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Amplificatori OTL

Indice Argomento Corrente
1) Configurazione SRPP (acronimo di Shunt Regulated Push Pull)
2) Configurazione Inseguitore Catodico Push-Pull
3) Configurazione Single Ended Push-Pull (SEPP)
4) Configurazione Futterman
5) Configurazione Circlotron
6) Scelta dei tubi termoionici per la realizzazione di un OTL
7) Julius Futterman

Un OTL, o Output Transformer Less (in italiano "Amplificatore senza Trasformatore di Uscita") è un amplificatore elettronico. Nonostante la definizione generica che potrebbe adattarsi anche ai componenti allo stato solido, è tipicamente a valvole, in cui le valvole termoioniche dell'amplificatore sono direttamente accoppiate al carico senza un trasformatore di accoppiamento per adattare l'impedenza. Questo permette di evitare la distorsione del trasformatore (che è anche il componente più pesante e costoso dell'amplificatore) ma introduce altri problemi, sopratutto progettuali. La via per collegare l'amplificatore direttamente al carico porta ad abbassare l'impedenza di uscita dell'amplificatore tramite soluzioni circuitali particolari, valvole termoioniche particolari e, se possibile, contemporaneamente ad aumentare l'impedenza del carico (casse ad alta impedenza) usando, ad esempio, dei diffusori elettrostatici.

Configurazione SRPP (acronimo di Shunt Regulated Push Pull)

Circuito SRPP

Si tratta di un tipo di circuito usato nei primi amplificatori OTL. Sul catodo di V1 a riposo abbiamo una tensione che è +Vcc/2. Questo circuito è veramente elegante nella sua semplicità, quando il segnale rende la griglia di V2 meno negativa e V2 conduce di più, passa più corrente, ai capi di R1 la tensione aumenta e, quindi anche la tensione negativa sulla griglia di V1 che viceversa tende a condurre di meno. Questo circuito si comporta in definitiva come un push-pull. E' possibile ovviare al condensatore C2 con una alimentazione duale.

Configurazione Inseguitore Catodico Push-Pull

Amplificatore OTL inseguitore catodico push pull

Agli ingressi Ing.1 e 2 viene applicata una tensione sfasata di 180° che ritroviamo poi ai capi del carico (RC). Se le due valvole termoioniche sono uguali, ai capi del carico, in condizione di riposo la tensione è nulla. La simmetria dei circuito è perfetta e la distorsione è molto bassa. Unico problema, l'impedenza di uscita è abbastanza alta. Un amplificatore realizzato con questa configurazione usando ad esempio delle 6C33C-B a coppie in parallelo (4 totale) darebbe in uscita su 8Ω una potenza massima di 2,5 Watt. Potenza in assoluto bassa che potrebbe anche bastare con dei diffusori con una efficienza molto alta. Da notare che se l'impedenza di carico RC raddoppia e passa da 8Ω a 16Ω la potenza massima raddoppia (ovviamente adattando anche i valori di R3-R5 e R4-R6), questo perché l'adattamento di impedenza migliora fino a che l'impedenza del carico non diviene uguale alla resistenza anodica della valvola. In pratica l'amplificatore per valori di resistenza anodica molto maggiori di quella di carico si comporta come un generatore di corrente, essendo la potenza W=RC x I2 al raddoppiare di RC raddoppia la potenza. Come si determina la potenza massima ottenibile sul carico? Basta determinare la massima corrente che la valvola è in grado di erogare, in questo caso 560 mA X 2 (il numero delle valvole in parallelo), quindi 1120 mA = 1,12 A. Questa è la corrente massima che può attraversare il carico. La corrente efficace tenendo conto di una sinusoide come segnale da amplificare è Iaeff=1,12/1,41=0,79A. Tenendo conto di un carico di 8Ω la potenza massima è data Weff=8 x 0,79 x 0,79=5 Watt. Tenendo conto che in parallelo e in serie a RC (alternativamente in funzione del segnale) abbiamo R3-R5 e R4-R6 per ottenere il miglior trasferimento di potenza siamo costretti a dimensionarle di valore uguale a RC quindi avremo un consumo di potenza di almeno il 50%. Quindi la potenza sul carico scende a 2,5Watt.

Configurazione Single Ended Push-Pull (SEPP)

Configurazione Futterman

Questo amplificatore ha come vantaggio un miglior adattamento di impedenza per quello che riguarda il carico, ma anche una difficile taratura, in quanto è fortemente asimmetrico. Per sommi capi la valvola V1 vede il carico come se fosse collegata come inseguitore catodico, quindi con una amplificazione massima che è 1, mentre V2 vede il carico come se fosse collegata nella configurazione a catodo comune, quindi con una amplificazione maggiore di 1. Questo implica che il segnale in ingresso a V2 debba essere tarato con in trimmer (Trim) in modo che il risultato finale sia che l'uscita delle due valvole sia perfettamente uguale. In prativa Trim attenua quanto la valvola V2 amplifica. Purtroppo in questa configurazione è necessaria una alimentazione duale, oppure il condensatore di disaccoppiamento C4 che funge anche da alimentazione fittizia per la valvola V2 quando V1 conduce meno di V2. Anche in questo caso valgono le considerazioni relative alla potenza erogata in uscita che abbiamo visto per la Configurazione Inseguitore Catodico Push-Pull, ma con la miglioria che non ci sono carichi concorrenti alla resistenza di carico, quindi tutta la potenza (5Watt in relazione al caso precedente) la ritroviamo in uscita sul carico. Si tratta a tutti gli effetti della configurazione SRPP migliorata, in cui anche la valvola V1 viene pilotata in modo diretto dal segnale da amplificare.

Configurazione Futterman

Amplificatore configurazione futterman schema di principio Amplificatore configurazione futterman schema di principio modificato

Amplificatore Futterman Classico

Amplificatore Futterman Modificato

L'amplificatore di Futterman è una evoluzione del Single Ended Push-Pull, risolve il problema del diverso pilotaggio dei due triodi in cui uno è collegato come inseguitore catodico e l'altro a catodo comune. Egli propose che la resistenza di catodo dell'invertitore di fase fosse messa a terra attraverso il carico, piuttosto che direttamente, come sarebbe stato più logico fare. Questo comporta una reazione negativa sull'invertitore tale da rendere simmetrico il pilotaggio delle valvole finali.

Configurazione Circlotron

Schema di principio amplificatore otl circlotron

A sinistra lo schema di principio di un amplificatore Circlotron. Questo schema è esattamente simmetrico, a costo di una notevole complicazione del circuito di alimentazione. Gli ingressi Ing.1 e 2 hanno un segnale sfasato di 180° che viene da un invertitore di fase, tutte e due le valvole lavorano allo stesso modo nella configurazione ad inseguitore catodico. Questa configurazione circuitale è stata utilizzata nell' Electro-Voice Circlotron del 1955, ma non fu mai applicata in un OTL commerciale fino a che Atma-Sphere Music Systems ha prodotto il modello MA-1 alla fine del 1980. Se volete vedere la configurazione OTL portata al suo massimo sviluppo vi consiglio di andare a vedere il sito di Atma-Sphere Music Systems.

Scelta dei tubi termoionici per la realizzazione di un OTL

Semplicemente occorrono delle valvole termoioniche in grado di gestire un'alta corrente, con una impedenza interna bassa. Le valvole normalmente impiegate nelle soluzioni commerciali sono triodi progettati inizialmente per essere usati negli alimentatori valvolari stabilizzati come regolatore serie. Per avere un'idea dello stato dell'arte potete guardare le caratteristiche della famosa Sovtek 6C33C-B, un triodo di potenza. Nata come valvola militare dopo il crollo dell'unione sovietica e ora disponibile a buon prezzo. Molto simile nelle prestazioni a 6336A, ma molto più economica, questa valvola è costruita come un carro armato con il vetro di notevole spessore e rinforzi interni per ridurre la microfonicità. Si è rapidamente affermata come valvola finale preferita dai progettisti OTL di tutto il mondo.

Julius Futterman

Julius Futterman fu il primo progettista ad interessarsi seriamente di OTL con l'idea di migliorare le caratteristiche degli amplificatori audio eliminando il trasformatore di uscita. L'idea che l'OTL rappresentasse una eccellente configurazione per un amplificatore fece nascere il progetto iniziale nell'anno 1954 e fu la prima configurazione OTL ad essere resa anche commerciabile. L'evoluzione del design OTL seguì l'avanzare della potenza e della qualità delle valvole realizzate dai vari costruttori. La prima valvola di potenza ad essere utilizzata allo scopo fu la 12B4, in origine realizzata come finale per autoradio. Una delle ultime versioni impiega invece le 6LF6, ovvero la più famosa e generosa valvola utilizzata per la scansione orizzontale degli apparecchi televisivi.

La sua posizione di unico progettista di rilievo di apparecchi valvolari, concesse a Futterman l'accesso privilegiato ad una vastissima serie di valvole non appena queste vedevano la luce, applicandole all'evoluzione continua dei propri amplificatori. All'epoca il problema era la durata e l'affidabilità, avendo molte valvole in parallelo per abbassare l'impedenza di uscita il tempo medio fra un guasto e l'altro si abbassava a livelli preoccupanti (MTBF di una valvole/numero delle valvole), questo tipo di amplificatore al giorno d'oggi con l'evoluzione delle tecnologie produttive risulta sufficientemente stabile e duraturo.

Dopo la piccola produzione commerciale di apparecchi OTL di prima concezione, solamente dopo la morte di Futterman la Harvey Rosenberg portò la configurazione OTL ad una produzione su più larga scala. Questi amplificatori in passato non arrivarono mai ad una diffusione rilevante.

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