AMPLIFICATORI DI POTENZA R.F. – 1°

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AMPLIFICATORI DI POTENZA R.F. – 1°

 

 

VALVOLE TERMOIONICHE

 

Tutti i giovani conoscono i transistor,i fet e gli integrati operazionali,ma poco sanno delle valvole termoioniche.

Le valvole termoioniche,furono velocemente abbandonate quando sul mercato apparvero i primi transistor 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.

Nel 1884 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.

Inserendo 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 attraverso il vuoto presente all’interno della lampada.

Poichè 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 notò che invertendo la polarità della pila,cioè collegando il negativo alla pistrina metallica ed il positivo al filamento ,la corrente cessava ugualmente di scorrere,questa lampada fu chiamata valvola elettronica perchè la corrente scorreva dal filamento alla piastrina e non viceversa.

Nel 1904 lo scienziato A.Fleming stimolato dalla scoperta di Edison,riuscì finalmente a fornire una spiegazione a questo fenomeno.

Quando il 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 attratti.

Per fare sì che il filamento emettesse un continuo 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 positivo collegato alla piastrina.

Questa piastrina collegata al positivo della pila fu chiamata placca raccoglitrice,nome abbreviato in seguito a solo placca.

Tutti gli elementi che si trovano nel bulbo di un tubo,compreso quello che emette gli elettroni,sono detti genericamente ELETTRODI,ed i vari tipi di tubi si distinguono in base al numero dei loro elettrodi.

Nei tubi ad accensione INDIRETTA il filamento non è compreso nel numero degli elettrodi perchè non emette elettroni ma serve soltanto al riscaldamento del catodo; invece,nei tubi ad accensione DIRETTA il filamento è compreso nel numero degli elettrodi,in quanto provvede direttamente all’emissione elettronica.

 

 

Generalità

– Bulbo

il bulbo è l’involucro della valvola,all’inizio era in vetro,ma col tempo le valvole

sono diventate del tipo metallo-ceramico che è molto più robusto e soprattutto,

tramite delle alette di raffreddamento,possono erogare potenze ben maggiori.

– Tungsteno puro

si usa in genere nei tubi ad alta potenza ,fonde a 3.370° e fornisce una

soddisfacente emissione già a 2200°.

– Tungsteno toriato

si usa nei tubi di media potenza,così detto perchè si aggiunge Ossido di torio che

ad alta temperatura si trasforma in in Torio metallico, l’emissione è molto

maggiore del Torio puro e ad una temperatura molto più bassa di circa 1600°.

– Ossido di bario e di stronzio

vengono depositati in genere sul Nichel nei tubi a bassa potenza,in questo caso

l’emissione avviene con soli 700°

– Tubi ad accensione diretta

dopo l’accensione,riscaldano prima di quelli ad accensione indiretta.

Le valvole ad accensione diretta alimentate in C.A. potrebbero dare,come

inconveniente,un leggero fruscio; infatti l’emissione di elettroni potrebbe variare

con una frequenza di 100 Hz,perchè in ogni ciclo si va dal minimo al massimo per 2

volte al sec. con la corrente a 50 Hz,quindi nel circuito ANODICO non si avrebbe

solamente il segnale da amplificare ma anche questo segnale a 100 Hz.

Il ronzio può essere ridotto al minimo usando Trasformatori con presa centrale,

sul secondario di alimentazione del filamento e collegando la presa centrale al

circuito di ritorno della alimentazione anodica a corrente continua.

Questo inconveniente non si ha con l’accensione INDIRETTA,perchè la variazione di

frequenza degli elettroni non viene trasmessa dal filamento al catodo in quanto

indipendenti.

– Resistenza del filamento

la resistenza a caldo del filamento di un tubo è circa 10 volte superiore alla

resistenza a freddo,quindi la corrente all’atto della CHIUSURA va controllata per

non danneggiare il tubo. Il rimedio può essere un autotrasformatore variabile,in

modo da aumentare lentamente la Tensione e da non superare mai la massima

corrente ammessa dal filamento. Si può anche usare una Resistenza in serie al

filamento ed autoescluderla dopo l’accensione. Oppure si può anche usare un

Trasformatore speciale ad alta reattanza che limita la corrente. O ancora

un’impedenza ad alta reattanza in serie al primario del trasformatore di filamento.

 

 

TRIODO

Il diodo termoionico diventò improvvisamente interessante quando nel 1907 il fisico americano Lee de Forest collocò tra il filamento e la placca un terzo elettrodo chiamato griglia.

Questa griglia riusciva ad aumentare il flusso degli elettroni se veniva polarizzata positivamente o 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.

Infatti gli elettroni negativi emessi dal filamento ed attirati dalla placca di polarità positiva erano

costretti a passare attraverso questa griglia.

Se alla griglia non veniva applicata nessuna tensione,la placca riusciva ad attirare verso di sè tutti gli elettroni emessi dal filamento.

Applicando alla griglia una tensione più 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 elettrodi riusciva ad amplificare qualsiasi segnale venisse applicato su tale griglia.

 

 

 

I tubi elettronici sono anche detti “valvole” perchè il diodo,che è stato il tipo di tubo realizzato per primo ,ha un comportamento analogo a quello delle valvole usate nelle macchine idrauliche: infatti,infatti come queste valvole permettono il passaggio dell’acqua in un solo senso ,così anche il diodo ha la proprietà di lasciar passare la corrente elettronica soltanto dal catodo all’anodo.

 

Il TRIODO invece si può paragonare ad un rubinetto,in quanto permette di variare la corrente che lo attraversa,appunto come un rubinetto permette di regolare l’afflusso dell’acqua.

 

Fig.1

 

Il triodo è così chiamato perchè comprende tre elettrodi : oltre al CATODO ed all’ ANODO,il tubo è provvisto di un terzo elettrodo disposto tra i primi due. Questo elettrodo è detto GRIGLIA perchè nel primo triodo realizzato nel 1907 dall’americano Lee Forest (1873-1961),era appunto costituito da una griglia metallica.

La GRIGLIA è costituita da un sottile filo metallico avvolto a spirale intorno al catodo,senza però toccarlo;intorno alla griglia è disposto l’ ANODO.

Anche la griglia,come il catodo e l’anodo,fa capo ad un apposito piedino per il suo collegamento al circuito esterno al tubo.

Come nel diodo,l’anodo raccoglie gli elettroni emessi dal catodo,i quali non vengono ostacolati dalla griglia,perchè possono passare facilmente attraverso le sue spire.

La GRIGLIA può influire,tuttavia,sul movimento degli elettroni che si dirigono verso l’anodo se si trova ad un potenziale elettrico diverso da quello del catodo: in tal modo la griglia può servire per far variare la corrente che attraversa il triodo.

 

Caratteristiche del Triodo

 

L’effetto della griglia sulla corrente che attraversa un triodo si può mettere in evidenza tracciando le curve caratteristiche del tubo (Fig.2).

A questo scopo si procede applicando una tensione tra anodo e catodo e misurando per diversi valori di essa la corrispondente corrente che attraversa il tubo: anche per il triodo,la tensione e la corrente suddette costituiscono rispettivamente la tensione anodica e la corrente anodica.

 

 

Fig.2

 

Come si vede nella Fig.2a,la griglia è collegata al catodo,in modo che si trovi allo stesso potenziale elettrico di questo elettrodo,per considerare in primo luogo come si comporta il triodo quando la tensione tra i due elettrodi citati (che è detta TENSIONE DI GRIGLIA e si indica con V_g) risulta uguale a zero.

In queste condizioni il triodo equivale ad un diodo,perchè la griglia non fa sentire la sua influenza sulla corrente anodica: si ottiene infatti una curva caratteristica il cui andamento è analogo a quello della curva caratteristica del diodo.

Quindi come si vede dal grafico,più si aumenta la Tensione anodica (V_a) e più aumenterà la corrente anodica (I_a) (Fig.2b).

La curva è stata tracciata con un primo tratto a linea intera per indicare i valori della tensione e della corrente per i quali non viene superata la massima dissipazione anodica.

Per vedere l’effetto della griglia sulla corrente anodica occorre portare questo elettrodo ad un potenziale diverso da quello del catodo: ciò si può ottenere collegando,ad esempio,una pila tra i due elettrodi,come si vede nella Fig.3a .

Si è usata una pila da 2V,collegando il suo polo positivo al catodo ed il suo polo negativo alla griglia: in tal modo la griglia viene a trovarsi ad un potenziale inferiore di 2V a quello del catodo e quindi la tensione di griglia risulta ora uguale a -2V (Fig.3a).

Applicando nuovamente al triodo una tensione anodica e misurando ancora per diversi valori di essa la corrispondente corrente anodica,si può tracciare anche in questo caso la caratteristica che risulta che risulta distinta da quella ottenuta con tensione di griglia uguale a zero: come si vede,le caratteristiche vengono contraddistinte segnando su ciascuna di esse la tensione di griglia con cui sono state ottenute.

 

Fig.3

 

La caratteristica ottenuta con tensione di griglia negativa risulta alla destra di quella ottenuta con tensione di griglia uguale a zero: da ciò deriva che,con una determinata tensione anodica applicata al triodo,la corrente anodica risulta tanto minore quanto più negativa è la tensione di griglia.

Inoltre vediamo che,quando il triodo funziona nelle condizioni indicate dal punto A,cioè con tensione anodica di 100 V (V_a) e con tensione di griglia (V_g) di 0 V, la corrente anodica (Ia) risulta di 12 mA.

 

Quando invece il triodo funziona nelle condizioni indicate dal punto B, cioè ancora con tensione anodica di 100 V ma con tensione di griglia di -2V,la corrente anodica risulta di appena 6 mA.

 

Questo esempio dimostra chiaramente che in un triodo la corrente anodica dipende non soltanto dalla tensione anodica,come nel diodo,ma anche dalla tensione di griglia: infatti,pur lasciando inalterata la tensione anodica,si è potuta variare la corrente anodica facendo variare la tensione di griglia.

 

Ciò è dovuto al fatto che sugli elettroni emessi dal catodo si esercita ora,oltre alla forza di attrazione da parte dell’anodo,anche una forza di repulsione da parte della griglia negativa: di conseguenza,soltanto i più veloci tra gli elettroni emessi possono passare attraverso la griglia e raggiungere l’anodo,costituendo così la corrente anodica.

 

In realtà,anche nel triodo,come nel diodo,si forma intorno al catodo una nube di elettroni che,con la sua carica spaziale negativa,concorre con la griglia ad ostacolare il cammino degli elettroni verso l’anodo.

 

Occorre però notare che,mentre non è possibile controllare l’azione di repulsione che la nube elettronica esercita sugli elettroni,ciò è possibile per la griglia,perchè basta variare la sua tensione.

 

a)- Quindi come mostra chiaramente il grafico,si può ridurre la corrente anodica da 12 mA a 6 mA

portando la tensione di griglia da 0 V a -2V e lasciando inalterato il valore di 100 V della

tensione anodica (Fig.3b).

 

b)- Si può ridurre la corrente anodica variando la tensione anodica e lasciando inalterato il valore

di 0 V della tensione di griglia.

 

c)- Dal grafico si vede chiaramente che per ridurre la corrente anodica da 12 mA a 6 mA :

– basta portare la tensione di griglia da 0 V a -2 V oppure

– bisogna ridurre di ben 40 V la tensione anodica (da 100V a 60V),venti volte maggiore della

precedente.

 

Questo fatto è dovuto alla piccola distanza che vi è tra la griglia ed il catodo,per cui la griglia stessa può agire sulla corrente anodica più efficacemente dell’anodo,che si trova più lontano dal catodo.

 

Si può dunque concludere che la griglia di un Triodo è adatta a controllare la corrente anodica mediante le variazioni della sua tensione.

 

Occorre anche notare che il controllo della corrente anodica da parte della griglia avviene senza spesa di energia : infatti,poichè generalmente la griglia è negativa rispetto al catodo,nessun elettrone può portarsi su essa e dar luogo ad una corrente nel circuito esterno.

Pertanto la pila da 2V,che nella fig.è collegata tra griglia e catodo,non deve erogare alcuna corrente e quindi non fornisce energia al circuito.

 

Per poter variare la corrente anodica entro limiti abbastanza ampi,la tensione di griglia viene portata anche a valori inferiori a -2V e per conoscere il comportamento del triodo in tali condizioni si tracciano altre caratteristiche,ad esempio,per tensioni di griglia di -4V,di -6V,ecc. (Fig.4b).

 

Fig.4

 

Per disporre di queste diverse tensioni si può collegare un potenziometro alla pila che fornisce la tensione di griglia,come si vede in fig.4a, il cursore del potenziometro si sposta fino ad ottenere la voluta tensione,il cui valore si legge sul voltmetro collegato tra il catodo e la griglia.

Le caratteristiche ottenute per i vari valori della tensione di griglia sono riportate nel diagramma della figura 4b,dal quale si vede che ciascuna caratteristica risulta tanto più spostata verso destra quanto minore è la tensione di griglia con cui è stata ottenuta.

 

La linea a tratto e punto che attraversa le caratteristiche delimita la zona del diagramma,situata inferiormente ad essa,in cui la tensione e la corrente anodica hanno valori con i quali non viene superata la massima dissipazione anodica.

 

Caratteristiche anodiche di un triodo

 

L’insieme delle caratteristiche della figura4b, costituisce una FAMIGLIA DI CURVE caratteristiche del triodo; queste caratteristiche sono dette ANODICHE perchè indicano come varia la corrente anodica in conseguenza della variazione della tensione anodica,quando alla tensione di griglia è assegnato un valore determinato.

 

– si lascia inalterata la tensione anodica ad un valore determinato,ad esempio 100 V e si applica

alla griglia una tensione negativa,misurando per diversi valori di essa la corrispondente corrente

anodica. Riportando su un diagramma i valori della tensione di griglia e della corrente anodica si

può tracciare la caratteristica mutua relativa alla tensione di 100 V.

Come si può vedere dalla figura,alla tensione di 100 V avremo:

– per V_g = 0 V avremo una corrente anodica di circa 12 mA

– per V_g = – 2V avremo una corrente anodica di circa 6 mA

– per V_g = – 4V avremo una corrente anodica di circa 2,5 mA

– per V_g = – 6V avremo una corrente anodica di circa 1,5 mA

– per V_g = – 8V avremo una corrente anodica uguale a 0

 

Lo stesso procedimento lo possiamo applicare a valori superiori di tensione Anodica (V_a)

 

Fig.5

 

Nella figura 5, sono riportate 4 caratteristiche mutue del triodo considerato fino ad ora,queste caratteristiche sono state ottenute per i valori della tensione anodica più comunemente usati,valori che sono stati indicati su ciascuna di esse.

Sull’asse verticale sono stati riportati i valori della corrente anodica.

Sull’asse orizzontale sono stati riportati i valori della tensione di griglia,poichè questi valori sono negativi,l’asse è stato tracciato alla sinistra dell’asse verticale.

 

– Si consideri ora,ad esempio,la caratteristica mutua relativa alla tensione anodica di 100V.

– questa caratteristica incontra l’asse orizzontale nel punto A,in cui la tensione di griglia è = -8V

– poichè il punto A giace sull’asse orizzontale,la corrente anodica è = 0

La corrente non può passare perchè la griglia è sufficientemente negativa per respingere tutti

gli elettroni emessi dal catodo,neutralizzando l’attrazione esercitata su di essi dall’anodo.

In queste condizioni si dice che il triodo è all’ INTERDIZIONE e perciò la tensione di griglia con

cui si riduce a zero la corrente anodica è detta Tensione di griglia di Interdizione e si indica

con V_{gi .}

– è evidente che la corrente anodica potrà passare solo se la tensione di griglia ha valori

superiori a -8V (essendo valori negativi,per valori superiori sono ovviamente da intendere

quelli che vanno da -8V a 0).

 

– Sempre dalla figura 5, possiamo vedere che la tensione di interdizione risulta diversa a

seconda della tensione anodica applicata al Triodo,infatti,aumentando la tensione

anodica,aumenta anche l’attrazione che l’anodo esercita sugli elettroni e di conseguenza la griglia

deve divenire più negativa per riuscire a neutralizzare questa attrazione e ad impedire agli

elettroni di raggiungere l’anodo.

Nella figura si vede che,quanto maggiore è la tensione anodica segnata su ciascuna

caratteristica,tanto più negativa risulta la tensione di griglia necessaria per bloccare la corrente

anodica,cioè per interdire la valvola (incontro con l’asse orizzontale):

– V_a = 100 V : tensione di griglia di interdizione = – 8 V

– Va = 170 V : tensione di griglia di interdizione = – 13 V circa

– V_a = 200 V : tensione di griglia di interdizione = – 15 V circa

– V_a = 250 V : tensione di griglia di interdizione = – 20 V circa

 

 

Caratteristiche anodiche e mutue STATICHE

 

Le caratteristiche anodiche e mutue considerate sono anche dette STATICHE,perchè ciascuna di esse indica come varia la corrente anodica quando viene fatta variare una sola delle due tensioni da cui dipende questa corrente,mentre l’altra tensione viene mantenuta ad un valore costante.

 

Quando il Triodo viene fatto funzionare nel suo normale circuito d’impiego,variano invece contemporaneamente sia la:

tensione di griglia

tensione anodica

corrente anodica

Per conoscere il comportamento del Triodo in queste condizioni di funzionamento dobbiamo utilizzare il circuito d’impiego del triodo.

 

 

Circuito d’impiego del Triodo

 

Nella Fig.6,è mostrato lo schema del circuito in cui si impiega il triodo,utilizzando la sua proprietà di permettere il controllo della corrente anodica mediante la tensione di griglia.

 

Per ben comprendere il funzionamento del Triodo occorre distinguere nel suo circuito d’impiego il

CIRCUITO DI GRIGLIA ed il CIRCUITO ANODICO.

 

Fig.6

 

 

Come vediamo la Griglia è mantenuta ad una tensione negativa rispetto al catodo.

La tensione continua fornita dalla batteria di griglia è detta Tensione di Polarizzazione ed ha un valore tale che la Griglia non può diventare positiva nemmeno quando la tensione alternata raggiunge il suo massimo valore positivo,in tal modo nessuna corrente circola nel circuito di griglia.

 

Il Circuito Anodico comprende la batteria anodica B_a avente in serie il Resistore Anodico R_a ,che è anche detto Resistore di carico; questi due elementi in serie sono collegati tra l’anodo ed il catodo del Triodo.

La batteria anodica fornisce la corrente anodica,la cui intensità varia quando viene fatta variare la tensione di griglia; il resistore di carico serve per far variare la tensione anodica in conseguenza delle variazioni della corrente anodica.

 

1)- Triodo in condizioni di riposo

 

Quando nessun segnale è applicato alla Griglia,si hanno soltanto le tensioni continue fornite

dalle batterie B_g e B_a : in questo caso si dice che il Triodo è in Condizioni di riposo e lo schema

del suo circuito si rappresenta senza il generatore di tensione alternata.

 

Fig.7

 

In questa figura si è supposto che la:

– tensione di griglia di riposo (V_g0) sia -4 V

– tensione anodica (V_b) sia 250V

– corrente anodica di riposo (I_a0)

– a causa della caduta di tensione che avviene ai capi del resistore di carico,la tensione anodica di

riposo (V_ao) risulta minore della tensione V_b fornita dalla batteria anodica.

 

Per determinare il valore della corrente I_a0 e della tensione V_a0 non si può usare la legge di Ohm,in quanto il Triodo,come il Diodo,non obbedisce a questa legge,si adotta perciò un metodo grafico.

 

– V_a sarebbe = V_b (250V) se il Triodo si trovasse all’interdizione (Fig.8a),dove la

corrente anodica = 0

In questo caso infatti,non circolando corrente,non si avrebbe alcuna caduta di tensione ai

capi del resistore di carico e l’intera tensione V_b risulterebbe applicata tra anodo e catodo del

triodo.

Il Triodo si troverebbe pertanto nelle condizioni indicate dal punto A della Fig.8c,a cui

corrispondono appunto una corrente anodica I_a = 0 ed una tensione anodica V_a = 250 V.

– V_a sarebbe = 0 nel caso in cui il Triodo fosse posto in cortocircuito mediante un conduttore

collegato esternamente tra il suo anodo ed il suo catodo,come nella Fig.8b.

In questo caso il resistore di carico risulta collegato direttamente ai capi della batteria B_a e

quindi la corrente che lo attraversa si può calcolare con la legge di Ohm:

V_b (250V) : 25 KΩ (resistore di carico) = 10 mA.

Il Triodo si troverebbe ora nelle condizioni indicate dal punto B della Fig.8c, a cui

corrispondono appunto una corrente anodica I_a = 10 mA ed una tensione anodica V_a = 0.

 

– Quando il triodo non è nè all’interdizione nè in cortocircuito:

– la corrente anodica I_a dovrà avere un valore compreso tra quelli estremi di 0 mA e di 10 mA

e

– la sua tensione anodica dovrà avere anch’essa un valore compreso tra quelli estremi di 0V e

di 250V.

 

– Per trovare tali valori si uniscono i punti A e B con una retta,come si vede nella Fig.8c e si

considera il punto,indicato con P₀ nella figura in cui tale retta incontra la caratteristica anodica

relativa alla tensione di griglia V_g = -4 V, che è appunto la tensione di griglia di riposo indicata nella

Fig.7.

Tale retta è detta RETTA DI CARICO,mentre il punto P₀ è detto Punto di funzionamento del

triodo, in quanto indica le condizioni in cui il tubo funziona.

 

Infatti,in corrispondenza al punto P₀ si può leggere sull’asse verticale il valore della corrente

anodica di riposo,che risulta I_a0 = 5 mA, mentre sull’asse orizzontale si legge il valore della

tensione anodica di riposo,che risulta V_a0 = 125 V.

 

VERIFICA

Per trovare una conferma dell’esattezza di questi risultati basta osservare che la caduta di tensione prodotta dalla corrente I_a0 ai capi del resistore di carico,sommata alla tensione anodica

V_a0 , deve risultare uguale alla tensione V_b fornita dalla batteria anodica.

Poichè la caduta di tensione ai capi del resistore di carico risulta 5×25 = 125 V e poichè anche la tensione anodica ha il valore di 125 V, la somma di queste due tensioni è appunto uguale al valore di 250 V della tensione V_b.

 

Fig.8

 

Stabiliti tutti i valori delle grandezze relative al Triodo in condizioni di riposo,si può passare a considerare come si modificano tali valori quando la tensione di griglia viene fatta variare mediante un generatore di tensione alternata posto in serie alla batteria di griglia,come si vede in Fig.9a: la tensione alternata fornita da questo generatore rappresenta il segnale da amplificare.

 

 

 

a) La tensione di griglia V_g presente tra la griglia ed il catodo risulta ora uguale alla somma della

tensione continua di polarizzazione V_g0 e della tensione alternata che si indica con V_g .

V_g è detta tensione totale di griglia

v_g è detta componente alternata della tensione di griglia

V_g0 è detta è detta componente continua della tensione di griglia

 

b) Supponendo che la componente alternata abbia un andamento sinusoidale ed un valore massimo di 2 V,

si può rappresentarla come si è fatto nella Fig.9b, per due cicli completi.

 

c) La componente continua si può rappresentare graficamente mediante una retta parallela all’asse

orizzontale (Fig.9c), in quanto mantiene costantemente nel tempo il valore di -4 V ; poichè questo valore

è negativo,la retta è stata tracciata sotto l’asse orizzontale.

 

d) Per sapere quale valore assume la tensione di griglia V_g in un determinato istante,basta sommare i

valori assunti in questo stesso istante dalle componenti alternata e continua.

In particolare,nell’istante in cui la componente alternata raggiunge il massimo valore di +2 V, la tensione

totale di griglia risulta uguale a -2 V.

Poichè questa tensione ha sempre valori negativi (da -2V a -6V), la curva che la rappresenta è disegnata

sotto l’asse orizzontale.

La tensione totale di griglia si può quindi considerare come una tensione alternata sovrapposta ad una

tensione continua: in conseguenza di ciò,la componente alternata non può mai rendere positiva la

griglia.

 

OSSERVAZIONE

La tensione di polarizzazione ha 2 scopi:

a) evitare che il segnale renda positiva la griglia

b) far funzionare il triodo nelle condizioni volute

 

 

 

Valori estremi : -2 V e -6 V

 

Dopo aver visto come varia la tensione di griglia,si può considerare che cosa avviene nel circuito anodico del triodo,in corrispondenza ai due valori di -2 V e di -6 V assunti da detta tensione (Fig.a-b)

A questo scopo si ricorre ancora alle caratteristiche anodiche del triodo ed alla retta di carico tracciata su esse.

 

Fig.10a) Quando la tensione di griglia assume il valore di -2 V, il punto che rappresenta le

condizioni di funzionamento del triodo dovrà trovarsi all’intersezione della retta di

carico con la caratteristica relativa alla tensione V_g = -2.

Questo punto è stato indicato con P’ .

In corrispondenza a tale punto,la corrente anodica risulta I_a = 6 mA e la tensione

anodica risulta V_a = 100 V.

Poichè la griglia è divenuta meno negativa,passando da -4 V (Fig.8c), a -2 V (Fig.10a), la

corrente anodica è aumentata,passando da 5 mA a 6 mA.

 

Fig.8c – Triodo in condizioni di riposo

 

 

Essendo aumentata la corrente,è aumentata anche la caduta di tensione ai capi del

resistore di carico e di conseguenza è diminuita la tensione anodica,che è passata da 125 a

100 V.

Poichè la tensione V_b fornita dalla batteria anodica è sempre di 250 V, essendosi ridotta a

100 V la tensione anodica V_a , deve essere aumentata a 150 V la caduta di tensione ai capi

del resistore di carico,infatti:

 

25 KΩ x 6 mA = 150 V

 

Fig.10b) La tensione di griglia assume il valore di -6 V

Nel diagramma si vede che il punto di funzionamento,indicato con P”, si trova ora

all’intersezione della retta di carico con la caratteristica relativa alla tensione V_g = -6 V: in

corrispondenza a tale punto la corrente anodica risulta I_a = 4 mA e la tensione anodica

risulta V_a = 150 V.

Confrontando ancora questi valori con quelli relativi al triodo in condizioni di riposo

(Fig.8c), si vede che la corrente anodica è diminuita,passando da 5 mA a 4 mA,perchè la

griglia è divenuta più negativa,passando da -4 V a -6 V.

Essendo diminuita la corrente,è diminuita anche la caduta di tensione ai capi del

resistore di carico e di conseguenza è aumentata la tensione anodica,che è passata da

125 V a 150 V.

 

Poichè la tensione V_b fornita dalla batteria anodica è ancora di 250 V, essendo

aumentata a 150 V la tensione anodica V_a deve essere dimunuita a 100 V la caduta di

tensione ai capi del resistore di carico,infatti:

 

25 KΩ x 4 mA = 100 V.

 

 

 

Fig.11a = Tensione di Griglia
Fig.11b = Corrente Anodica
Fig.11c = Tensione Anodica

Possiamo vedere che,mentre:
la tensione di griglia varia tra – 2 V e – 6 V,
la corrente anodica varia tra 6 mA e 4 mA
e la tensione anodica varia tra 100 V e 150 V

 

 

 

Nella Fig.12 sono riportate le componenti alternate della:
– tensione di griglia e della
– tensione anodica, ricavate dalla Fig.11

 

Alle semionde positive del segnale applicato alla griglia (linea più marcata),corrispondono le semionde negative del segnale amplificato (linea più marcata).
La stessa cosa avviene anche per le semionde disegnate con linea più sottile.
In questo caso si dice che le due tensioni sono IN OPPOSIZIONE,perchè quando una raggiunge il massimo valore positivo,l’altra raggiunge il massimo valore negativo e viceversa.
GUADAGNO IN TENSIONE: G
Per sapere di quanto viene amplificato il segnale applicato alla griglia del triodo,occorre dividere i valori massimi delle due componenti:

 

G = 25 : 2 = 12,5

 

Ciò significa che il segnale applicato alla Griglia del Triodo viene amplificato 12,5 volte.

 

 

PARAMETRI DIFFERENZIALI DEL TRIODO

 

Per ogni tipo di Triodo si indicano tre grandezze,dette Parametri Differenziali del Triodo.

 

 

 

 

1) PENDENZA (S) oppure TRANSCONDUTTANZA

 

Questo parametro indica di quanto varia la corrente anodica quando la tensione di Griglia

viene fatta variare di 1 V,mentre la tensione anodica rimane costante.

 

La pendenza permette di conoscere l’attitudine di un triodo a controllare la corrente anodica

mediante la tensione di griglia.

Fra due tipi di Triodi aventi pendenze diverse,sarà migliore quello con pendenza più elevata.

 

La pendenza di un triodo si può determinare sperimentalmente con il circuito di Fig.13a.

 

 

– A questo scopo si regola la tensione di Griglia in modo che il Triodo funzioni nelle condizioni

volute e quindi si legge sul milliamperometro il valore della corrente anodica che attraversa il

tubo.

– Poi col potenziometro facciamo variare di 1V la tensione di Griglia e quindi si legge nuovamente

sul milliamperometro il valore della corrente anodica.

– La differenza tra questo valore e quello letto in precedenza indica evidentemente di quanto è

variata la corrente anodica facendo variare di 1V la tensione di Griglia e quindi dà direttamente la

pendenza del tubo.

 

2) RESISTENZA DIFFERENZIALE INTERNA (r_a )

 

Questo parametro indica di quanto si deve variare la tensione anodica per ottenere la

variazione di 1 mA della corrente anodica,mentre la tensione di griglia rimane costante.

 

Esprimendo in volt la variazione della tensione anodica necessaria per far variare di 1 mA la

corrente anodica,la resistenza interna risulta espressa in chiloohm.

 

Anche la resistenza differenziale interna si può determinare tramite il circuito di Fig.13b.

 

 

– A questo scopo si porta il Triodo a funzionare nelle condizioni volute,regolando opportunamente

la sua tensione anodica,il cui valore si legge sul voltmetro.

Si varia quindi la tensione anodica fino a quando la corrente anodica è variata di 1 mA ed a

questo punto si legge nuovamente sul voltmetro il valore della tensione anodica: la differenza tra

questo valore e quello letto in precedenza indica evidentemente di quanto si è dovuta variare la

tensione anodica per far variare di 1 mA la corrente anodica e quindi dà direttamente la

resistenza differenziale interna del Triodo.

 

3) COEFFICIENTE DI AMPLIFICAZIONE del Triodo ( μ )

esso indica di quanto si deve variare la tensione anodica per mantenere costante la corrente

anodica nonostante la variazione di 1 V della tensione di Griglia.

A tale scopo si usa il circuito indicato nella fig. 13-c

 

 

– Dopo aver regolato la tensione di griglia e la tensione anodica in modo da portare il Triodo a

funzionare nelle condizioni volute,si leggono i valori della corrente anodica e della tensione

anodica.

 

– A questo punto si varia di 1 V la tensione di griglia,quindi,varierà anche di una certa quantità la

corrente anodica ;

– Si varia allora la tensione anodica fino a riportare la corrente anodica al valore iniziale

– La variazione della tensione anodica necessaria per ottenere ciò indica direttamente il

coefficiente di amplificazione del triodo.

– Questo coefficiente è espresso semplicemente con un numero

 

Coefficiente di amplificazione del Triodo = Pendenza x r_a

I parametri differenziali di un Triodo si possono anche determinare graficamente.

 

 

Nella fig.14 si vede,come si può ricavare la PENDENZA di un Triodo dalle sue Caratteristiche Mutue.

 

– Si è supposto che il Triodo si trovi nelle condizioni di riposo indicate dal punto P₀ cioè con

tensione di polarizzazione V_g0 = – 2V,con tensione anodica di riposo V_a0 = 250 V e con una

corrente anodica di riposo I_a0 = 1,2 mA.

 

– PENDENZA (sulle CARATTERISTICHE MUTUE)

 

la pendenza è data dalla variazione della corrente anodica conseguente alla variazione di 1 V

della tensione di griglia,mentre la tensione anodica rimane costante,si considerano i valori

assunti dalla corrente anodica in corrispondenza ai valori di – 1,5 V e di – 2,5 V della tensione di

griglia.

La variazione di 1 V della tensione di griglia si ottiene aumentando e diminuendo di 0,5 V il valore

di – 2 V della tensione di polarizzazione.

Dai punti dell’asse orizzontale su cui sono segnati i valori di – 1,5 V e di – 2,5 V si tracciano due

rette verticali fino ad incontrare nei punti P’ e P” la caratteristica mutua relativa alla tensione

anodica di 250 V,sulla quale si trova anche il punto P₀.

 

In tal modo non risulta variata la tensione anodica perchè ai tre punti corrisponde lo stesso valore

di questa tensione,mentre varia la corrente anodica : si vede infatti che,in corrispondenza ai

punti P’ e P”, la corrente assume rispettivamente i valori di 2,2 mA e di 0,5 mA.

La differenza fra questi due valori (2,2 – 0,5 = 1,7), indicando di quanto è variata la corrente

anodica al variare di 1 V della tensione di griglia,dà direttamente la PENDENZA del triodo: si può

quindi concludere che il triodo considerato,nelle condizioni di riposo indicate dal punto P₀ ha una

pendenza di 1,7 mA/V.

 

– PENDENZA (sulle CARATTERISTICHE ANODICHE)

 

 

 

– La pendenza del Triodo si può anche ricavare dalle CARATTERISTICHE ANODICHE del

tubo,procedendo come si vede nella fig.15.

In questo caso,il punto P₀ che indica le condizioni di riposo del triodo,si trova sulla caratteristica

anodica relativa alla tensione di griglia V_g = – 2 V, in corrispondenza alla tensione anodica di

riposo V_a0 = 250 V ed alla corrente anodica di riposo I_a0 = 1,2 mA.

 

Dal punto P₀ si traccia una retta verticale fino ad incontrare nei punti P’ e P” le caratteristiche

anodiche relative rispettivamente alle tensioni di griglia di – 1,5 V e di – 2,5 V, in modo che anche

in questo caso la variazione di 1 V della tensione di griglia sia ottenuta aumentando e diminuendo

di 0,5 V il valore di – 2 V della tensione di polarizzazione.

 

Così facendo non viene variata la tensione anodica perchè ai tre punti corrisponde ancora lo

stesso valore di 250 V di questa tensione,mentre varia la corrente anodica.

 

Anche in questo caso,infatti,si trova che in corrispondenza ai punti P’ e P” la corrente assume

rispettivamente i valori di 2,2 mA e di 0,5 mA, dalla cui differenza si ottiene ancora lo stesso

valore di 1,7 mA/V della pendenza.

 

 

– RESISTENZA DIFFERENZIALE INTERNA

 

Dalle stesse caratteristiche anodiche si può anche ricavare la RESISTENZA DIFFERENZIALE

INTERNA del medesimo triodo,procedendo come si vede in fig.16.

 

 

– P₀ indica le condizioni di riposo (V_a = 250 V, I_a = 1,2 mA, V_g = – 2 V)

– Dai punti dell’asse verticale su cui sono segnati i valori di 1,7 mA e di 0,7 mA si tracciano due

rette orizzontali fino ad incontrare nei punti P’ e P” la caratteristica anodica relativa alla

tensione di griglia di – 2 V, sulla quale si trova anche il punto P₀.

In tal modo non risulta variata la tensione di griglia perchè ai tre punti corrisponde lo stesso

valore di questa tensione,mentre varia la tensione anodica,che passa dal valore di 277 V, in

corrispondenza al punto P’ , al valore di 218 V, in corrispondenza al punto P”.

– La differenza tra questi due valori (277 – 218 = 59), indicando di quanto si deve variare la

tensione anodica per variare di 1 mA la corrente anodica,dà direttamente la resistenza

differenziale interna del triodo.

 

– Si può quindi concludere che il triodo considerato,nelle condizioni di riposo indicate dal punto P₀,

ha una resistenza differenziale interna di 59 KΩ .

 

 

– COEFFICIENTE DI AMPLIFICAZIONE

 

Per mezzo delle caratteristiche anodiche del Triodo si può inoltre ricavare il suo coefficiente di amplificazione,procedendo come si vede nella fig.17,nella quale il punto P₀ indica ancora le medesime condizioni di riposo considerate nei casi precedenti.

 

 

 

 

– Coefficiente di amplificazione

è dato dalla variazione della tensione anodica necessaria per mantenere costante la corrente

anodica al variare di 1V della tensione di griglia.

Si considerano i valori che deve assumere la tensione anodica affinchè la corrente anodica

mantenga inalterato il suo valore di 1,2 mA quando la tensione di griglia varia di 0,5 V rispetto al

valore di – 2 V della tensione di polarizzazione,passando da – 1,5 V a – 2,5 V.

 

Dal punto P₀ si traccia una retta orizzontale fino ad incontrare nei punti P’ e P” le caratteristiche

anodiche relative alla tensione di griglia di – 1,5 V e di – 2,5V.

 

In tal modo non risulta variata la corrente anodica perchè ai tre punti corrisponde lo stesso

valore di 1,2 mA di questa corrente,mentre deve variare la tensione anodica per compensare la

variazione della tensione di griglia: si vede infatti che la tensione anodica assume i valori di 200 V

e di 300 V indicati rispettivamente in corrispondenza ai punti P’ e P”.

La differenza fra questi due valori (300 – 200 = 100),indicando di quanto si deve variare la

tensione anodica per mantenere costante la corrente al variare di 1 V della tensione di griglia,dà

direttamente il coefficiente di amplificazione del Triodo: si può quindi concludere che il Triodo

considerato,nelle condizioni di riposo indicate dal punto P₀ ,ha un coefficiente di amplificazione

uguale a 100 = μ.

A questo punto si può verificare se il coefficiente di amplificazione così ottenuto risulta uguale al prodotto degli altri due parametri differenziali del Triodo determinati in precedenza.

Poichè la pendenza ha il valore di 1,7 mA e la resistenza differenziale interna ha il valore di

59 KΩ,si ottiene : 1,7 x 59 = 100,3.

Il risultato è senz’altro accettabile,considerando che con i metodi grafici si commettono sempre piccole imprecisioni,derivanti dalla difficoltà di leggere con esattezza i valori riportati sugli assi dei diagrammi: per questo stesso motivo,in alcuni casi si può anche riscontrare qualche piccola differenza tra i parametri determinati graficamente e quelli,ricavati sperimentalmente,che vengono indicati dai costruttori dei tubi.

 

I dati relativi al Triodo considerato si possono indicare nel seguente modo:

 

– tensione anodica di riposo: V_a0 = 250 V

– corrente anodica di riposo: I_a0 = 1,2 mA

– tensione di polarizzazione: V_g0 = – 2 V

– pendenza: S = 1,7 mA/V

– resistenza differenziale interna: r_a = 59 KΩ

– coefficiente di amplificazione: μ = 100

 

Si noti che insieme ai tre parametri differenziali occorre sempre indicare anche i dati relativi al punto di funzionamento (tensione anodica,corrente anodica e tensione di polarizzazione ) perchè i parametri differenziali di un triodo risultano diversi a seconda del punto di funzionamento del tubo,a causa del fatto che le caratteristiche sono non rette ma curve.

 

A conferma di ciò,basterebbe scegliere sulle caratteristiche anodiche e mutue un altro punto P₀

e ripetere per esso le stesse operazioni indicate nella fig. 14,15,16,17: si constaterebbe così che i valori dei parametri differenziali risultano effettivamente diversi.

 

 

 

 

IL TRIODO COME AMPLIFICATORE

 

 

 

 

Il 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 (Fig.12), applicate un’onda sinusoidale di 2 volt picco/picco si verificherà 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 raggiungerà un massimo di 1 volt positivo,questa tensione si sottrarrà a quella negativa della pila di polarizzazione e quindi sulla griglia ritroveremo una tensione di 1-1 = 0 volt.

Nell’esempio precedente abbiamo visto 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 saremo riusciti ad ottenere sulla placca una variazione di 1 milliAmper,infatti:

 

3,5 – 2,5 = 1 mA

 

Chi è abituato alle notevoli variazioni di corrente che si ottengono sul Collettore di un transistor ,riterrà questo 1 mA un valore piuttosto irrisorio,ma qui dobbiamo subito precisare che la differenza che esiste tra un transistor ed una valvola termoionica è la seguente:

 

– Il transistor amplifica un segnale in corrente quindi piccole variazioni applicate sulla Base provocano 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 (Fig.12),noterete che la placca viene alimentata tramite una resistenza da 47.000 ohm con una tensione di 250 volt.

Abbiamo già 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 provocherà 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 tensione dei 250 volt positivi,ma la differenza,cioè:

 

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,otterrete una caduta di tensione di:

 

(3,5 x 47.000) : 1.000 = 164,5 volt

 

Pertanto un segnale di 2 volt applicato sulla griglia farà variare la tensione 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 raggiungerà un’ampiezza totale di:

 

132,5 – 85,5 = 47 volt

 

In pratica avrete amplificato il segnale applicato sulla griglia di ben:

 

47 : 2 = 23,5 volte

 

Noi 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 diverso guadagno in grado di amplificare segnali UHF ,altri idonei per amplificare solo segnali di Bassa Frequenza,poi esistono anche triodi finali di potenza.

Variando il valore della resistenza ohmica collegata sulla placca ,si riesce a variare il guadagno dello stadio amplificatore.

 

IL CATODO

 

 

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 precedenti,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,dovrà 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 condensatore elettrolitico che mantenga il più 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 positivo e se misurerete la tensione presente sulla griglia rispetto a massa, rileverete 0 volt.

Se però controllerete con un voltmetro elettronico la tensione presente sulla griglia rispetto al catodo,rileverete esattamente 1 volt negativo (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 è la tensione di lavoro della valvola,perchè a questo valore dovrete sottrarre la tensione tra catodo e massa,quindi la valvola lavorerà con una tensione di 108 volt.

Infatti misurando la tensione presente tra placca e catodo,rileverete esattamente 108 volt,cioè senza quel volt che avete utilizzato per polarizzare negativamente la griglia.

 

Ricordiamo:

– Griglia a potenziale zero,catodo a potenziale zero

cioè sono allo stesso potenziale di massa. In queste condizioni il triodo equivale ad un Diodo perchè la griglia non fa sentire la sua influenza sulla corrente anodica e infatti,si ottiene una curva caratteristica il cui andamento

è analogo a quello della curva caratteristica del diodo. In altre parole,l’aumento della corrente anodica è solo direttamente proporzionale all’aumento della Va (tensione anodica).

 

 

– Griglia negativa rispetto al catodo

in questo caso,la corrente ANODICA,sarà tanto minore quanto più negativa è la tensione di griglia. Infatti la griglia negativa respinge gli elettroni e solo i più veloci,possono passare attraverso di essa.

Questo fatto è dovuto alla piccola distanza che vi è tra la griglia ed il catodo per cui la griglia stessa può agire sulla corrente anodica più efficacemente dell’anodo che si trova più lontano dal catodo. Occorre notare che il controllo della corrente anodica da parte della griglia avviene senza spese di energia,infatti,se la griglia è negativa rispetto al

catodo,nessun elettrone può portarsi su essa e dar luogo ad una corrente nel circuito esterno.

 

– Interdizione

si dice che il triodo è all’interdizione quando in esso non scorre più la corrente anodica perchè la tensione di griglia è abbastanza negativa da opporsi efficacemente al flusso di elettroni che dal catodo vanno all’anodo.

Si parla allora di Tensione di griglia di interdizione: V_gi . E’ chiaro che,la tensione negativa di griglia,per interdire la valvola,dovrà variare al variare della tensione anodica,se questa umenta,anche la tensione negativa di griglia dovrà aumentare per interdire la valvola.

 

– Statiche

Queste curve caratteristiche sono dette STATICHE cioè vengono considerate in condizioni di RIPOSO,ma quando il triodo lavora normalmente,nel suo circuito d’impiego,si avrà al contrario una variazione contemporanea sia

della tensione di griglia ,della tensione anodica e naturalmente della corrente anodica.

 

– Tensione di polarizzazione

corrisponde alla tensione di griglia che determina un certo flusso di corrente anodica.

 

– Capacità interelettrodica

poichè gli elettrodi sono molto vicini,si comportano come delle armature di un condensatore e quindi si dice che fra un elettrodo e l’altro vi è una capacità interelettrodica.

Queste capacità sono fra:

– Anodo-Griglia: C_ag

– Griglia-Catodo: C_gk

– Anodo-Catodo: C_ak

 

Questi valori sono indicati dal costruttore che li misura a tubo spento e risultano di pochi Picofarad.

 

– Capacità Anodo-Griglia

può determinare un ritorno del segnale già amplificato presente nel circuito anodico,sulla stessa griglia,cioè si dice che avviene la retrocessione di una parte del segnale del circuito anodico a quello di griglia. Il segnale che retrocede nel circuito di griglia fa variare la corrente anodica che,pertanto,oltre ad essere controllata nel modo voluto dal segnale d’ingresso,risulta anche controllata in modo indesiderato dal segnale retrocesso.

In conseguenza di questo fatto,può verificarsi in molti casi,un funzionamento irregolare del tubo. Le irregolarità di funzionamento si verificano più facilmente quando il segnale da amplificare ha una frequenza piuttosto alta; infatti,la reattanza di un condensatore diminuisce all’aumentare della frequenza e quindi anche la reattanza C_ag si comporta nello stesso modo.

Per impedire questa retrocessione del segnale a frequenze alte,è stata disposta fra i due lettrodi una seconda griglia ,realizzando così il Tetrodo,griglia detta: Griglia schermo . La Griglia controllo è così detta perchè serve a controllare la corrente Anodica e poichè viene attraversata per prima dagli elettroni è anche detta “g1” mentre la G.Schermo che viene attraversata successivamente è detta “g2“.

 

 

 

CLASSI DI FUNZIONAMENTO

 

 

In base alle diverse condizioni di funzionamento,i vari tipi di amplificatori sono stati suddivisi in tre CLASSI,denominate classe A, classe B e classe C.

 

CLASSE A

Si dice che un amplificatore funziona in classe A quando la tensione di polarizzazione e l’ampiezza massima del segnale d’entrata hanno valori tali da far sì che la corrente anodica circoli per l’intero periodo dello stesso segnale applicato alla griglia senza mai assumere perciò il valore zero.

 

 

CLASSE B

Si dice che un amplificatore funziona in classe B quando la tensione di polarizzazione e l’ampiezza massima del segnale d’entrata hanno valori tali da far sì che la corrente anodica circoli soltanto per un semiperiodo dello stesso segnale applicato alla griglia,assumendo perciò il valore zero per l’altro semiperiodo del medesimo segnale.

 

Ad esempio,se il segnale d’entrata ha un periodo di 1 msec,durante questo periodo la corrente anodica circola soltanto per un tempo di 0,5 msec ed assume quindi il valore zero pure per un tempo di 0,5 msec.

 

 

CLASSE C

Si dice che un amplificatore funziona in classe C quando la tensione di polarizzazione e l’ampiezza massima del segnale d’entrata hanno valori tali da far sì che la corrente anodica circoli per meno di un semiperiodo dello stesso segnale applicato alla griglia,assumendo perciò il valore zero per più di un semiperiodo del medesimo segnale.

Ad esempio,se il segnale d’entrata ha un periodo di 1 msec,durante questo periodo la corrente anodica circola per un tempo inferiore a 0,5 msec ed assume quindi il valore zero per un tempo superiore a 0,5 msec.

 

 

CLASSE AB

Gli amplificatori vengono anche fatti funzionare in condizioni intermedie tra quelle della classe A e quelle della classe B e in tal caso si dice perciò che funzionano in classe AB.

 

Possiamo dunque dire che un amplificatore funziona in classe AB quando la tensione di polarizzazione e l’ampiezza massima del segnale d’entrata hanno valori tali da far sì che la corrente anodica circoli per meno di un periodo ma per più di un semiperiodo dello stesso segnale applicato alla griglia,assumendo perciò il valore zero per meno di un semiperiodo del medesimo segnale.

 

Ad esempio,se il segnale d’entrata ha un periodo di 1 msec,durante questo periodo la corrente anodica circola per un tempo inferiore ad 1 msec ma superiore a 0,5 msec ed assume quindi il valore zero per un tempo inferiore a 0,5 msec.

 

 

I tubi elettronici possono anche essere fatti funzionare in modo che la loro griglia diventi positiva rispetto al catodo,nel qual caso vi è circolazione di corrente di griglia; poichè ciò avviene proprio nel caso degli amplificatori di potenza,per indicare se non vi è oppure se vi è corrente di griglia,si scrive il numero 1 oppure il numero 2,rispettivamente,a pedice della lettera con cui si designa la classe dell’amplificatore.

 

CLASSE B1

Dicendo che un amplificatore funziona in classe B1 si vuole intendere che in questo amplificatore non vi è corrente di griglia .

 

CLASSE B2

Dicendo che un amplificatore funziona in classe B2,si vuole intendere che in questo amplificatore vi è corrente di griglia.

 

CLASSE A

In genere negli amplificatori in classe A,non vi è mai corrente di griglia e quindi in genere non si scrive il numero 1 a pedice.

 

CLASSE C

In questi amplificatori vi è generalmente corrente di griglia e quindi in genere non si scrive,perchè sottinteso,il numero 2 a pedice.

 

CLASSE AB1

L’amplificatore viene fatto funzionare senza corrente di griglia .

 

CLASSE AB2

L’amplificatore viene fatto funzionare con corrente di griglia.

 

 

TEMPO DI CIRCOLAZIONE DELLA CORRENTE ANODICA

 

Dal momento che i vari tipi di amplificatori di potenza differiscono per il tempo di circolazione della loro corrente anodica,per vedere le differenze di funzionamento che vi sono tra essi occorre considerare per ciascuno l’andamento della corrente anodica.

A questo scopo si ricorre alla CARATTERISTICA MUTUA DINAMICA che permette di determinare

l’andamento della corrente anodica conoscendo l’andamento della tensione applicata all’entrata dell’amplificatore.

 

CARATTERISTICA MUTUA DINAMICA

 

Caratteristiche statiche

Abbiamo già parlato di queste caratteristiche,che indicano come varia la corrente anodica al variare della tensione di griglia quando ad un tubo è applicata una determinata tensione anodica.

Queste caratteristiche sono dette statiche appunto perchè vengono ricavate mantenendo costante il valore della tensione anodica.

 

Quando il tubo funziona nel suo normale circuito d’impiego varia,invece,anche la tensione anodica a causa della resistenza di carico che in questo caso è presente nel suo circuito anodico ; per sapere come varia la corrente anodica al variare della tensione di griglia in tali condizioni di funzionamento,si ricorre alla caratteristica mutua detta appunto dinamica.

Questa caratteristica si ricava graficamente dalle caratteristiche anodiche dopo aver tracciato su esse la retta di carico relativa alla resistenza presentata dal circuito anodico del tubo.

 

 

Nella fig.1 è mostrato come si procede per determinare graficamente la caratteristica mutua dinamica di un tubo di cui sono riportate le caratteristiche anodiche sulle quali è tracciata la retta relativa alla resistenza di carico di 5 KΩ.

Alla destra delle caratteristiche anodiche si disegna un diagramma cartesiano,in modo che il suo asse orizzontale si trovi allineato con l’asse orizzontale del diagramma delle caratteristiche anodiche.

Sull’asse orizzontale di questo nuovo diagramma sono riportati i valori della tensione di griglia indicati su ciascuna caratteristica anodica,mentre sull’asse verticale sono riportati gli stessi valori della corrente anodica indicati anche sull’asse verticale del diagramma delle caratteristiche anodiche; Poichè i valori della tensione di griglia sono negativi, l’asse orizzontale è disegnato alla sinistra dell’asse verticale.

 

Preparati così i diagrammi,si comincia a considerare il punto indicato con A nella fig.1-a,che si trova all’intersezione della retta di carico con la caratteristica anodica relativa alla tensione di griglia di 0 V e da questo punto si traccia una retta tratteggiata orizzontale fino ad incontrare nel punto A’ l’asse verticale del diagramma di destra.

Il punto A’ è il primo punto della caratteristica mutua dinamica che vogliamo determinare: ad esso corrispondono evidentemente la stessa corrente anodica del punto A e la stessa tensione di griglia,perchè trovandosi sull’asse verticale,indica la tensione di griglia di 0 V che è anche segnata sulla caratteristica anodica su cui si trova il punto A.

 

Si considera poi il punto indicato con B nella fig.1-b, che si trova all’intersezione della retta di carico con la caratteristica anodica relativa alla tensione di griglia di – 5 V e da questo punto si traccia ancora una retta tratteggiata orizzontale fino ad incontrare nel punto B’ la retta tratteggiata verticale tracciata a partire dal punto dell’asse orizzontale del diagramma di destra in corrispondenza al quale è segnato il valore di – 5 V della tensione di griglia.

Il punto B’ è il secondo punto della caratteristica mutua dinamica:ad esso corrispondono evidentemente la stessa corrente anodica del punto B e la stessa tensione di griglia perchè indica la tensione di griglia di – 5 V che è anche segnata sulla caratteristica anodica su cui si trova il punto B.

 

Ripetendo questa costruzione grafica per i punti C,D,E,F che nella fig.1-c si trovano all’intersezione delle altre caratteristiche anodiche con la retta di carico,si ottengono sul diagramma di destra i corrispondenti punti C’,D’,E’,F’.

 

Unendo con una linea tutti i punti così ottenuti sul diagramma di destra,si determina l’andamento della caratteristioca mutua dinamica ,che risulta come è mostrato nella stessa fig.1-c.

 

NOTA

Occorre ricordare che una caratteristica mutua dinamica è valida soltanto per una determinata resistenza di carico,così come una caratteristica mutua statica è valida soltanto per la tensione anodica con cui viene determinata.

 

 

Vediamo ora come si utilizza la caratteristica mutua dinamica per determinare l’andamento della corrente anodica di un amplificatore di potenza ,conoscendo l’andamento della tensione applicata alla sua entrata.

 

Gli elementi di cui disponiamo sono il diagramma che rappresenta l’andamento della tensione d’entrata,riportato nella fig.2-a, e la caratteristica mutua dinamica,già ricavata e riportata nuovamente nella fig.2-b.

 

 

2a) Diagramma della tensione d’entrata

Dal diagramma della tensione d’entrata,che è indicata con V_g in quanto si tratta della componente alternata della corrente di griglia,si vede che questa tensione ha il solito andamento sinusoidale ed un valore massimo di 2,5 V; notiamo inoltre che il periodo della tensione è stato diviso in otto parti uguali mediante i punti numerati da 1 a 8,che saranno utilizzati per la costruzione grafica.

 

2c) Per eseguire questa costruzione i diagrammi della tensione d’entrata (a) e della caratteristica mutua (b), si dispongono come si vede in figura,cioè in modo che i loro assi su cui sono segnati i valori della tensione di griglia risultino paralleli e che il valore di 0 V della tensione V_g corrisponda al valore della tensione di griglia di riposo V_go: tale valore è uguale a – 12,5 V, in

quanto il punto P₀ che nella fig.1-a indica le condizioni di riposo del tubo si trova appunto sulla caratteristica anodica relativa al valore suddetto della tensione di griglia.

 

 

Fig.1-a

 

Ritornando alla fig.2-c, dal punto in cui è segnato il valore di 0 V della tensione V_g si traccia verticalmente una retta tratteggiata fino ad incontrare nel punto O’ la caratteristica mutua dinamica e da questo punto si traccia orizzontalmente verso destra una nuova retta tratteggiata.

Notiamo che quest’ultima retta incontra l’asse verticale del diagramma della caratteristica nel punto in cui è segnato lo stesso valore di 45 mA della corrente anodica di riposo I_a0, che si può anche leggere nella fig.1-a in corrispondenza al punto P₀.

 

Sulla retta tratteggiata orizzontale si è disegnato il diagramma su cui verrà riportato l’andamento della componente alternata i_a della corrente anodica,i cui valori sono pertanto indicati sull’asse verticale di tale diagramma,mentre l’asse orizzontale dello stesso diagramma è stato diviso in 8 parti uguali,come si è già fatto per il diagramma della tensione V_g.

 

Per comprendere in qual modo si sono segnati sull’asse verticale del nuovo diagramma i valori della componente alternata i_a della corrente anodica si consideri,ad esempio,che quando tale componente assume il valore di – 20 mA la corrente anodica totale I_a deve diminuire di 20 mA,passando quindi dal valore di 45 mA che ha in condizioni di riposo al valòore di 25 mA.

Pertanto in corrispondenza al valore di 25 mA della corrente anodica I_a indicato sull’asse verticale della caratteristica mutua si è segnato il valore di – 20 mA sull’asse verticale del diagramma della componente alternata i_a della stessa corrente.

 

Dopo aver disposto nel modo indicato i tre diagrammi,si può eseguire la costruzione grafica procedendo come si vede nella fig.3.

 

 

Dal punto 1 del diagramma della tensione V_g (fig.3-a) si traccia una retta orizzontale tratteggiata fino ad incontrare nel punto A la sinusoide che rappresenta l’andamento della stessa tensione V_g ;

dal punto A si traccia una retta verticale tratteggiata fino ad incontrare nel punto A’ la caratteristica mutua dinamica ; da quest’ultimo punto si traccia verso destra una retta orizzontale fino ad incontrare nel punto A” la retta verticale tracciata verso l’alto dal punto 1 del diagramma della corrente i_a .

Il punto A” è il primo punto della curva che rappresenterà l’andamento della corrente i_a.

 

Nella fig.3-b, è mostrato come si determina un secondo punto di questa curva,partendo dal punto 2 del diagramma della tensione V_g e passando attraverso i punti B e B’ per giungere infine al punto B” come si è già fatto in precedenza.

 

Nella fig.4 è mostrata la costruzione completa eseguita per gli otto punti segnati sul diagramma della tensione V_g , in corrispondenza ai quali si ottengono otto punti,che uniti tra loro con una linea come si è fatto nella stessa fig.4-a permettono di determinare la curva che rappresenta l’andamento della componente alternata i_a della corrente anodica.

Tale curva risulta una sinusoide,come quella che rappresenta l’andamento della componente alternata V_g della tensione di griglia.

 

Notiamo inoltre che quando la tensione V_g varia di 2,5 V in più ed in meno rispetto al valore di – 12,5 V della tensione di griglia di riposo,la corrente i_a varia di 10 mA in più ed in meno rispetto al valore di 45 mA della corrente anodica di riposo: ritroviamo così gli stessi valori massimi della corrente i_a già ottenuti in una esposizione precedente dalle caratteristiche anodiche del tubo usato,su cui si era tracciata la retta di carico.

 

Con la costruzione grafica della fig.4-a si ha però il vantaggio di poter determinare diversi valori della corrente i_a e quindi di poter tracciare la curva che rappresenta il suo andamento.

Ciò risulta particolarmente utile quando vi è distorsione,perchè in questo caso la corrente i_a non

ha più andamento sinusoidale.

Il diverso andamento assunto dalla corrente a causa della distorsione si può appunto determinare per mezzo della caratteristica mutua dinamica.

Nella fig.4-b è mostrata,ad esempio,la stessa costruzione grafica della fig.4-a, ma nel caso in cui la tensione V_g ha il valore massimo di 12,5 V e quindi l’andamento della corrente i_a risulta alterato dalla distorsione: mediante questa costruzione si può determinare l’effettivo andamento della corrente i_a che è già noto da una esposizione precedente, nella quale non si era però descritto il metodo ora seguito per determinarlo.

 

Notiamo infine che anche in questo caso si trovano gli stessi valori massimi della corrente i_a già ottenuti in precedenza in base alle caratteristiche anodiche ed alla retta di carico tracciata su esse.

E’ importante osservare che quando la tensione V_g ha piccola ampiezza,come nel caso della fig.4-a,

non vi è distorsione,mentre quando la stessa tensione V_g ha ampiezza maggiore,come nella fig.4-b,

si riscontra distorsione nell’andamento della corrente i_a .

Ciò è dovuto al fatto che,quando la tensione V_g ha piccola ampiezza,le sue variazioni interessano un tratto della caratteristica mutua dinamica abbastanza limitato,che pertanto si può considerare rettilineo; invece,quando la tensione V_g ha ampiezza notevole,le sue variazioni interessano quasi l’intera caratteristica mutua,che non si può più considerare rettilinea.

Possiamo quindi attribuire la presenza della distorsione alla curvatura della caratteristica mutua dinamica.

 

 

Dopo aver visto come si può determinare per mezzo della caratteristica mutua dinamica l’andamento della corrente anodica,siamo in grado di utilizzare questa stessa caratteristica per vedere quale andamento assume la corrente anodica a seconda della classe in cui viene fatto funzionare l’amplificatore.

 

Evidentemente,nel caso della fig.4, il tubo considerato funziona in classe A ,perchè,secondo la definizione data in precedenza di questa classe,vediamo che ad ogni periodo della tensione V_g la

corrente anodica circola anch’essa per un intero periodo senza mai assumere il valore zero.

 

Si passa dalla classe A alla classe AB quindi alla classe B ed infine alla classe C , polarizzando sempre più negativamente la griglia del tubo ed aumentando sempre più l’ampiezza della tensione d’entrata.

 

 

AMPLIFICATORI IN CLASSE AB

 

In base a quanto già detto,per far funzionare un tubo in classe AB si deve polarizzare la sua griglia più negativamente di quanto occorre per il funzionamento in classe A.

Consideriamo la fig.5 .

In questo caso il diagramma della tensione V_g è stato disposto in modo che il valore zero di questa tensione si trovi in corrispondenza al valore di – 15 V della tensione di griglia indicata sull’asse orizzontale della caratteristica mutua,perchè tale è il valore della tensione di polarizzazione V_g0 .

Inoltre,il periodo della tensione v_g è stato diviso in dodici parti invece che in otto come in precedenza,per ottenere un maggior numero di punti e quindi per poter disegnare con maggiore precisione la curva che rappresenta l’andamento della corrente i_a .

Nella fig.5 si può notare anzitutto che la corrente anodica di riposo I_a0 ha ora un valore di soli 35 mA,inferiore di 10 mA a quella dell’amplificatore in classe A che è di 45 mA: da ciò si deduce che,quando l’amplificatore si trova in condizioni di riposo,l’alimentatore anodico deve fornirgli una potenza minore di quella occorrente per l’amplificatore in classe A.

Osserviamo inoltre che quando la tensione v_g raggiunge il suo valore massimo positivo di +15 V e quindi la tensione V_g applicata alla griglia risulta di 0 V ,la corrente i_a assume il valore massimo positivo di +53 mA: ciò significa che la corrente anodica totale I_a aumenta di 53 mA rispetto al suo valore di riposo di 35 mA e quindi assume il valore di 53 + 35 = 88 mA.

Quando la tensione v_g raggiunge il suo valore massimo negativo di -15 V e quindi la tensione V_g applicata alla griglia risulta di -30 V,la corrente i_a assume il valore massimo negativo di -35 mA: ciò significa che la corrente anodica totale I_a diminuisce ora di 35 mA rispetto al suo valore di riposo di 35 mA e quindi assume il valore di 35 – 35 = 0 mA.

Nella fig.5 è stato indicato con V_gi il punto in cui la cartteristica mutua dinamica incontra l’asse orizzontale del diagramma,perchè il valore di -30 V della tensione di griglia V_g segnato in corrispondenza a questo puntoè il valore della tensione di griglia di interdizione : abbiamo visto infatti che quando la tensione di griglia raggiunge tale valore la corrente anodica assume il valore zero. Poichè la corrente anodica assume il valore zero almeno per un istante durante il periodo,possiamo già considerare l’amplificatore come funzionante in classe AB; d’altra parte,poichè la tensione di griglia non diviene mai positiva e quindi non vi è mai corrente di griglia,possiamo affermare che si tratta della classe AB.

Confrontando l’andamento della corrente i_a ottenuta da questo amplificatore con quello della stessa corrente ottenuta dall’amplificatore in classe A (fig.4-b),vediamo che si è ulteriormente accentuata la differenza tra il valore massimo positivo ed il valore massimo negativo.

Infatti,mentre il valore massimo positivo è aumentato passando da +43 mA a +53 mA,il valore massimo negativo è diminuito passando da – 37 mA a -35 mA: a causa di questo fatto l’andamento del segnale d’uscita risulta ancora più diverso dall’andamento sinusoidale del segnale d’entrata di quanto si riscontra nel funzionamento in classe A ,con conseguente maggiore distorsione.

Nel caso dell’amplificatore in classe AB1₁ la distorsione risulta così notevole che non è possibile impiegare un solo tubo: pertanto gli amplificatori di potenza funzionanti in classe AB₁ sono sempre costituiti da due tubi in controfase.

 

 

 

AMPLIFICATORI IN CLASSE B

 

Da quanto detto finora si è visto che,passando dalla classe A alla classe AB₁ e quindi alla classe AB₂,

aumenta l’ampiezza della semionda positiva della corrente i_a mentre l’ampiezza della semionda negativa va sempre più riducendosi.

E’ addirittura possibile eliminare del tutto la semionda negativa della corrente i_a facendo funzionare l’amplificatore in classe B.

 

Questo tipo di funzionamento,nel caso di un amplificatore in classe B₂, avente cioè corrente di griglia,è illustrato nella fig.10, dalla quale si vede che il tubo viene polarizzato con una tensione V_g0 uguale alla tensione di interdizione V_gi : in tal modo si ha corrente anodica soltanto durante il semiperiodo positivo della tensione v_g mentre la corrente anodica ha valore zero durante tutto il semiperiodo negativo della stessa tensione,perchè la tensione di griglia risulta più negativa della tensione di interdizione.

 

E’ interessante notare che,poichè la tensione di polarizzazione è uguale alla tensione di interdizione,in condizioni di riposo non vi è corrente anodica : ricordiamo dunque che nell’amplificatore di potenza in classe B si ha corrente anodica soltanto quando ad esso è applicato un segnale.

 

 

 

Neutralizzazione

Ma mano che aumenta la frequenza di lavoro è sempre più difficile neutralizzare un amplificatore. Questa difficoltà è dovuta alla INDUTTANZA dei collegamenti di griglia, e di Anodo interni al tubo e a quella dei collegamenti dei condensatori di

neutralizzazione.

Vi è inoltre da dire che può succedere che un amplificatore anche se perfettamente neutralizzato alla frequenza di 30 MHz,possa risultare completamente fuori neutralizzazione alla frequenza ad es. di 120 MHz.

Pertanto,se nel circuito di Griglia esistono circuiti parassiti che offrano impedenza apprezzabile alle frequenze alte,può facilmente avvenire che sorgano “oscillazioni parassite” appunto su tali frequenze alte.

Il fatto che un amplificatore di potenza possa risultare neutralizzato SOLO su una gamma di frequenza piuttosto ristretta,può essere in gran parte ovviato impiegando stadi amplificatori a RF del tipo con GRIGLIA A MASSA .

I vantaggi che questo tipo di amplificatore presenta sono:

a) la tendenza a generare OSCILLAZIONI PARASSITE risulta fortemente ridotta per il fatto che la GRIGLIA esercita un effetto di SCHERMATURA fra il Filamento e l’Anodo e che tale effetto è presente su una gamma di frequenza assai ampia. Quindi,in genere,NON sarà necessaria alcuna neutralizzazione.

b) Qualora una neutralizzazione dovesse essere indispensabile,i CONDENSATORI di neutralizzazione risulteranno di capacità estremamente piccola.

 

Lo svantaggio che gli amplificatori con griglia a massa presentano è che è necessario fornire ad essi un segnale di eccitazione piuttosto alto.

Sebbene i TRIODI possano funzionare egregiamente negli amplificatori RF,è preferibile l’impiego dei TETRODI o meglio ancora dei PENTODI.

La causa di ciò risiede nelle capacità interelettrodiche che,come sappiamo,sono dovute alla conformazione dei tubi elettronici: per il solo fatto che un tubo elettronico possiede elettrodi metallici isolati,questi si comportano come le armature di un condensatore.

Grazie alle dimensioni ridotte degli elettrodi,la capacità è molto piccola (pochi picofarad) e non disturba il regolare funzionamento del tubo se le frequenze non sono elevate .

Ma se le frequenze sono elevate,le capacità interelettrodiche si lasciano agevolmente attraversare dalle correnti RF che hanno tali frequenze.

Gli effetti che ne derivano si sovrappongono ai fenomeni utili dell’amplificazione elettronica e la conseguenza pratica è che il circuito diventa instabile, ossia invece di amplificare tende addirittura a produrre esso stesso energia a radiofrequenza,indipendentemente dal segnale in ingresso.

 

Per comprendere come questa perturbazione possa prodursi,conviene ricordare brevemente in che cosa consistano le capacità interelettrodiche di un Triodo.

Nel Triodo abbiamo tre elettrodi e quindi si possono identificare tre condensatori,formati rispettivamente:

dalla griglia e dal catodo,

dal catodo e dall’anodo

dall’anodo e dalla griglia.

La fig.3 mostra come queste tre capacità,interne al tubo e quindi non eliminabili con accorgimenti costruttivi,possano essere messe in evidenza negli schemi elettrici e quindi se ne possa studiare e valutare gli effetti.

 

 

 

 

 

Aggiungendo allo schema della fig.1 le capacità interelettrodiche del tubo,si ottiene lo schema della fig.4-a, dal quale si può vedere che la capacità griglia catodo C_gk ,risultando in parallelo al condensatore C2,può essere conglobata in esso,come si vede nella fig.4-b.

La stessa cosa avviene anche per la capacità anodo catodo C_ak ,che può essere conglobata con il condensatore C3.

Rimane però la capacità griglia anodo C_ga , che collega direttamente la griglia all’anodo.

Per effetto della reattanza di C_ga , che si riduce fortemente con l’aumentare della frequenza,si stabilisce un collegamento elettrico in parallelo al collegamento elettronico dovuto al flusso di elettroni che è controllato dalla griglia.

Attraverso il collegamento elettrico una parte del segnale presente nel circuito anodico può tornate nel circuito di griglia,aggiungendosi al segnale di entrata applicato da L1.

Quando la capacità griglia anodo è rilevante,oppure quando la frequenza di lavoro è molto elevata,può darsi benissimo che il segnale RF che ritorna nel circuito di griglia sia sufficiente,da solo,a pilotare il triodo,ossia a produrre la potenza stessa che l’ha originato.

In queste condizioni il circuito ha amplificazione infinitamente grande (percè un segnale di ingresso piccolissimo,quasi inesistente,produce la massima potenza che il tubo elettronico consente).

 

Abbiamo già visto che per eliminare l’inconveniente si usano i Tetrodi ed i Pentodi,nei quali una o due griglie supplementari riducono a valori molto bassi la capacità anodo griglia : si può anche impiegare l’artificio della NEUTRALIZZAZIONE ,che consiste nell’annullare la tensione provocata in griglia dalla capacità C_ga , addizionandovi una tensione RF eguale e contraria,cioè di eguale ampiezza ma di fase opposta.

Il circuito della fig.1 si modifica in tal caso nel circuito della fig.5, ove C5 è il condensatore detto di neutralizzazione.

Il circuito risonante di placca L3 C3 viene dotato di una presa in posizione centrale; talvolta questa presa può anche essere spostata verso l’estremodi induttanza opposto al collegamento di anodo.

Nel caso in cui L3 abbia una presa esattamente centrale,ai due capi del circuito risonante L3 C3 si manifestano tensioni RF,ma in opposizione di fase; quindi occorre che il condensatore di neutralizzazione C5 abbia lo stesso valore di C_ga .

 

 

 

 

Per comprendere perchè ai capi del circuito risonante L3 C3 si manifestano due tensioni RF uguali consideriamo un pendolo costituito da un’asta di legno munita di un peso ad un’estremità (fig.6).

Praticando un forellino all’estremità A dell’asta si può sospendere il pendolo e farlo oscillare (fig.6-a): evidentemente il moto si annulla all’estremità A attorno a cui avviene la rotazione .

Ma se sospendiamo il pendolo praticando un forellino a metà dell’asta ,si osserva facilmente che i suoi estremi si muovono sempre in direzioni opposte ; più precisamente,quando l’estremità A raggiunge il punto estremo sinistro del suo arco oscillatorio,l’estremità B dell’asta è all’estremo destro della sua corsa (fig.6-b) e reciprocamente accade quando l’estremità A raggiunge l’estremo destro (fig.6-c).

Quando il peso è al centro del suo arco d’oscillazione,ossia quando assume la massima velocità istantanea,anche l’estremo opposto ha la stessa velocità,ma direzione opposta.

Concludendo,gli spostamenti (o la velocità) dei due estremi dell’asta sono rappresentabili da sinusoidi di eguale ampiezza e fase opposta .

Lo stesso si verifica per le tensioni (o le correnti) di un circuito risonante che risulti provvisto di una presa centrale sull’induttore,come L3 della fig.5, o presenti la suddivisione della capacità in due,accompagnata ovviamente dal raddoppio del valore capacitivo ,allo scopo di ottenere una capacità equivalente in serie immutata (fig.7).

 

 

 

 

Si può anche realizzare un circuito oscillante non simmetrico,spostando la presa dell’induttore verso un estremo del circuito ,o modificando il rapporto delle due capacità: la tensione che si sviluppa sulla estremità del circuito risonante più prossima alla presa risulta allora minore dell’altra,ma pur sempre di fase opposta.

Quando la presa intermedia sull’induttanza coincide con uno dei suoi estremi ,si ritorna al caso del circuito semplice paragonabile al pendolo sospeso ad un suo estremo.

Affinchè però il circuito risonante si comporti allo stesso modo di questo pendolo,occorre che ad un suo estremo la tensione RF non possa assumere valori diversi da zero: il condensatore C4 degli schemi della fig.1 e della fig.5 serve appunto a tale scopo ed è denominato CONDENSATORE DI FUGA.

 

E’ utile notare che non si può attuare contemporaneamente sia la presa sull’induttanza sia la suddivisione delle capacità: sarebbe molto difficile infatti ottenere l’equilibrio tra le due parti del circuito e di conseguenza si avrebbero rilevanti perdite di energia.

 

 

AMPLIFICATORI CON GRIGLIA A MASSA

 

 

AMPLIFICAZIONE DI POTENZA E RENDIMENTO

 

Poichè la potenza elettrica dipende sia dalla tensione sia dalla corrente,un tubo elettronico,impiegato in un qualunque circuito amplificatore,produce un’amplificazione di potenza.

Questi amplificatori hanno un rendimento limitato : in altre parole,solo una parte della potenza elettrica fornita sotto forma di corrente continua anodica d’alimentazione è restituita sotto forma di potenza d’uscita. Il resto è dissipato in calore,inutilmente ed anzi in modo indesiderabile,perchè il calore è dannoso a molti componenti elettronici.

 

Naturalmente nella costruzione degli amplificatori di potenza occorre cercare di aumentare il più possibile il rendimento,per il duplice scopo di aumentare la potenza d’uscita e di ridurre lo sviluppo di calore.

 

Si noti che il rendimento di cui si tratta,essendo dato dal rapporto tra la potenza d’uscita e la potenza di alimentazione,non ha nulla a che vedere con il valore della amplificazione di potenza del circuito,che è dato invece dal rapporto tra la potenza d’uscita e la potenza applicata all’entrata.

 

MODULAZIONE

 

 

 

 

ALIMENTAZIONE

CORRENTE ALTERNATA

 

 

 

Tutti i tubi elettronici considerati finora sono del tipo ad accensione INDIRETTA,essendo muniti di catodo; in tal modo i loro filamenti possono essere accesi con la corrente alternata ottenuta direttamente dal trasformatore di alimentazione,senza dover ricorrere ad un apposito generatore di corrente continua,come sarebbe necessario se i tubi fossero ad accensione diretta ,cioè sprovvisti di catodo.

Dopo aver visto come avviene l’amplificazione di tensione da parte di un Triodo o di un Pentodo,si può comprendere che cosa accadrebbe se si accendesse il filamento di un tubo senza catodo con corrente alternata.

In questo caso il filamento non emetterebbe lo stesso numero di elettroni in ogni istante,perchè la sua temperatura non sarebbe costante ma varierebbe in conseguenza del variare della corrente di accensione.

Poichè tale corrente ha generalmente la frequenza di 50 Hz e varia tra il valore zero ed il valore massimo positivo o negativo due volte durante ciascun periodo,la temperatura del filamento varierebbe corrispondentemente tra un valore minimo ed un vaore massimo cento volte ad ogni secondo,cioè con una frequenza di 100 Hz.

Pertanto,anche l’emissione elettronica varierebbe con una frequenza di 100 Hz e quindi il tubo sarebbe attraversato da una corrente pure variabile con la stessa frequenza,come se un segnale di tale frequenza fosse applicato alla sua griglia controllo,oltre a quello da amplificare fornito dal generatore.

Evidentemente,nel circuito anodico non si otterrebbe soltanto quest’ultimo segnale amplificato,ma si avrebbe ,sovrapposto ad esso,anche un segnale con la frequenza di 100 Hz che produrrebbe un fastidioso ronzio.

Non si deve ritenere comunque che il filamento si spenga ogni volta che la corrente di accensione assume il valore zero.

Basta riflettere infatti che qualsiasi corpo,dopo essere stato riscaldato,impiega un certo tempo a perdere il calore ricevuto,per cui la sua temperatura diminuisce abbastanza lentamente: per questo motivo si dice che i corpi presentano un’inerzia termica.

Di conseguenza,anche il filamento,a causa della sua inerzia termica,conserva una parte del calore ricevuto negli istanti precedenti a quelli in cui la corrente assume il valore zero e quindi la sua temperatura non subisce variazioni molto ampie,per quanto già sufficienti a produrre il ronzio suddetto.

Questo fatto serve anche a spiegare perchè,invece,è possibile accendere con corrente alternata i tubi provvisti di catodo ,il quale viene portato alla temperatura di emissione mediante il calore fornitogli dal filamento.

In questo caso infatti,l’insieme costituito dal filamento e dal catodo ha un’inerzia maggiore di quella del solo filamento e quindi il catodo risente molto poco delle variazioni della temperatura del filamento e si porta ad una temperatura praticamente costante ,emettendo perciò lo stesso numero di elettroni ad ogni istante.

Occorre osservare,infine,che nei circuiti d’impiego dei triodi e dei pentodi si è sempre supposto che la tensione anodica fosse fornita da una batteria e quindi fosse perfettamente continua: in realtà,la tensione anodica viene ottenuta da un raddrizzatore seguito dal relativo filtro di livellamento.

Si può anche comprendere che la tensione continua così ottenuta deve avere una tensione di ronzio molto ridotta,per evitare anche in questo caso che al segnale amplificato risulti sovrapposto un fastidioso ronzio.

Infatti,se la tensione anodica varia,fa variare anche la corrente anodica,come accadrebbe se alla griglia del tubo fosse applicato un segnale avente la stessa frequenza della tensione di ronzio.

Una piccola tensione di ronzio è comunque accettabile perchè,specialmente nel caso del pentodo,la variazione della tensione anodica fa variare molto poco la corrente anodica.

 

TRASFORMATORI

I trasformatori sono formati da:

 

1) NUCLEO FERROMAGNETICO

2) AVVOLGIMENTO PRIMARIO

3) AVVOLGIMENTI SECONDARI

 

– CORRENTE MAGNETIZZANTE

è quella che circola nell’avvolgimento PRIMARIO quando questo viene attaccato alla rete.

– TRASFORMATORE ELEVATORE DI TENSIONE

quando la tensione nel Secondario è maggiore della tensione del Primario.

– TRAS. RIDUTTORE DI TENSIONE

quando la tensione presente sul Secondario è minore della tensione applicata al Primario.

– RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE

è dato dal rapporto fra la Tensione Primaria e la Tensione Secondaria, si induca con la lettera (n)

– POTENZA

in un trasformatore la Potenza fornita dal SECONDARIO,deve essere uguale alla potenza del

PRIMARIO,quindi un trasformatore non fa altro che Trasferire la Potenza dal Primario al

Secondario.

– PERDITE DI POTENZA

nel trasformatore sono dovute alla RESISTENZA del CONDUTTORE che costituisce gli avvolgimenti,questo determina una certa CADUTA DI TENSIONE sul SECONDARIO a cui si rimedia facendo avvolgere il Secondario con una tensione leggermente più alta.

Questa perdita di potenza,produce calore che può danneggiare il trasformatore. E’ bene quindi, calcolare una DENSITA’ DI CORRENTE per i conduttori non superiore ai 3A/mm² di sezione del filo.

– POTENZA DEL NUCLEO

a) Raddrizzatore a Ponte: W = V x I

b) Raddrizzatore con 2 soli diodi e Presa Centrale del Trasformatore: W = (V x I) : 2

questo perchè i Diodi lavorano alternativamente,cioè mentre uno raddrizza,l’altro è a riposo e

viceversa,perciò occorre considerare per la determinazione della potenza,una sola sezione,cosa

intuibile perchè in uscita dai due Diodi otteniamo 20v e non 40,nel caso in cui avessimo un

secondario con 20+20v.

– PROVA DEL TRASFORMATORE A VUOTO

occorre inserire il PRIMARIO nella rete per qualche ora,se tutto va bene,il NUCLEO del

trasformatore NON deve superare i 30°C. Questo leggero riscaldamento deve essere riscontrato

solo sul NUCLEO e MAI sugli avvolgimenti.

– LAMIERINI

a) in FERRO-SILICIO sono i più comuni ed hanno un’INDUZIONE MAGNETICA (B) = 1 weber/m²

b) in FERRO-SILICIO A GRANI ORIENTATI presentano un’INDUZIONE MAGNETICA di 1,2 weber/m² e ci permettono di ridurre le DIMENSIONI del Trasformatore.

c) in PERMALLOY ,ha un valore di INDUZIONE MAGNETICA ancora maggiore,fino a 2 weber/m²

Sono però molto difficili da trovarsi e costano molto,si usano solo per trasformatori speciali.

 

 

 

DIODI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RADDRIZZATORI

 

 

 

Le semionde positive che fuoriescono dal diodo,oltre ad alimentare il circuito andranno a caricare anche il condensatore elettrolitico C1.

Quando il diodo non conduce per la presenza delle semionde negative,sarà il condensatore elettrolitico C1 a fornire al circuito la tensione che questo ha immagazzinato.

La tensione continua presente ai capi del condensatore elettrolitico sarà di: (volt alternati – 0,7) x 1,41

 

 

Se per raddrizzare la tensione alternata utilizziamo 4 diodi non avremo più,tra una semionda positiva e la successiva,la pausa della semionda negativa .

La tensione continua presente ai capi del condensatore elettrolitico sarà di: (volt alternati -1,4) x 1,41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) Rettificatori a semiconduttore

In questi rettificatori si utilizza la caratteristica di conduzione UNIDIREZIONALE delle GIUNZIONI.

a) RETTIFICATORI ad OSSIDO DI RAME

sopportano Tensioni troppo basse e sono troppo grandi,quindi non si usano più.

b) RETTIFICATORI AL SELENIO

sopportano Tensioni Alternate un po’ più alte ma ancora troppo basse per essere usati in alta tensione.

c) RETTIFICATORI AL GERMANIO E SILICIO

resistono anche a tensioni superiori ai 1000v ,quindi sono i più indicati per l’A.T.,però,data la piccola area di giunzione rettificatrice,un eventuale sovraccarico porta in breve tempo ad un surriscaldamento dell’elemento e alla possibilità di distruzione. Pertanto in questo tipo di rettificatore bisogna attuare particolari protezioni contro i sovraccarichi.

 

 

2) Protezione contro i transitori

Data l’esistenza di INDUTTANZA e CAPACITA’ negli Alimentatori,si possono avere frequentemente notevoli PICCHI di TENSIONE (TRANSITORI) all’atto della ACCENSIONE e dello SPEGNIMENTO dell’Alimentatore.

Queste tensioni transitorie possono superare le tensioni ammissibili per gli elementi rettificatori e quindi,possono danneggiarli provocando

il CORTOCIRCUITO.

Tali tensioni transitorie non si distribuiscono uniformemente nel caso che vi siano molti elementi rettificatori colegati IN SERIE: le più alte tensioni transitorie appaiono sugli elementi più lontani da massa.

Pertanto può avvenire che in una serie di elementi rettificatori,quando si hanno sovratensioni transitorie,un elemento alla volta vada in cortocircuito.

Questi transitori non costituiscono un problema quando i rettificatori utilizzano grandi aree di giunzione rettificatrici,come sono quelli al SELENIO e all’OSSIDO DI RAME.

Invece l’area rettificatrice nei Diodi al GERMANIO ed al SILICIO,è molto piccola e allora per essi bisogna attuare sistemi di protezione contro i transitori.

a) DIMENSIONAMENTO PER TENSIONI SUPERIORI

Questa potrebbe essere una soluzione semplice ma un po’ costosa in quanto bisogna dimensionare i diodi per sopportare una tensione superiore a

quella transitoria che normalmente è 4-5 volte superiore alla tensione di lavoro.

b) THYRITE

La Thyrite è un RESISTORE NON LINEARE che è sensibile alla TENSIONE,quanto più alta è la tensione fra le estremità del resistore,tanto più bassa sarà la sua resistenza.

Nei rettificatori ad ONDA INTERA basterà usare una sola resistenza.

c) RESISTENZA SUL PRIMARIO

Da eliminare dopo che gli ELETTROLITICI sono carichi,per es. con un relè ritardato.

d) RESISTORI IN PARALLELO SUI DIODI

La Tensione di PICCO INVERSA deve essere distribuita ugualmente tra i diodi collegati in serie, collegando su essi delle resistenze da 500K.

e) CONDENSATORI IN PARALLELO

Devono essere messi su ciascun diodo condensatori da 10.000 Pf ceramici,che EQUALIZZANO ed assorbono i Transitori uniformemente lungo la serie.

f) SOPPRESSORE DI TRANSITORI R-C SUL SECONDARIO AT

Proteggono dalla brusca variazione della CORRENTE MAGNETIZZANTE del Trasformatore.

g) ACCENSIONE LENTA DELL’ALIMENTATORE

Quando l’Alimentatore viene acceso la prima volta,i CONDENSATORI FILTRO sono SCARICHI e costituiscono quasi un CORTOCIRCUITO

sul Trasformatore d’alimentazione e sulla serie dei diodi. La corrente di carica di una serie di condensatori ad alta capacità,può superare la massima corrente di picco ammissibile per i diodi,danneggiandoli.

 

Ricordiamo che la TENSIONE DI PICCO INVERSA deve essere distribuita in modo uniforme fra i vari Diodi,altrimenti può succedere che uno o più di essi possa andare incontro ad un cortocircuito della GIUNZIONE che può portare ad un EFFETTO A VALANGA coinvolgendo anche tutti gli altri diodi.

 

 

CORRENTE AMMISSIBILE NEL RETTIFICATORE

La corrente ammissibile in un rettificatore a semiconduttore dipende dalla TEMPERATURA DELLA GIUNZIONE . I costruttori indicano la corrente ammissibile per i rettificatori quando essi funzionano con normale circolazione d’aria e ad una determinata temperatura ambiente.

In questo modo si può essere certi che la Temperatura della Giunzione non oltrepassa il valore massimo specificato.

Però se si usa una ventilazione forzata si può aumentare la corrente ammissibile oltre il valore stabilito dal fabbricante.

 

 

3) Condensatori filtro

Possono essere di due tipi, A CARTA ed ELETTROLITICI.

– CONDENSATORI A CARTA

Sono formati da due nastri metallici separati da alcuni strati di carta speciale,i migliori,cioè quelli per ALTE TENSIONI sono impregnati in OLIO.

– CONDENSATORI ELETTROLITICI

Sono formati da due elettrodi d’alluminio in contatto con una miscela conduttrice che agisce da elettrolita.

Questi condensatori sono polarizzati cioè l’ ANODO deve essere sempre connesso al Polo +.

Il DIELETTRICO dei condensatori elettrolitici non è perfetto e quindi questi condensatori presentano una CORRENTE DI FUGA molto maggiore rispetto a quelli a carta.

La MASSIMA TENSIONE a cui possono essere sottoposti è intorno a 500-600v.

I condensatori elettrolitici possono essere collegati IN SERIE,il POSITIVO di uno deve essere collegato al NEGATIVO dell’altro.

Non è mai consigliabile collegare in serie condensatori elettrolitici di marche e caratteristiche differenti.

 

4) Resistenze zavorra

Quando i condensatori hanno una ELEVATA CAPACITA’ possono immagazzinare una carica tale da essere molto pericolosa,qualora mancassero le resistenze zavorra ed è noto che qualche volta le resistenze zavorra si interrompono senza alcuna causa apparente e senza che ci si accorga a vista di tale interruzione.

Come resistenze zavorra sono da preferire quelle a FILO.

Le resistenze a GRAFITE non sopportano una forte dissipazione ed inoltre spesso cambiano di valore gradatamente nel tempo.

Per ogni 500v di TENSIONE si consiglia di inserire una resistenza da 500.000 OHm,1W.

La CORRENTE DI DISSIPAZIONE sarà trascurabile (1mA) ed ogni resistenza dissiperà soltanto 0,5W. In queste condizioni si può pensare che le resistenze dureranno per un tempo pressochè infinito.

Quindi ad esempio,per 1500V., si collegheranno tre resistenze da 500.000 OHm in serie fra loro.

 

 

CONDENSATORI

 

 

 

 

Amperaggio conduttori

– Rame smaltato:

diametro

1,12 mm = 3,5 A

1,32 ” = 4 A

3 ” = 35 A

4 ” = 52 A

Si può considerare 3,5 A/mm² sul rigido

 

– Isolamento: cavetto in silicone = 2.000/2.500 v

tubetto poliuretano = 3.500 v (per inguainare i conduttori)

 

 

 

 

 

 

PENTODO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Risposte a “AMPLIFICATORI DI POTENZA R.F. – 1°”

1. gpvncttrn ....... scrive:

   21 ottobre 2016 alle 15:43

   as a child I was always very interested in the operation of electronic valves, but they never managed to achieve anything important, I was an amateur but I have always worked with transistors maybe in the future this out in time.

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2. have a peek scrive:

   3 maggio 2018 alle 16:02

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