Progettazione di uno stadio con triodo a catodo comune e accoppiamento RC: Il calcolo della resistenza di uscita e della distorsione

Per avere tutti i dati necessari ad un progetto completo che faccia uso del nostro stadio ci manca l'impedenza di uscita e la distorsione. Premetto che il "calcolo" di quest'ultima non sarebbe banale, perciò ci accontenteremo di una stima molto indicativa e molto banale, peraltro usando uno schema applicabile unicamente ai triodi.

Calcolo dell'impedenza di uscita

Iniziamo a vedere il calcolo dell'impedenza di uscita. Come al solito ci oniamo a centro banda e quindi l'impedenza di uscita che ci aspettiamo è tipicamente resistiva.

Per effettuare questo calcolo mi vengono in mente due tecniche diverse;

• la prima è quella di applicare un segnale all'uscita dello stadio, con ingresso nullo, e valutare l'impedenza di uscita come rapporto fra corrente e tensione che si ottengono sul generatore di segnale.
• la seconda è quella di calcolare il guadagno dello stadio a fronte di due diverse impedenze di carico e quindi, confrontando i valori ottenuti con le relazioni corrispondenti ottenute con i circuiti equivalenti di Thevenin dello stadio, ricavare l'impedenza equivalente del circuito.

Mostrerò solo la prima tecnica, che è più immediata; la seconda è estremamente elegante e sofisticata, ed applica se si vuole in maniera diretta il modello, ma ovviamente porta allo stesso risultato con maggiore fatica (fidatevi e basta... e se proprio non vi fidate rifatevi i conti... è divertente ed istruttivo, ma se vi viene diverso vuol dire che avete sbagliato voi qualche cosa... Comunque, dato che il pezzo di articolo relativo era già pronto e l'ho tagliato per evitare di perdere efficacia con cose inutili all'atto pratico, se qualcuno fosse interessato, glielo posso sempre inviare).

Applicazione di un segnale all'uscita.

Chiamiamo Ik la corrente che scorre nel catodo della valvola; Io e' invece la corrente in ingresso nello stadio dall'uscita dello stadio stesso, a seguito dell'applicazione di una tensione Vo. Perciò nella Ra scorre una corrente data da Ik - Io.

Valgono a questo punto le seguenti relazioni:

In pratica la resistenza di uscita è pari alla resistenza sull'anodo in parallelo all'altro valore, che tiene conto degli effetti della valvola.

Esempi di applicazione

Nel caso del SIMPRE 88SE la resistenza di uscita è data da:

Rout = 27k // (2.7k + (33 + 1) * 1k) = 15.5k

Come avevamo avvertito, non si può certo dire che sia bassa...

Vediamo invece cosa succede in presenza di un bypass catodico: in questo caso la Rk scompare e la formula diviene:

Rout = Ra // Ri

e quindi in uno stadio simile al SIMPRE, ma con bypass, è inferiore alla Ri: non bassissima comunque, ma certamente più ridotta del caso precedente.

Una nota sull'impedenza di uscita: avere una impedenza di uscita bassa non vuol dire che sia possibile ricavare una gran corrente dallo stadio: indica semplicemente che il guadagno ingresso/uscita dello stadio dipende in maniera limitata dall'impedenza di carico e quindi il comportamento dello stadio è quello normale fino a carichi più bassi. Di fatto l'effetto più immediato si ha sulla velocità del segnale, in quanto le capacità parassite comunque presenti in parallelo al carico possono essere pilotate tanto più velocemente e correttamente quanto più bassa è l'impedenza di uscita.

Per garantire invece una data corrente in uscita si deve verificare che la valvola non saturi e mantenga un comportamento sufficientemente lineare con tale corrente, e ciò è quasi indipendente dalla impedenza di uscita.

La distorsione nei triodi

Per quanto riguarda la distorsione, faremo solo alcuni accenni.

Molto spesso sui data sheet è riportato un dato di livello di uscita massimo e di distorsione per questo livello in date condizioni di polarizzazione. Ora leggendo questo dato si trovano valori dell'ordine di qualche percento o addirittura di qualche decina di percento... piuttosto sconfortanti, a dire il vero.

In realtà i valori di massimo livello di uscita citati sono spesso dell'ordine dei 40, 50 o più volt. Prove sperimentali dicono che per i triodi in realtà la distorsione percentuale è proporzionale al livello di uscita.

Perciò un 5% a un livello di uscita di 50V diviene un ottimo 0,2% a 2V di uscita.

Esistono anche altre formule abbastanza semplici per calcolare in modo approssimativo la distorsione, almeno in primissima battuta. Ne parleremo in futuro.

Conclusioni

Non so se in realtà quanto sopra possa veramente interessare; ho ritenuto comunque importante completare un inquadramento generale al problema, prima di presentare progetti un po' più impegnativi. In ogni caso intendo continuare a fornire non solo gli schemi e l'elenco dei materiali, ma anche una analisi semplice e allo stesso tempo tecnicamente rigorosa dei circuiti che presenterò, con le formule di progetto che vi stanno alla base.

Ho notato che la stampa, nonostante alcuni notevoli tentativi di ammaestramento del lettore non informato, tende sempre a fornire informazioni secondo me non centrate: si vedono ad esempio tentativi di spiegare le basi teoriche dell'elettronica, oppure tentativi di mostrare i criteri di progettazione di oggetti estremamente complessi, senza fornire mai un livello corretto, medio, di informazione, tale da stimolare effettivamente il lettore. Il motivo addotto è spesso quello, realistiche, dell'accessibilità dei trasformatori adeguati al progetto, oppure considerazioni altrettanto realistiche relative al fatto che un progetto nasce come un tutt'uno e non come un insieme di stadi separati su cui si può agire indipendentemente. Sono considerazioni assolutamente corrette, ma sono anche quelle che uccidono alla base le speranze di... libertà di sperimentazione dell'autocostruttore medio. è perfettamente vero che un progetto ottimizzato da un valido progettista funzionerà certamente meglio di quello di un autocostruttore impreparato ed arruffone; però sono temo anche che fra il nostro lettore che si è fatto un amplificatore probabilmente estremamente modesto (ma a costo praticamente zero) recuperando pezzi sparsi, e chi si è costruito un kit magari anche abbastanza buono, beh, alla fine il più orgoglioso sia il primo. E anche se anche secondo me può non essere un approccio corretto, la cosa deve come minimo farci riflettere.

Ora, non so se quanto riportato sopra sia di effettiva utilità per qualcun altro a parte il mio smisurato ego (che, devo ammettere, comunque se ne gratifica a sufficienza per imporvi molte altre migliaia di pagine tediose come ed assai più di queste... perciò tocca a voi fermarmi, se non vi interessa per niente questo tipo di approccio), ma penso che chi si occupa di autocostruzione nella maniera intelligente, cioè non copiando a vanvera schemi incompleti, per i quali non si può far altro che andare ad implorare dal progettista informazioni su dove reperire quel trasformatore o quel componente speciale, ma cercando almeno di capire come gli schemi funzionano e magari cercando di adattarli, in maniera consapevole, alle proprie esigenze quel minimo che è concesso (ma di recente sembra non sia più concesso per niente...), debba essere una persona che mastica già un po' di elettronica ed elettrotecnica di base e quindi non si spaventa più di tanto trovandosi dinanzi schemi, grafici e relazioni matematiche...

É anche vero che con le quattro nozioni che abbiamo messo assieme non si va molto lontano, non si diviene certamente dei grandi progettisti; però resta comunque una possibilità di incremento della comprensione dei meccanismi nascosti del nostro hobby preferito.

É chiaro che mentre chiunque dotato di una discreta abilità manuale, di un minimo di conoscenze di terminologia elettronica e di un minimo di documentazione (tanto per saper leggere i codici a colori delle resistenze e capire quale è il verso corretto di inserzione di un diodo o di un transistor) è in grado di costruirsi un kit, e dopo averne costruito uno o due diviene in grado di costruirsi degli apparati semplicemente partendo dalla lista dei materiali e dallo schema, per poter comprendere questi articoli servono anche delle basi teoriche un po' più complete.

D'altra parte credo anche che ben poche fra queste persone possano accettare di impegnarsi in uno studio teorico fine a se stesso, senza avere uno stimolo pratico, cioè senza essere poste di fronte ad uno strumento od un metodo che non comprendono a fondo, ma che può divenire chiaro e semplice nel caso una volta che queste basi siano state acquisite. E questo è la grande scommessa di questi articolo: mostrare che progettare un sistema elementare a valvole non è particolarmente complesso, una volta che si abbiano ben chiari alcuni punti ed un minimo di basi teoriche, in modo da riuscire a spingere qualcuno ad acquisire queste basi.

Forse è una mia personale idea fissa, ma realizzare oggetti progettati da altri non mi ha mai soddisfatto fino in fondo: e credo che anche per qualsiasi autocostruttore l'obiettivo da raggiungere sia quello di progettare e realizzare il proprio sistema. Con questi articoli spero di essere riuscito a dare anch'io un piccolo contributo.

© Copyright 1998 Giorgio Pozzoli