PROGETTARE UN AMPLIFICATORE OTL A 6 VALVOLE PER CANALE (seconda parte)
(torna alla prima parte)
STADIO SPLITTER:
Riporto per comodità in questa pagina la figura 3 pubblicata nella prima parte.
Lo stadio splitter, composto dai dispositivi attivi U16, U17
e Q3, serve a fornire alle valvole pilota due segnali amplificati e sfasati di
180°. Per la massima potenza al carico Il livello che devono avere questi due
segnali è pari a 
(vedi prima parte), quindi di valore non così alto da
rendere critica la scelta del punto di riposo, inoltre la resistenza (R30 e
R33) che vedono i due tubi è intorno al megaohm, abbastanza alta da permettere
alle valvole di lavorare con basse correnti di polarizzazioni. Dato che alla
reazione negativa, per essere degna di questo nome, serve un elevato guadagno a
catena aperta (vedremo oltre), mi sono orientato verso la valvola ECC83
che può lavorare bene con piccole correnti e possiede un alto fattore di
amplificazione.
Analizziamo le caratteristiche anodiche della ECC83, Fig 5.
Fig 5
Scelgo in modo arbitrario un punto di riposo nelle curve caratteristiche a metà strada tra l’interdizione e la curva degli zero volt. Ad esso corrispondono le seguenti coordinate:
[36]
[37]
[38]
Dalle quali ricavo:
[39]
Notare che la corrente è doppia di quella che circola nelle singole valvole perché la resistenza R26 è in comune con i loro catodi. Approssimo tale valore di resistenza ad uno commerciale da 470 ohm.
La potenza che deve dissipare tale resistenza è:
[40]
Ne uso una da ¼ W.
Ora siccome il pozzo di corrente per poter funzionare egregiamente ha bisogno che il BJT abbia almeno una quindicina di volt tra il collettore e l’emettitore, la tensione sull’anodo delle valvole deve essere:
[41]
Dove VC è la tensione sul collettore di Q3. Ricavo ora il valore delle resistenze R22 e R23.
[42]
Che approssimo al valore commerciale di 120Kohm. La potenza che devono dissipare queste resistenze è:
[43]
Dove R=R22=R23. Uso il valore commerciale da ¼ W.
Per poter funzionare correttamente lo splitter (vedere teoria splitter) ha bisogno di vedere ai catodi dei tubi una resistenza dinamica molto grande ed è per questo che si usa un pozzo di corrente che per le componenti incrementali ne presenta una di elevato valore mentre per quelle statiche ne presenta una di valore dipendente dalla polarizzazione del BJT.
Per polarizzare la base del transistor ho usato un diodo led verde che al passaggio di una corrente di 10mA provoca una caduta di circa 2V, per polarizzarlo occorre una resistenza di:
[44]
Dove ID (si è trascurata la corrente assorbita dalla base del BJT di entità trascurabile) è la corrente che si desidera scorra nel diodo led e VD è la caduta ai suoi capi. Approssimo tale valore di resistenza a quello commerciale di 10Kohm. La potenza che deve dissipare questa resistenza è:
[45]
Per determinare la resistenza di emettitore R20 applico la seguente formula:
[46]
Dove VBE è la tensione base-emettitore relativa al funzionamento in zona attiva del BJT. Approssimo tale valore a quello commerciale di 820ohm. La potenza che deve dissipare R20 è:
[47]
Ne scelgo una da ¼ W.
La tensione collettore-emettitore del BJT è:
[48]
Quindi la potenza che deve dissipare il transistor è:
[49]
Bisogna scegliere un BJT che abbia le seguenti caratteristiche:
NOTE FINALI:
Le resistenze R38, R39 servono a scongiurare oscillazioni mentre i condensatori C1,C2,C4,C5 si determinano mediante le seguenti formule.
[50]
Dove R = R25 = R24 = R30 = R33 (per R25 ed R24 si è trascurata la resistenza aggiuntiva offerta dal BJT), ed f è la frequenza di taglio desiderata che ho scelto pari ad un 1Hz.
Per uniformare i valori con quelli precedentemente determinati, ho usato anche per questi 1uF. La tensione di lavoro di questi condensatori è bene sia maggiore di quella di alimentazione.
Per quanto riguarda R25 ed R26 ne parlerò in dettaglio nel paragrafo successivo, per il momento è bene sapere che esse riportano all’ingresso parte del segnale presente al carico.
Il guadagno dello stadio splitter, dato che i segnali che transitano in esso sono piccoli, si può determinare senza fare uso del procedimento grafico mediante la seguente formula che è valida sia per il segnale presente sull’anodo di U16 sia per quello presente sull’anodo di U17:
[51]
Dove R è il parallelo tra R22 con R33 o R23 con R30, VE è la differenza tra segnale in ingresso VIN presente sulla griglia di U16 ed il segnale retroazionato VR presente sulla griglia di U17 ed r è la resistenza interna della valvola.
ANALISI DELLA RETROAZIONE:
Per studiare la retroazione e ricavare il guadagno complessivo dell’amplificatore, si fa riferimento a tutti gli stadi prendendo però in considerazione solo un dispositivo che ne fa parte; infatti la serie composta da U16,U15,U1,U3,U5,U7,U8,U9 si occupa di una semionda, mentre la serie composta da U17,U14,U2,U4,U6,U10,U11,U12 si occupa dell’altra ed è quindi irrilevante intraprendere lo studio considerando l’una o l’altra serie.
In figura 6 è rappresentato lo schema a blocchi dell’amplificatore dove sono stati presi in considerazione tutti i dispositivi che forniscono il segnale al gruppo superiore delle valvole.
Fig 6
La formula che ci permette di determinare il guadagno di un amplificatore retroazionato è la seguente:
[52]
Dove
[53]
e
[54]
Uno dei vantaggi della retroazione è
che se l’amplificazione a catena aperta A è abbastanza elevato da rendere
trascurabile il numero 1 al denominatore della [52] rispetto al prodotto 
, l’amplificazione non è più
dipendente dai dispositivi interni alla catena ma solo dall’inverso di 
:
[55]
Quindi stabile quanto lo possono
essere le resistenze che compongono il partitore. Per prima cosa, basandoci
sull’ipotesi suddetta, determiniamo dalla [55] il necessario ai nostri scopi.
Fissando la sensibilità dell’amplificatore a 1V ottengo:
[56]
Dove 
è il picco di tensione al
carico e vin è il segnale presente all’ingresso dell’amplificatore.
Da cui:
[57]
Imponendo R35 pari a 22K dalla [54] determino R36:
[58]
Approssimo tale valore a quello commerciale di 1K con il quale la sensibilità sarà leggermente più grande di quella impostata e cioè pari a circa 0.8V.
Il nuovo è:
[59]
Il prodotto 
vale:
[60]
Non è eccezionale ma comunque essendo più grande di circa 10 volte il numero uno al denominatore della [52] si può considerare valida la [55]. Il guadagno globale del nostro amplificatore è quindi:
[61]
Le resistenze R36 ed R35, essendo attraversate solo dal segnale audio, possono essere da ¼ W.