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Accoppiamento fra vari stadi di un amplificatore
Indice Argomento Corrente |
1) Prefazione |
2) Accoppiamento Capacitivo |
3) Accoppiamento Diretto |
4) Accoppiamento a Trasformatore |
Prefazione
Per accoppiamento si intende il collegamento fra vari stadi di un amplificatore.
Per quello che riguarda gli stadi preamplificatori, il segreto di un buon accoppiamento risiede nel non caricare mai lo stadio precedente con l'impedenza di ingresso di quello successivo, mentre negli amplificatori di potenza ci deve essere il miglior adattamento di impedenza possibile per trasferire quanta più potenza possibile sul carico.
L'accoppiamento fra gli stadi di un amplificatore concorre a determinare la banda passante dello stesso.
Accoppiamento Capacitivo
I principali accoppiamenti in uno stadio amplificatore, sono in ingresso e in uscita.
Sia in ingresso, nel caso della polarizzazione della griglia, sia in uscita sull'anodo o sul catodo abbiamo una componente continua sovrapposta ad una componente alternata.
A noi interessa solo quest'ultima (la componente alternata) che rappresenta il nostro segnale da amplificare o amplificato, quindi dobbiamo rimuovere la componente continua.
In questo caso usiamo un accoppiamento capacitivo e realizziamo un filtro passa-alto che trasferisce solo la componente alternata.
Quello che stiamo implementando è un condensatore di accoppiamento che forma un filtro passa-alto con la resistenza di carico.
Nel disegno a sinistra è riprodotto lo schema di un preamplificatore a due stadi con accoppiamento a condensatore. Nel dettaglio ponendo dei valori (di componenti che abbiamo nel cassetto) verifichiamo che vadano bene tenendo conto delle seguenti regole: |
Sovente in un accoppiamento di tipo capacitivo possiamo incontrare il seguente caso costituito da una resistenza detta "grid stopper" (Rgs) messa in serie al condensatore (C1), come nel disegno a sinistra. |
Accoppiamento Diretto
E' usato raramente e solo per ottenere dei risultati particolari soprattutto per quanto concerne la frequenza minima della banda passante di un amplificatore.
Con l'accoppiamento diretto si eliminano anche le rotazioni di fase che si manifestano in prossimità della frequenza di taglio di un filtro RC, e si evitano dei problemi autooscillazione dovuti alla possibile controreazione globale.
Un importante difetto di questo tipo di accoppiamento si manifesta con l'invecchiamento dei componenti che variano le loro caratteristiche, ed essendo accoppiati direttamente, non rimane isolato al singolo stadio come avviene per esempio con l'accoppiamento capacitivo, ma comporta una variazione dei punti di lavoro di tutto il complesso.
Questa disposizione circuitale merita di essere menzionata, per conoscenza, ma implica una complessità che in questi testi mirati al principiante vorremmo evitare.
Nell'immagine a sinistra due triodi accoppiati direttamente. |
Accoppiamento a Trasformatore
Questo tipo di accoppiamento è molto comune per adattare l'impedenza delle valvole finali alle casse acustiche ed è universalmente noto nel mondo dell'audio valvolare.
Tuttavia questo tipo di accoppiamento può venire usato anche per accoppiare stadi preamplificatori, tuttavia in questo ambito non è migliore dell'accoppiamento capacitivo, introducendo distorsioni legate ai cicli di isteresi e alla non linearità dei trasformatori.
Invece per quello che riguarda l'accoppiamento dei diffusori (che notoriamente hanno impedenze molto basse 4-8 Ω) non vi sono alternative a basso prezzo, mentre per quello che riguarda la fascia altissima degli amplificatori, troviamo accoppiamenti OTL (Output Transformer Less), che sfruttano molte valvole in parallelo per abbassare l'impedenza con ovvi problemi di riscaldamento e di durata.
Qui a sinistra possiamo vedere un tipico stadio finale con accoppiamento a trasformatore in un finale single-ended. Da notare: nel caso in esame si presuppone che lo stadio precedente abbia l'uscita sul catodo, nel caso in cui lo stadio precedente abbia l'uscita sull'anodo il terminale a massa di T1 deve essere collegato a +Vcc, quindi il trasformatore si viene a trovare nella stessa configurazione di T2 rispetto a V1. |
Lo schema a sinistra rappresenta un interessante paradosso. |
Dimensionamento dei componenti
In fase di progetto occorre dimensionare correttamente la potenza dei resistori e la tensione di lavoro dei condensatori, nonché la tipologia più adatta per l'impiego specifico.
Per il calcolo della potenza dei resistori non vi è nulla di difficile, basta moltiplicare la tensione ai capi per la corrente che li attraversa, per i condensatori di accoppiamento interstadio si dimensiona la tensione di lavoro uguale o leggermente maggiore di quella di alimentazione dello stadio, per quelli di bypass della resistenza catodica si somma la tensione di polarizzazione di griglia e quella di picco del segnale più un margine di sicurezza.
Per una scelta di tipo qualitativo è leggermente più difficile. Per esempio:
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Nei preamplificatori è conveniente utilizzare resistori a film metallico perché producono un rumore contenuto e mantengono alto il rapporto segnale/rumore
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Negli amplificatori finali il rumore dei componenti come i resistori essendo il segnale già ad un livello alto ha poca influenza sul rapporto segnale/rumore.
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Negli accoppiamenti interstadio occorre scegliere dei condensatori con un basso effetto memoria come ad esempio quelli con dielettrico plastico.
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Per il bypass delle resistenze catodiche possono essere utilizzati dei condensatori elettrolitici perché l'effetto memoria è meno dannoso.