Appunti sugli amplificatori a valvole
1.- Generalità sugli amplificatori ad audiofrequenza.
Ci occuperemo in questo capitolo degli amplificatori ad audiofrequenza che hanno diffusissima applicazione in molti campi della tecnica elettronica: radioricevitori, sistemi di modulazione dei radiotrasmettitori, telefoni, impianti di diffusione sonora, grammofoni, cinema sonoro, ecc.
Gli amplificatori ad audiofrequenza sono normalmente costituiti da un certo numero di stadi di amplificazione di tensione seguiti da uno o più stadi di amplificazione di potenza. Il segnale d’ingresso proviene da un organo rivelatore, da intendersi in senso lato come organo capace di estrarre il segnale ad audiofrequenza dal mezzo che lo contiene: ad esempio, il rivelatore a diodo estrae il segnale dalle oscillazioni a r.f. modulate in ampiezza, il microfono dalle onde sonore, il pick-up dalle ondulazioni contenute nel solco di un disco, la cellula fotoelettrica dalla colonna sonora di un film e così via.
All’uscita dell’amplificatore vi è l’organo utilizzatore, rappresentabile con una resistenza, costituito, ad esempio, da un altoparlante o dallo stadio di amplificazione a r.f. di un trasmettitore.
Gli amplificatori di tensione sono, nella generalità dei casi, del tipo a resistenza e capacità. Se la potenza necessaria in uscita è di pochi watt, l’amplificatore di potenza opera sempre in classe A ed è attuato con un sol tubo (generalmente un tubo a fascio) o con due tubi in push-pull. Non appena la potenza richiesta in uscita cresce ed il problema del rendimento di conversione diviene sensibile, lo stadio di potenza viene attuato con un push-pull di classe AB1: se si opera senza corrente di griglia (classe AB1) lo stadio di potenza può essere eccitato da un amplificatore di tensione. Se invece, per ottenere un rendimento più elevato, si consente alla griglia di divenire positiva durante una piccola frazione del periodo (classe AB2) lo stadio precedente deve essere pure di potenza, normalmente operante in classe A. In classe AB il rendimento pratico è sempre assai inferiore al 50% e pertanto la potenza perduta diviene proibitiva quando l’amplificatore deve fornire all’utilizzatore potenze di centinaia ed anche migliaia di watt, come accade, ad esempio, nei modulatori dei trasmettitori. Si opera allora con push-pull di classe B: questi richiedono potenza relativamente forte per la loro eccitazione di griglia e devono perciò essere preceduti da un amplificatore di potenza. Questo può a sua volta richiedere uno stadio di eccitazione e così l’amplificatore di potenze nel suo complesso verrà costituito da più stadi al cui ingresso è applicato il segnale prodotto dall’amplificatore di tensione.
L’amplificatore è generalmente dotato di vari organi di regolazione di cui i più comuni sono il controllo di volume ed i controlli di tono. Il controllo di volume è un partitore resistivo che, dosando l’ampiezza del segnale applicato all’ingresso dell’amplificatore o di uno dei suoi primi stadi, regola il volume sonoro in uscita. I controlli di tono – spesso uno per i toni bassi ed uno per i toni alti – hanno lo scopo di dosare separatamente l’amplificazione alle basse ed alle alte frequenze entro la gamma acustica utile: la curva di risposta di un amplificatore nel suo complesso deriva dalla curva di risposta dei suoi singoli stadi e può, con accurato dimensionamento e con l’uso della reazione negativa, risultare del tipo normale indicato nella fig.1a. Ma l’altoparlante ed il mobile che lo contiene (per citare l’esempio di un radiogrammofono) hanno una risposta acustica diversa alle varie frequenza, l’ambiente stesso in cui l’altoparlante si trova rinforza certe frequenza a svantaggio di altre, per cui può essere utile alterare ad arte la risposta dell’amplificatore in modo da compensare in parte le sopradette deficienze;nella fig.1b sono mostrate le varie possibili modificazioni della curva di risposta (ogni combinazione mn è utilizzabile).
Un metodo per ottenere i controlli di tono è quello di introdurre fra due stadi successivi dell’amplificatore di tensione un filtro passa alto ed un filtro passa basso le cui uscite siano dosabile separatamente: un semplice circuito rispondente a questo principio sarà esaminato nell’ultimo paragrafo di questo capitolo.
- La ragione fisica per la quale in classe AB (ed a maggior ragione in classe B) il rendimento è più elevato che in classe A, risiede nel fatto che viene bloccato il passaggio della corrente nei momenti in cui la tensione anodica ha i suoi valori più alti, nei quali quindi gli elettroni, se passassero, arriverebbero sulla placca, con la massima velocità e quindi con la massima energia cinetica. Permettendo poi alla griglia di divenire positiva, al massimo dell’escursione del segnale, si può operare con tensione anodica più bassa e quindi con minore velocità degli elettroni nella fase di passaggio della corrente anodica.