Cosa voglio fare? voglio semplicemente costruire un amplificatore che mi faccia sentire in altoparlante ciò che esce fuori da una mia radio a galena.

Cioè ho  una radio a galena , ci "zacco " il mio amplificatore autocostruito e vedo se riesco a sentire qualcosa in altoparlante.

Prendiamo in considerazione la radio a galena:

Con questi dati di partenza ho costruito  questo benedetto amplificatore.

Ho Utilizzato due valvole,:

un doppio triodo ECC82 ed un pentodo finale EL84.

 L'amplificatore è costituito da tre parti:

1. alimentazione;
   
2. preamplificazione;
3. amplificazione finale.

Lo schema è riportato in fig.1a

Per l'alimentazione ho impiegato un trasformatore toroidale con un primario 220 e due secondari, uno da 190 V 0,15A per l'anodica  e l'altro da 6,3 V 2A per i filamenti..

La cc anodica è ottenuta grazie ad un ponte di diodi ( 4 diodi IN5408) ; il filtro è costituito da due impedenze con RL=1700Ω ed induttanza pari a 3850mH.

La tensione in uscita nel punto B di fig.1a è pari a circa 190 Volt, quella nel punto C è pari a circa 137Volt.

Queste tensioni corrispondono alla Vcc della anodica della finale ed alla Vcc dell'anodica delle ECC82.

Il filtro è indicato in fig.1a; per il calcolo del ripple vedasi "Alimentazione".

Il secondo stadio è identico al primo ; l'amplificazione totale è dunque pari a:

A_tot= 6,28 x 6,28 ≈ 40

Il problema ora non è tanto l'amplificazione della tensione quanto quello di trasferire il massimo della potenza disponibile nell'anodo della finale all'altoparlante. senza distorsioni apprezzabili.

Occorre cercare un compromesso fra potenza trasferibile e distorsione.

Sappiamo che il trasferimento della potenza è massimo quando l'impedenza della finale è uguale a quella dell'altoparlante.

Nel nostro caso l'impedenza della finale Z1, ,  è indicata nei data sheet è pari a 5,2KΩ  e l'impedenza dell'altoparlante Z2 è di 4 Ω.

E' quindi necessario utilizzare un trasformatore d'uscita in grado di adattare le due impedenze. 

L'impedenza del primario dovrebbe essere dunque pari a 5.200 Ω ; ma in questo caso la distorsione è sopportabile? 

Tutto dipende dal punto di lavoro e dalla retta di carico prescelta.

Nel mio progetto ho utilizzato una retta di carico come in fig.5.

Come è scaturita tale scelta?

la retta di carico prescelta, come detto,  è stata quella di colore granata di fig.5a. 

Tale   retta  incontra l'asse delle ascisse nel punto Va=Vcc=180 , la curva Vg=-6V nel punto di coordinate 96V - 0,58A. e l'asse delle ordinate nel punto Ia= 125mA.

In tale punto l'impedenza del primario del TU è pari a 180V / 0,125A = 1.440Ω .

Prendiamo in considerazione il grafico delle caratteristiche anodiche della nostra valvola finale di potenza e disegnamo la retta di carico ( granata  di fig.5c).

Poichè la  corrente d’uscita segue  il punto di lavoro sulla retta di carico , possiamo disegnare  il suo andamento in funzione della tensione  del segnale all’ingresso.

Il segnale di ingresso è una cosinusoide  ( una funzione pari).

Essendo la corrente in uscita una distorsione di una funzione pari,  ha nel suo sviluppo in serie solo i termini in coseno ; cioè:

i_a  =a ₀ + a ₁ cos ωt + a ₂ cos 2ωt + a ₃ cos 3ωt +a ₄ cos 4ωt +-----+a _n cos nωt con n che tende all'infinito (vedi teorema di Fourier).

Supponiamo che sia sufficiente fermarci alla quarta armonica (cio che accade per i pentodi) e cioè che si abbia a che fare con la seguente equazione:

i_a  =a ₀ + a ₁ cos ωt + a ₂ cos 2ωt + a ₃ cos 3ωt +a ₄ cos 4ωt ;

Come faccio a trovare i 5 coefficienti a ₀ , a ₁ ,  a ₂ ,  a ₃ , a ₄ ? 

Occorre scrivere 5 equazioni.

Queste 5 equazioni si ottengono ponendo nella prima ωt =0°, nella seconda ωt= 60°, nella terza ωt=90°, nella quarta ωt=120°, nella quinta ωt= 180°.

I valori angolari sono riportati in fig.5b (possono essere scelti anche altri valori angolari).

Ottenute le cinque equazioni in cinque incognite posso risolvere il sistema ed ottenere:

a ₀= (i _max+i _min +2(i₂+i₁))/6 ( componente continua)

a ₁=(i _max- i _min + i₁-i₂)/3 ( prima armonica fondamentale)

a ₂=( i _max+i _min-2i₀)/4 (seconda armonica)

a ₃=(i _max-i _min+2(i₂-i₁))/6 (terza armonica 

a ₄=(i _max+i _min-4(i₁+i₂)+6i₀)/12 (quarta armonica)

l'espressione della distorsione è :

d= (radq(a_2eff²+a_3eff²+a_4eff²))/a_1eff ;

per ottenere i valori efficaci dei coefficienti  basta dividere  a₀ , a₁  ,  a₂  ,  a₃  , a₄  per radq(2).

Dal grafico di fig 5c leggiamo:

i _max = 96 mA ; i₁ = 77 mA , i₀ = 59mA;  i ₂ = 41 mA ,i _min = 20mA ;

calcoliamo ora i valori dei coefficienti:

a ₀= (i _max+i _min +2(i₂+i₁))/6 = 0,059 A;  a_0eff = 0,044148 A;

 a ₁=(i _max- i _min + i₁-i₂)/3 = 0,037 A;  a_1eff = 0,026 A;

a ₂=( i _max+i _min-2i₀)/4 = 0 A; a_2eff = 0A;

a ₃=(i _max-i _min+2(i₂-i₁))/6 =0,000666 A; a_3eff = 0,000472 A;

 a ₄=(i _max+i _min-4(i₁+i₂)+6i₀)/12 =-0,00033 ;a_4eff = -0,00024 A;

noti i valori efficaci dei coefficienti posso finalmente calcolare la distorsione.

Nel caso in esame la distorsione è pari a:

                                  d=0,024 (2,4%) ;

essa è abbastanza ridotta e pertanto accettabile.

La potenza trasmessa è pari al 70% di quella massima trasferibile.

In fig.5a notiamo che riducendo la pendenza della retta di carico aumenta la resistenza e quindi la percentuale di potenza trasferibile ma contemporaneamente aumenta notevolmente la distorsione. 

• La tensione efficace che la valvola eroga in uscita è : 
  

V_eff= √(WxRv) = 131 V ( W  rappresenta i Watt erogati, riportato sui data sheet della valvola, ed Rv l'impedenza di uscita della valvola pari , nel nostro caso a  1440Ω.)

• si stabilisce la frequenza di taglio inferiore  ft , di solito pari a  50 , 70  Hz;
  
• Con la  formula empirica  S₀ = 10√(W/ft)  si calcola la superficie in cm² dei lamierini ; S₀ =4,14  cm²
  

• si calcola poi il numero delle spire utilizzando la formula : 
  

n°spire = (V_eff x 10.000) / (4,44 x S x ft x B₀) = 2036

• si calcola il rapporto spire primario fratto spire secondario utilizzando la formula di cui sopra si è fatto cenno : r=√Rv/Ra = 19
  
• si calcola la corrente che circola nel primario : Ip= √W/Rv =0,091 A
  
• usando una formula empirica  dp= 0,7 √Ip   si calcola in mm il diametro del filo di rame smaltato del primario; dp= 0,21 mm
• si calcola la corrente che circola nel secondario : Is= √W/Rs  ; Rs è l'impedenza dell'altoparlante.;  Is= 1,73A
• usando una formula empirica  ds= 0,7 √Is   si calcola in mm  il diametro del filo di rame smaltato del secondario; ds = 0,91 mm

Il punto di lavoro ha coordinate: (63mA,130Volt, -6Volt).

supponiamo  di avere sulla griglia della finale un segnale picco-picco di circa 8Volt come si nota in fig.5.

Tale segnale fa variare la corrente e la tensione anodica.

La ΔVa come si legge nelle fig.7 è pari a ΔVa=106Volt ; la ΔIa é pari a ΔIa=76ma ; sono valori picco-picco.

La potenza utile é pari a :  (ΔVa/2 x ΔIa/2)/2  = 1,07 Watt

La potenza assorbita dall'anodo è :95 x 0,058 = 5,51Watt  (vedi fig. 5)

Il rendimento è pari a circa 0,20 , basso come c'era da aspettarsi trattandosi di amplificazione in classe A..

Abbiamo detto all'inizio che le frequenze interessate sono quelle tipiche della voce umana cioè fra  100 e 1200 Hz.

Per garantire il passaggio della frequenza minima devo tener conto che nel caso trattato abbiamo tre filtri passa alto con la medesima frequenza di taglio posti in cascata.

Sappiamo che il filtri passa alto che operano in tal modo (in cascata con medesima frequenza di taglio) limitano la banda passante aumentando complessivamente il valore della frequenza di taglio inferiore.

Bisogna cioè calcolare i filtri tenendo conto di una frequenza di taglio inferiore (f)  a quella desiderata (fd).

La formula è f= fd√((  ⁿ√2)-1)) dove f  è la frequenza da usare nei calcoli , fd è la frequenza desiderata  ed n il numero dei filtri.

Nel nostro caso la frequenza da prendere in considerazione per il calcolo dei filtri passa alto, essendo la frequenza desiderata pari a 100Hz,  è  f= fd√((  ³√2)-1)) da cui si ricava f=50 Hz.

Allora per il primo filtro C1 _Rg1  abbiamo :

Rg1 = 470.000  Ω (vedi sopra);

C1= 1/2xπxfxRg1 = 6,77 nF  ho montato un 47nF ;

per il secondo filtro C2_Rg2 abbiamo:

 Rg2 = 470.000  // Rg3 ≈ 45KΩ ;

C2= 1/2xπxfxRg2 = 70 nF  Ho montato un 100nF;

per il terzo filtro C3_Rg3 abbiamo:

Rg3  = 470.000  Ω ;la resistenza deve essere almeno uguale a 10 x Rc3

C3 = 1/2xπxfxRg1 = 6,77 nF ho montato un 47nF ;

I condensatori di catodo delle due ECC82 poiché devono permettere senza problemi il passaggio della frequenza di 100Hz è bene che abbiano una impedenza , a quella frequenza,  almeno 100 volte inferiore del valore della resistenza di catodo ;

sarà dunque : C= 1/ (2πf (Rk/100)) = 1/(2π x 100 x 17) = 93μF ; si è posto, nel catodo delle due ECC82,  un condensatore di 100μF.

Identico ragionamento si fa per la determinazione del condensatore di catodo della finale.

In questo caso si ha:  C= 1/ (2πf (Rk/100)) = 1/(2π x 100 x 3,,2) = 497 μF ; si è posto, nel catodo della finale   un condensatore di 1000 μF.

Per quanto riguarda la tensione dei condensatori, è facile la loro determinazione..