi fondamentali:

-sulla potenza ottenibile

-sulla distorsione

Vedremo come ottenere tali due valori a partire dalle caratteristiche anodiche di una valvola.

 

I dati che dobbiamo fissare per definire il punto di funzionamento della valvola sono visibili nella figura 1 e sono: Tensione anodica di riposo Va, Corrente anodica di riposo Ia, Tensione negativa di griglia del punto di riposo –Vg ed infine carico primario visto dalla valvola Zp.

Questi dati vanno scelti in maniera tale da ottenere il miglior compromesso tra potenza ottenibile e distorsione. Infatti tali due parametri variano in maniera opposta e cioè se voglio ottenere più potenza devo fare una scelta del punto di riposo che mi porterà ad avere una maggiore distorsione e viceversa.

Ad esempio tanto più si usa un carico Zp elevato tanto minore sarà la potenza ottenibile ma minore sarà la distorsione.

Attraverso quello che andremo a esaminare saremo in grado di vedere come il punto di lavoro da noi scelto  andrà ad influenzare potenza ottenibile e distorsione e quindi saremo in grado di fare varie prove per vedere quale è il punto che ci fornisce il miglior compromesso.

Foto 1

Foto 2 bis

-Per prima cosa si sceglie il punto di lavoro attraverso la scelta di Va, Ia,-Vg e Zp

Il punto di lavoro scelto deve essere tale da non superare i valori limiti specificati nel data sheet della valvola, in particolare per quello che riguarda la massima potenza dissipabile dall’anodo della valvola (ottenibile moltiplicando corrente per tensione di riposo).

 

-Avremo poi bisogno delle caratteristiche di uscita della valvola.(vedi foto2)

Queste curve ci dicono come varia la corrente anodica al variare della tensione anodica, tenendo fissa la tensione di griglia. Poi variando la tensione di griglia si ottiene un'altra curva e cosi via. Per questo si parla di famiglia di curve anodiche a parametro tensione di  griglia.

-Una volta in possesso delle caratteristiche anodiche della valvola prescelta dovremo tracciare sopra di esse la retta di carico. Essa si traccia grazie alla conoscenza dei punti Ri ed Rv che sono rispettivamente le intercette della retta di carico con l’assedelle correnti (verticale) e l’asse delle tensioni (orizzontale). Una volta noti tali due punti sappiamo tracciare la retta di carico poiché per due punti passa una sola retta. Per trovare Ri e Rv fare riferimento alla foto 2bis.

Si tenga presente che rette di carico tracciate con la stessa impedenza di carico Zp sono tra di loro parallele.

Infatti Zp interviene, matematicamente parlando, nel coefficiente angolare della retta, tanto più Zp è basso tanto più la retta ci carico o di lavoro è impennata.

 

-Una volta tracciata la retta di carico devo riportare su di essa il punto di riposo precedentemente scelto. Se tale punto non cade sulla retta di carico si è commesso qualche errore.

 

Una Finale di Stefano con le 2A3

 Si immagina poi di applicare un segnale sinusoidale in ingresso alla griglia della valvola di ampiezza picco picco pari a due volte la tensione negativa di griglia scelta. Cosi se ad es ho scelto –Vg= -50Volt, applicherò sulla griglia una sinusoide da 100Volt picco picco cosi che quando è in semionda positiva porterà la griglia a un potenziale di 0V  e quando è in semionda negativa porterà la griglia a –100Volt.

Questo sarà lo swing di tensione che deve fornire lo stadio pilota se si vuole far ottenere alla valvola la massima potenza disponibile nei limiti della classe A1.

In corrispondenza di questa escursione si va a vedere sull’asse delle correnti  e delle tensioni le relative escursioni di corrente  e di tensione. Bisognerà valutare con esattezza tali punti poiché sono essi quelli che verranno inseriti nelle formule per il calcolo della potenza di uscita e della distorsione.

A proposito tale formule le trovate nella foto 4.

 

Nella foto 3 trovate invece un bell’esempio con triodo finale 2A3.

In tale esempio sullo stesso grafico sono tracciati due punti di lavoro, Pa e Pb. Essi giacciono sulla stessa retta di carico poiché prima ho fatto tutti i calcoli con Pa e poi mi son detto di provare cosa succedeva se mi spostavo un po’ più a destra sulle caratteristiche mantenendomi però sulla stessa retta di carico .Perciò Pb lo ho preso proprio per costruzione sopra tale retta.

Potete vedere come l’escursione di tensione a cavallo del punto di lavoro non sia simmetrica, questa è una causa di distorsione . Ad esempio per Pa si ha che da una parte l’escursione di tensione è di 162.2 volt dall’altra 145.8V. Tale asimmetria causa distorsione ed è dovuta alla non equa spaziatura della famiglia delle caratteristiche di uscita. Infatti si vede come esse si comprimono spostandosi verso destra.

Foto 3

 

Una valvola è tanto più lineare tanto più le caratteristiche sono equamente spaziate.Le valvole più lineari che abbia mai visto sono le 845. Guardate le loro caratteristiche. Fanno paura! Fa paura però anche la tensione anodica che tali fantastici triodi paleolitici necessitano per l’uso.

Tanto più riuscirete ad ottenere uno swing di tensione simmetrico tanto meno avrete distorsione.Giocate col punto di lavoro armandovi di righello e calcolatrice.

 

-Per trovare Potenza di uscita e distorsione basta che applicate le formule di foto4.

Foto 4

-La distorsione che trovate è quella di seconda armonica comunque questa è approssimativamente  quella totale poiche le altre armoniche son via via decrescenti.

Inoltre essa è la distorsione alla potenza massima, poiché in un triodo essa ha andamento pressoché lineare con la potenza, per sapere ad esempio quanta distorsione avete ad un watt basta che impostate una proporzione.

Una nota sulla potenza: essa è la potenza disponibile sul primario del trasformatore di uscita, nel mondo reale questo avrà delle perdite e quindi la potenza disponibile sul secondario sarà un pelino minore.

Con questo è tutto, spero di esser stato chiaro  e che questo mio articolo teorico interessi a qualcuno..

È molto più gratificante costruire qualcosa sapendo bene cosa si sta facendo!!

Ciao a tutti

Stefano             sfnbtt@libero.it