Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

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F.Calabrese
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Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#1 Messaggio da F.Calabrese » sabato 27 febbraio 2016, 11:33

Come al solito, quando prendo il treno porto con me le fotocopie di articoli del Journal of AES da ripassare.

Ieri ho finalmente ritrovato e letto l'epica disfida tra Cherry e Campbell -da una parte- e Stephan Gift, dall'altra...

...una sfida combattuta con 40-50 equazioni per articolo, "botta e risposta", nel 1985.

In due parole: la tesi di Cherry e Cambrell era che -in un ampli controreazionato- è indifferente impiegare un triodo o un pentodo, come è indifferente collegare a Collettore Comune i transistor finali invece che ad Emettitore Comune. Alla fine si ottengono gli stessi valori di impedenza d'uscita (=fattore di smorzamento), di risposta e di distorsione.
Il che è esattamente il contrario di quanto appare intuitivamente.

Gift rispose infuriato, ma la sua analisi matematica confermò il 99 per cento delle affermazioni di Cherry e Cambrell...

Ma la parte più importante di questa querelle è un'altra: nel corso della discussione è emerso un aspetto tecnico che ha sorpreso anche me e che è del tutto sottaciuto dai "progettisti" di elettroniche Hi-Fi, al punto da indurli TUTTI a compiere un errore progettuale a dir poco tremendo...

Ve lo spiego nel prossimo post.

Segue
F.C.

F.Calabrese
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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#2 Messaggio da F.Calabrese » sabato 27 febbraio 2016, 11:33

Fate attenzione, perché il ragionamento NON è semplice, ma le conseguenze sono semplicemente enormi...!

Partiamo osservando lo schema tipico del 98% degli ampli a transistor (dei valvolari parleremo più avanti): eccolo qui sotto.


Immagine

Notate la tipica configurazione a tre stadi, di cui il primo ha un certo guadagno in tensione, superato di molto -però- dal guadagno in tensione del secondo stadio, che opera con un carico a corrente costante (=massimo guadagno e massima impedenza d'uscita). Il terzo stadio è collegato a Collettore Comune, per cui guadagna poco meno di uno in tensione, ma molto in corrente.

Fate attenzione in particolare al condensatore in alto al centro, tra il collettore e la base del transistor che compone lo stadio intermedio: senza quel condensatore l'ampli oscillerebbe...!!! In pratica quel condensatore crea una risposta calante di 6 dB per ottava dai 100-200 Hz in sù, quando l'anello di controreazione generale è aperto.

Ora pensateci bene: dove si creano le peggiori distorsioni in un ampli SS...? Beh... si formano di certo nello stadio di uscita, che ai bassi livelli può distorcere d'incrocio ed agli alti livelli risente del carico reattivo del diffusore e delle Back-EMF che questo rimanda indietro...

Però a correggere queste distorsioni ci deve pensare una controreazione che diminuisce dai 100-200 Hz in sù...!!!

Non solo... ma provate a guardare quell'ampli dal punto di vista delle Back-EMF, che vanno dal diffusore all'ampli... Dove entrano...? AH... già... entrano negli emettitori dei transistor finali... E gli emettitori costituiscono -insieme alle basi- i terminali d'ingresso che consentono la massima amplificazione in tensione...

Non solo... ma lo sapete che la tanto vantata controreazione locale -che avverrebbe nello stadio finale collegato a Collettore Comune- funziona solo e soltanto se lo stadio a monte ha una bassa impedenza d'uscita...?

Ora voi troverete transistor che fanno da driver, ed altri da pre-driver, ma alla fine il segnale lo vanno a prendere da un secondo stadio che ha una impedenza d'uscita altissima...!!!

Non solo, ma la presenza di due o -peggio- tre stadi di amplificazione a guadagno uno, comporta comunque la presenza di maggiori sfasamenti alle alte frequenze, per correggere i quali si è appunto introdotto il condensatore di controreazione locale sullo stadio numero due...

Dove voglio arrivare...? Semplice: provate ad immaginare un finale il cui stadio di uscita (e driver) siano ad emettitore comune, vale a dire con un elevato guadagno in tensione. Immaginate che gran parte di questo guadagno sia utilizzato per creare una controreazione locale, che agirebbe linearmente sino alle più alte frequenze... Ebbene, avremmo creato un ampli lineare ma velocissimo, al contrario della quasi totalità di quelli attuali.

Stando agli studi di Cherry, Cambrell e Gift, questo ampli avrebbe comunque la stessa bassa impedenza d'uscita del suo omologo con il solito stadio di uscita a Collettore Comune, ma avrebbe dei percorsi di controreazione multipli, che scardinerebbero il danno provocato dalle Back-EMF...!!! E queste Back-EMF si troverebbero ad entrare nei collettori... dai quali non verrebbero di certo amplificate !!!

E' chiaro che questo è solo un accenno, da approfondire, ma stiamo discutendo l'ipotesi che il 98% degli ampli a transistor siano configurati in modo maldestro, vale a dire in modo di fornire ottime prestazioni alle misure su carico resistivo ed un pessimo suono quando sono collegati a veri diffusori. E questo noi lo abbiamo tutti avvertito all'ascolto, una volta o l'altra. Qui abbiamo semplicemente una possibile spiegazione, alla quale segue però anche una possibile soluzione tecnico-progettuale.

Interessante... vero...???

Saluti
F.C.

F.Calabrese
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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#3 Messaggio da F.Calabrese » sabato 27 febbraio 2016, 12:09

Quanto ai valvolari, l'analisi di Cherry e Cambrell dimostra -matematicamente- che l'impedenza d'uscita e la distorsione di un ampli a pentodi controreazionato sono le stesse che avrebbe quell'ampli se lo stadio finale fosse collegato a triodo (=controreazione locale). Questo è il motivo per cui i migliori ampli valvolari non impiegano mai dei pentodi collegati come triodi: non servirebbe a nulla ! (*)

Non dimentichiamo che nei valvolari la controreazione è sempre poca ed a banda larga: manca infatti qualsiasi condensatore di compensazione collocato in uno stadio intermedio...! Non solo... ma la loro distorsione d'incrocio è modesta o assente... per cui c'è anche poco da correggere !

Decisamente i circuiti a valvole escono stra-vincenti, da questo tipo di analisi.

Saluti
F.C.

(*): In realtà il collegamento a triodo peggiorerebbe la distorsione dello stadio che lo pilota, costretto ad uno swing maggiore...

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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#4 Messaggio da Tolasudolsa » sabato 27 febbraio 2016, 23:40

Grazie Fabrizio!
Basterebbe un solo post come questo per motivare l'iscrizione a questo forum!
Questa e' INFORMAZIONE!
:D :D :D

Ciao a tutti
Maurizio (Al premzan!) :mrgreen:

F.Calabrese
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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#5 Messaggio da F.Calabrese » domenica 28 febbraio 2016, 10:35

Grazie...!!! :oops:

A questo punto proviamo a proseguire con il nostro ragionamento.

Siamo arrivati al punto di capire che molti dei difetti degli ampli a transistor sono dovuti al fatto che nel 98% dei casi si impiegano i transistor finali in configurazione a Collettore Comune, vale a dire con guadagno unitario in tensione... :?

E se li impiegassero in configurazione ad Emettitore Comune...? Cosa accadrebbe...? 8-)

Beh... da una parte sarebbe più facile implementare anelli di controreazione multipli e locali: una buonissima idea contro le Back-EMF... ma dall'altra parte non sarebbe poi così facile assicurare le corrette correnti di risposto... (per quanto, sappiamo tutti che non sono corrette -e stabili- nemmeno quelle degli ampli CC). ;)

Esistono ampli di questo tipo...? Forse SI', e si tratta di un ampli italiano: il Magnetosolid di Grandinote ( http://www.grandinote.it/tecnologia.html ) il cui schema però non è mai stato pubblicato, per cui non c'è altro da dire se non che suona benissimo. :mrgreen:

Esiste una configurazione ancora superiore...? Secondo me SI', ed è quella a BASE COMUNE: una configurazione una volta molto usata nei trasmettitori, sia a valvole che a transistor, perché è quella che consente la massima estensione della risposta in alto, oltre allo sfruttamento più a fondo della tensione di alimentazione disponibile. A questi pregi, poco significativi per noi dell'Hi-Fi, io aggiungerei la possibilità di regolare alla perfezione la corrente di riposo, visto che la corrente in ingresso è esattamente la stessa che l'ampli erogherà in uscita (!!!). :o

Segue
F.C.

F.Calabrese
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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#6 Messaggio da F.Calabrese » domenica 28 febbraio 2016, 10:35

Non ci resta che domandarci: è meglio in Classe-A o in Classe-AB....???

Nel caso degli ampli a valvole la risposta è semplicissima: è meglio la Classe-A quando è implementata senza controreazione ed in Single Ended, mentre è meglio la Classe AB quando si progettano e realizzano finali in Push-Pull, di potenza superiore (che non distorceranno praticamente mai di incrocio, perché nelle valvole l'intervallo di sovrapposizione ai bassi livelli è amplissimo...).

Nel caso degli ampli a transistor c'è da riflettere, prima di dare una risposta...

La Classe AB a transistor comporta correnti di riposo bassissime, per cui l'ampli lavora "freddo" e la sua alimentazione risulta meglio filtrata (in quanto il ripple nei condensatori di alimentazione è proporzionale alla corrente che vi scorre). Dunque l'ampli è più silenzioso ai bassi livelli. Basta però una "scaldata" per rimettere in discussione questo idilliaco quadro, in quanto il sistema di regolazione della corrente di riposo degli ampli SS è sempre assai più lento dei transienti che tratta l'amplificatore, per cui interviene regolarmente in ritardo e malamente... Vi lascio immaginare le conseguenze.

La Classe A a transistor risolve con eleganza tutti questi problemi, al solo prezzo di tener calde le alettature e di richiedere un'alimentazione stra-ben filtrata: due buoni motivi per cui il costo schizzi in alto vertiginosamente.

A questo punto mi permetto una riflessione assolutamente becera: è proprio comparando i diversi ampli, come abbiamo fatto in questo thread, che si scopre il VERO vantaggio dei sistemi ad Alta Efficienza, che è appunto quello di poter impiegare ampli in Classe A di potenza e costo ragionevoli...

Quello che può fare un FullHorn da 110 dB/1W/1m con un ampli da 20 Watt per canale (p.es. un SE di 845) non riesce di certo a farlo il solito ciofegone asfittico da 87 dB/1W/1m, nemmeno con un ampli di potenza 23 dB superiore, vale a dire 4000 (sì... quattromila !!!) Watt. Semplicemente perché il ciofegone andrebbe in distorsione o direttamente a fuoco...!

Eppure ci sono appassionati che si tengono stretti i loro ciofegoni e credono di risolvere acquistando un ampli da 200-400 Watt per canale, vale a dire un decimo rispetto a quanto conseguibile dall'accoppiata FullHorn/Single Ended...!!!

Saluti
F.C.

F.Calabrese
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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#7 Messaggio da F.Calabrese » domenica 28 febbraio 2016, 15:07

F.Calabrese ha scritto:...
Quello che può fare un FullHorn da 110 dB/1W/1m con un ampli da 20 Watt per canale (p.es. un SE di 845) non riesce di certo a farlo il solito ciofegone asfittico da 87 dB/1W/1m, nemmeno con un ampli di potenza 23 dB superiore, vale a dire 4000 (sì... quattromila !!!) Watt. Semplicemente perché il ciofegone andrebbe in distorsione o direttamente a fuoco...!
ed infatti ecco cosa posta un forumer di VHF:
_Diablo_ ha scritto: 11:54
Posts: 708Member

E non è volutamente una domanda, ma solo una costatazione. Un dato di fatto tratto dalle varie esperienze d'ascolto.
Probabilmente a molti sembrerà ovvio, banale, ma ogni tanto fare il punto della situazione non guasta: la maggior parte degli impianti ha problemi a riprodurre in modo verosimile o credibile la dinamica.

Non so voi, ma spesso rimango deluso nel momento in cui un impianto che mi sembrava grazioso, equilibrato (a prescindere dalla catena che lo componeva) trovandosi ad affrontare un pezzo fortemente dinamico (pensiamo ad una sinfonica) va plateamente in crisi.
Ho perso il conto delle volte in cui andando in giro per fiere, negozi o case si sente una riproduzione perfetta delle solite tracce "audiofile" che tutti ascoltano a ripetizione o che usano come dimostrazione (di solito pochi strumenti in gioco e dinamiche non eccessive), ma poi alla prova del nove con tracce più impegnative ci si rende conto che quella perfezione è limitata a un determinato range di utilizzo. Il peggio è che a momenti ci cascavo, avrei creduto all'illusione del bel suono su quell'impianto se non avessi potuto testarlo con del materiale familiare.

A prescindere dal responsabile di volta in volta, quello che si sente tipicamente in queste situazioni è: indurimento del suono, compressione, impastamento, discontrollo dei bassi, timbrica fuori controllo, collasso dell'immagine sonora e svariati altri sintomi che comunque rovinano l'esperienza d'ascolto. Non parlo solo di problematiche ambientali ma proprio di difficoltà marcate nell'interazione elettroniche-diffusori.

Questo problema afflige impianti di prestigio (fiere, eventi), quelli composti nei negozi e anche quelli casalinghi. Le ragioni tecniche sono ben ipotizzabili, non esiste un diffusore o un'elettronica perfetta, ma per quanto riguarda le ragioni del cuore voi come vi ponete di fronte a questa piaga?

Siete d'accordo? Vi importa? Fate finta di nulla? Cercate delle soluzioni? Lo considerate un aspetto secondario o primario della riproduzione sonora? Demonizzate o perdonate gli impianti che non reggono dinamiche ampie (se hanno altri pregi)? Ecc.

Cercate di evitare celodurismi (del tipo "vieni a sentire il mio impianto che te la faccio sentire io la dinamica") e di non mandare la discussione fuori dai binari.

Nota: per dinamica intendo la differenza tra il fortissimo ed il pianissimo. In termini più generici la capacità di un impianto di seguire e gestire le variazioni di volume contenute nella musica.
Peccato che il forumer non scriva qui: sarebbe un piacere spiegargli il perché... (lì non posso rispondergli)

Saluti
F.C.

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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#8 Messaggio da gigigi » domenica 28 febbraio 2016, 15:49

Triodo o pentodo? Da parte mia, ho sempre letto che la distorsione di un triodo è più benigna, all'ascolto, di quella di un pentodo. Ciò detto da persone che io considero autorevoli. Il punto è che io sono prevenuto: gli ampli a valvole possono, e devono, funzionare senza controreazione. E comunque, non so se la semplice applicazione di controreazione possa trasformare un pentodo in triodo. Ma se lo dicono quegli illustri signori, ci credo. Ma vorrei anche vedere il decadimento armonico dei loro circuiti. E' vero che uno stadio finale a triodi va a stressare maggiormente il driver: questo per il minor guadagno del triodo, ma soprattutto per le capacità parassite placca-griglia. Ma ci possiamo mettere una pezza: in fondo il driver è caricato da un'impedenza alta, anche se reattiva, certamente più "facile" di quella di un crossover di una cassa. Il maggiore swing di tensione, con le valvole, ci fa poca paura.

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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#9 Messaggio da gigigi » domenica 28 febbraio 2016, 16:02

Un ampli a ss controreazionato deve essere compensato per rimanere stabile, e non correre rischi di autooscillazione. Oggi sappiamo che sarebbe meglio se la banda passante open loop superasse la banda audio che ci interessa. Per alcuni motivi (slew rate e saturazione dello stadio precedente) mettere il condensatore di compensazione lì dov'è, sullo stadio amplificatore di tensione che deve fornire tutto lo swing ai finali, non è la soluzione migliore. Io vorrei farvi leggere uno scritto di Stefano Sgandurra, "criteri di progetto di un amplificatore operazionale per alta fedeltà", allegato a Suono 3/1980. E' molto istruttivo. Fabrizio, fammi sapere se non ce l'hai, te ne invio una copia per pubblicarlo.

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Re: Triodi, Pentodi, collettori ed emettitori comuni

#10 Messaggio da gigigi » domenica 28 febbraio 2016, 16:27

Il circuito a base comune si usa in radiofrequenza perchè le capacità parassite (ancora!) non riportano il segnale dall'uscita all' ingresso, ma sono riferite all'elettrodo intermedio (la base) che è collegato a massa. Si ottengono così, buone amplificazioni di tensione e bande larghe. Ma il guadagno in corrente, che ci interessa per pilotare i nostri famelici altoparlanti, è poco minore di 1. Quindi lo stadio driver dovrebbe fornire tutta la corrente richiesta, anzi un po' di più, e siamo daccapo. Non lo considero adatto a stadi finali. Per alcuni anche lo stadio finale a emettitore comune è poco adatto, perchè ha una resistenza di uscita alta. Ci si può ovviare, ancora una volta, con la controreazione.
Due o tre transistor in cascata, nello stadio finale, servono proprio per far vedere al VAS (amplif. di tensione) un'impedenza molto più alta di quella che esso presenta in uscita. Questo per non caricarlo apprezzabilmente e ottenere il massimo dell'amplificazione. Ai fini della back-emf, lo stadio finale, nel suo insieme, vede quindi un'impedenza di pilotaggio molto bassa.
Per contrastare ulteriormente la back-emf si possono usare più dispositivi in parallelo.
Ora che ci penso, un ampli senza controreazione non dovrebbe soffrire di back-emf...o no?

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