Introduzione

Nell'ultimo articolo si è parlato dell'amplificatore in generale e delle sue caratteristiche "neutre" (caratteristiche che alcuni esaltano ed altri cercano di ridurre).

In questo articolo parleremo, invece, delle problematiche di un amplificatore e dei dispositivi attivi utilizzati per farlo funzionare.

Problematiche

In teoria l'amplificatore dovrebbe fornire in uscita un segnale con la stessa forma d'onda di quello di entrata e trasformando tutta l'energia fornita dall'alimentatore in segnale.

Nella realità, però, le cose non sono così semplici.

Infatti tutti i dispositivi attivi (transistor,tubi,ecc.) non sono lineari e, chi più chi meno, comportano sempre una distorsione nel segnale di uscita ed, inoltre, dissipano parte della potenza fornita dall'alimentatore in calore (la quantità di potenza dissipata dipende dalla classe di funzionamento dell'amplificatore che verrà trattata più avanti).

Distorsione

La distorsione è dovuta alla non linearità delle caratteristiche proprie di ogni dispositivo attivo.

Nella seguente figura sono riportate le caratteristiche di un triodo (tubo a vuoto con tre elettrodi):

Per articolo.gif

Si vede chiaramente che le caratteristiche rappresentate non sono delle rette ma sono incurvate nella zona vicina all'asse delle x quindi se noi tracciamo l'andamento della Ia in funzione della tensione di griglia con la Va costante otteniamo:

Articolo 2.GIF

Va=200V

Come si può vedere la linea che otteniamo non è una retta e, quindi, fra il segnale di entrata e quello di uscita non sussiste una relazione lineare; questo porta a delle distorsioni nel segnale che lo rendono dissime da quello originale.

Seconda e terza armonica

Nel caso in oggetto la distorsione sarà prevalentemente di seconda armonica, il che porta a una dissimetria fra le due semionde del segnale di uscita:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Oltre alla seconda armonica (che solitamente rende il suono più caldo) una delle distorsioni più importanti è quella di terza armonica che è molto fastidiosa all'orecchio.

Essa porta ad un appiattimento del segnale in tutte e due le semionde ed è particolarmente presente nei tubi a vuoto con più di tre elettrodi e nei transistor (sia BJT che FET). NB:questi dispositivi verranno trattati in seguito.

Un esempio di distorsione di terza armonica è il seguente:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Potenza assorbita e dissipata

Un amplificatore ideale, abbiamo detto, dovrebbe trasformare tutta l'energia fornitagli dall'alimentatore in segnale di uscita ma nella realtà non è così perchè una parte di questa energia viene dissipata sotto forma di calore dai dispositivi che attuano l'amplificazione (oltre a quella dissipata nei resistori, nei condensatori, ecc.). Ogni amplificatore, quindi, ha due indicazioni di potenza: una indica la potenza assorbita dall'amplificatore e una indica la potenza che si ottiene in uscita come segnale amplificato. Il rapporto fa queste due potenze è detto rendimento dell'amplificatore ed è dato da:

Dove:

Pu è la potenza di uscita

Pa è la potenza assorbita

Dalla formula si capisce che un amplificatore non potrà mai avere un rendimento maggiore di 1 dato che non può creare energia dal nulla ("nulla si crea e nulla si distrugge").

Il rendimento massimo teorico lo si ha con la classe C (ne parleremo più avanti) e si attesta attorno al 100% (anche se in realtà raramente supera il 90%).

Dispositivi utilizzati

Questo paragrafo introduce brevemente al funzionamento dei dispositivi amplificatori più usati cioè BJT (transistor bipolari),FET (transistor ad effetto di campo) e tubi a vuoto (o valvole). Partiremo con il più antico: le valvole:

Il tubo a vuoto

Il tubo a vuoto, o valvola, è un dispositivo elettronico attivo che basa il suo funzionamento sulla caratteristica di alcuni metalli di emettere elettroni se stimolati termicamente (emissione termoionica). Il tubo a vuoto più semplice è il diodo che ha questo simbolo circuitale:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Gli elettroni emessi dal catodo vengono attratti dall'anodo solo se questo è più positivo e quindi il diodo ha la caratteristica di rettificare la corrente che lo attraversa.

Se ora aggiungamo un terzo elettrodo ,detto griglia di controllo, possiamo, applicando ad esso una tensione più negativa del catodo, possiamo controllare la quantità di elettroni che riescono a raggiungere l'anodo.

Ma controllare gli elettroni che passano significa controllare la corrente che passa nel tubo e (dato che per piccole variazioni della tensione di griglia abbiamo una grande variazione della corrente fra anodo e catodo)applicando un segnale alla griglia di controllo otterremo sull'anodo lo stesso segnale amplificato. Abbiamo così creato un triodo che è rappresentato nel seguente disegno:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Esistono altri tipi di valvole usate negli amplificatori che hanno migliori caratteristiche del triodo e sono:tetrodo,pentodo,e tetrodo a fascio. Non verranno trattati singolarmente perchè ci vorrebbe un libro intero ma verranno indicate le loro peculiarita:

Tetrodo: tubo a vuoto con 4 elettrodi: anodo, catodo, griglia di controllo e griglia di schermo; quest'ultima serve a ridurre la capacità che si forma fra griglia e anodo così da permettere al tubo di lavorare a frequenze più elevate.

Pentodo; tubo a vuoto con 5 elettrodi: anodo, catodo, griglia di controllo, griglia di schermo e griglia di soppressione; quest'ultima serve ad evitare che, nel caso la tensione di anodo sia minore di quella della griglia schermo, gli elettroni vengano attratti da essa producendo una considerevole corrente di griglia schermo.

Tetrodo a fascio: tubo a vuoto con 4 elettrodi (li stessi del tetrodo normale) più due deflettori collegati al catodo internamente. Questi deflettori guidano il fascio di elettroni (da qui il nome) verso l'anodo, impedendogli di tornare verso la griglia di schermo.

Nella prossima puntata!

Purtroppo non sono riuscito a condensare tutto ciò di cui avrei voluto trattare in poco spazio, così mi ritrovo costretto a dividere in due la parte dei dispositivi amplificatori. Percui la prossima volta parleremo sopratutto del BJT e dei FET ma non escludo che possano esserci ulteriori argomenti. Un saluto a tutti e alla prossima!