lunedì 30 giugno 2014

Guida Ardour: funzionamento della valvola per amplificazione.

Maria Susana Diaz | 16:58 |
Visto che l'articolo con i consigli sull'uso delle valvole continua ad essere un "best-seller" mi sono documentato ed ho pensato di proporvi un po' di storia della valvola, come nasce e si sviluppa, per capire su quali principi funziona e rendere un po' meno oscura l'apparente complessita' di questi aggeggini magici in vetro e metallo!

L'origine della valvola va' ricercata nel periodo in cui Thomas Edison, dopo aver realizzato con successo la prima lampadina a filamento, si chiese cosa sarebbe successo se avesse aggiunto un elemento conduttore nel bulbo della lampadina.

Usando un misuratore di corrente, Edison trovo' che, pur non essendo fisicamente connessi, vi era un flusso di corrente tra gli elettrodi.

Piu' tardi si sarebbe osservato anche che dando una carica positiva all'elettrodo, chiamato placca (Plate), la corrente aumentava in maniera significativa.

Nel 1901, uno studio riporta come, aumentando il livello energetico all'interno del bulbo il movimento degli elettroni aumenta. Un modo per farlo e' aumentando la temperatura degli elettrodi, da cui le "emissioni termoioniche" e piu' tardi "valvola termoionica".

Quando poi la temperatura e' sufficientemente alta, gli elettroni sufficientemente veloci, sfuggono alle loro orbite e si allontanano dal metallo; questo e' il principio alla base del funzionamento della valvola. 

Un altra cosa interessante e' che quando gli elettroni si allontanano dal metallo (emettitore/emitter) vanno a formare una sorta di "nuvola di elettroni"; a causa di questo l'emitter diventa nettamente positivo (meno elettroni nel metallo = piu' elevata carica positiva) e cerca di riattirare a se' gli elettroni sfuggiti.
Siccome pero' la carica della nuvola e dell'emettitore sono in equilibrio, la carica finale e' uguale a zero. Ancora, all'aumentare del calore aumenta il numero degli elettroni nella nuvola e anche l'energia potenziale che li accompagna.
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Una digressione teorica per chi non e' addentro all'elettronica: un elettrone convenzionalmente ha carica negativa (-) e, sempre convenzionalmente, tende a viaggiare dal polo negativo (-) al polo positivo (+). Tanto maggiore e' la differenza di potenziale tra i due poli, tanto maggiore e' l'energia che attira l'elettrone, tanto piu' esso viaggia veloce e con forza. Fine digressione.
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valvola triodo
Il tipo di valvola piu' semplice e' il cosidetto triodo, formato da un elettrodo caldo, detto "catodo", uno freddo detto "placca" e una "griglia", una rete di sottili filamenti posta tra catodo e placca.

Siccome un piccolo cambiamento di voltaggio della griglia genera una grossa modifica nel flusso di elettroni tra catodo e placca, si rende cosi' possibile ottenere un'amplificazione. Si e' osservato che dando una carica negativa alla griglia si rallenta il flusso di elettroni, fino a fermarlo. Questo voltaggio negativo della griglia e' definito come il "BIAS".

Cio' avviene perche' di suo l'elettrone lascia il catodo per andare verso la placca, ma incontrando una carica negativa sul suo percorso data dalla griglia viene respinto verso il catodo da cui era partito. In questo modo si puo' controllare quanto passaggio di corrente avviene all'interno della valvola.

Ma non e' certo finita.

Un triodo ha problemi dovuti al cosidetto "effetto Miller"; la griglia introduce una certa capacita', come se fosse un condensatore, e questa aumenta all'aumentare dell'energia. Per evitare questo effetto si aggiunge una seconda griglia (screen grid, grid 2 o G2) a cui viene data una carica positiva minore ripetto a quella della placca.
Il risultato e' che la G2 lavora insieme alla placca nell'attirare gli elettroni. La capacita' risulta ridotta per via della superficie trascurabile della G2 (che e' una rete finissima) che e' anche la prima fonte di attrazione, lasciando la placca libera da influenze.

Cosi' si e' ottenuto il tetrodo.

Ma un altro problema sorge a questo punto ed e' quello delle "emissioni secondarie".

Gli elettroni che viaggiano da catodo a placca sono molto veloci e possiedono molta energia. Cosi', quando arrivano a colpire la placca, rimbalzano e colpiscono anche gli elettroni vicini, come in un biliardo. Tutto questo puo' portare ad un effetto a catena che determina una generazione di corrente secondaria. Per porvi rimedio si monta una terza griglia detta di soppressione (G3, Grid 3 o suppressor grid) tra la placca e la G2. Normalmente la G3 e' collegata direttamente a massa, ottenendo di essere sempre negativa rispetto alla placca.

Dal momento che la superficie della G3 e' trascurabile, gli elettroni passano e colpiscono la placca senza problemi; quelli che rimbalzano hanno un basso potenziale e poca energia cinetica quindi, tentando di tornare verso la G2 che e' positiva, vengono respinti dalla G3 negativa e sono costretti a tornare verso la placca, annullando di fatto le dispersioni.

Questo tipo di valvola e' detto "pentodo".

Le valvole pensate per i circuiti di potenza sono pentodi, piu' larghe e grandi dei normali triodi usati ad esempio negli stadi di preamplificazione, ma con una differenza; al posto della griglia di soppressione usano le "beam forming plates". Sono internamente connesse al catodo, entrambi connessi a massa e sono realizzate in un modo tale da canalizzare il flusso di corrente in due canali distinti e canalizzati. Lavorano come una griglia di soppressione senza essere una griglia. Fanno parte di questa famiglia di valvole le EL34, EL84, 7591A eccetera.

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