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Ultimo Aggiornamento: 30/08/2023 10:37:37

Alimentazione Filamenti posti in serie fra loro

Indice Argomento Corrente

1) Premessa

2) Limiti della Alimentazione dei Filamenti posti in serie fra loro

3) Soluzioni circuitali per l'Alimentazione dei Filamenti posti in serie.

4) Alimentazione dei Filamenti posti in serie: altre applicazioni in chiave moderna.

1 - Premessa

Per i costruttori di apparati commerciali poter risparmiare è stato sempre l'obbiettivo principale per poter poi proporre apparati più a buon mercato della concorrenza.
In questa ottica si è sempre cercato di limitare il costo adottando delle soluzioni che permettevano di fare a meno, in questo caso, del trasformatore per alimentare i filamenti delle valvole.

La soluzione era di mettere tutti i filamenti in serie e alimentare il tutto direttamente con la tensione di rete. Questa soluzione non era priva di inconvenienti.

2 - Limiti della Alimentazione dei Filamenti posti in serie fra loro

• Tutte le valvole i cui filamenti sono posti in serie devono avere la stessa corrente di accensione dei filamenti.
  Quindi dette valvole devono essere appositamente prodotte allo scopo.
  Le valvole di potenza che hanno un catodo più grande e che quindi richiedono un filamento di maggiore potenza a parità di corrente che le attraversa devono avere una resistenza di filamento più alta (P=RxIxI) quindi ai loro capi la caduta di potenziale sarà più alta che nelle altre valvole i cui filamenti sono in serie.
  In pratica venivano espressamente prodotte serie complete di valvole progettate allo scopo.
  

• Tutte le valvole devono essere del tipo a riscaldamento indiretto.
  

• La tensione massima fra catodo e filamento deve essere compatibile con questo tipo di impiego.
  

• Occorre all'atto dell'accensione un circuito che limiti la corrente che passa nei filamenti in quanto a filamenti freddi la resistenza degli stessi è molto bassa.
  Può anche essere un decimo della resistenza alla temperatura di esercizio.
  Allo scopo sono stati inventati all'epoca i ballast o barretter che sono la versione valvolare dei PTC, ovvero delle resistenze che aumentano la loro resistenza all'aumentare della temperatura.
  Rispetto al filamento delle valvole detti componenti hanno una inerzia termica minore, quindi aumentano velocemente la loro resistenza interna e limitano la corrente che passa nel circuito.
  

• La sommatoria delle tensioni di filamento delle valvole deve essere minore o uguale alla tensione di rete.
  Se è minore occorre mettere una resistenza di caduta in serie.
  

3 - Soluzioni circuitali per l'Alimentazione dei Filamenti posti in serie

A sinistra, a confronto, il collegamento serie in cui tutte le valvole devono avere la stessa corrente di accensione dei filamenti di riscaldamento indiretto del catodo e la soluzione parallelo in cui tutte le valvole devono avere la stessa tensione dei filamenti di riscaldamento indiretto del catodo.
Nel primo caso si risparmia il trasformatore, quindi i costi sono ridotti rispetto al secondo caso.
La resistenza R1 di caduta serve per generare la caduta necessaria ad adattare la tensione richiesta dalla serie di filamenti e la tensione di rete.
La resistenza R1 potrebbe essere un ballast o barretter.

Ovviamente il trasformatore di alimentazione non dovendo alimentare i filamenti ma solo la parte di alimentazione anodica sarà in questo caso più piccolo.
Quindi avrà un costo inferiore.
Esiste una soluzione alternativa che permette di eliminare totalmente il trasformatore di alimentazione alimentando anche la parte anodica direttamente con la tensione di rete (disegno sotto).

Tuttavia eliminare completamente il trasformatore elimina anche l'isolamento, quindi i circuiti e la carcassa del circuito sono direttamente collegati alla rete di alimentazione con relativo pericolo di folgorazione per l'utilizzatore.
Se mai vi venisse in mente di utilizzare una circuitazione del genere pensateci bene.
L'incolumità non vale il risparmio di un trasformatore!

La soluzione adottata normalmente in questi casi per evitare folgorazioni era quella di produrre il mobile dell'apparecchio in oggetto in materiale completamente isolante, comprese le manopole e i comandi.
In questo modo si evitava il contatto dell'utilizzatore con parti che potevano essere in tensione.
Le radio, ad esempio, avevano il mobile quasi sempre in legno o bachelite.

4 - Alimentazione dei Filamenti posti in serie: altre applicazioni in chiave moderna

In un'ottica più attuale l'alimentazione in serie dei filamenti può avere un significato diverso, per esempio razionalizzare l'alimentazione in continua degli stessi riducendo le correnti in gioco e le perdite di energia nell'alimentatore.
E' più facile costruire un alimentatore stabilizzato che eroga qualche ampere piuttosto che uno che ne eroga una decina.
Facciamo un esempio pratico: vogliamo alimentare in continua i filamenti delle valvole finali di un amplificatore push-pull stereo che eroga una discreta potenza.
Abbiamo quindi almeno 4 valvole finali.
Mettiamo che siano delle KT88 che hanno un filamento che richiede 6,3V e 1,6Ampere.
Se le alimentassimo in parallelo avremmo 6,3V e 1,6x4=6,4A di corrente.
All'accensione la resistenza del filamento è circa un ottavo di quella a regime, quindi avremmo una corrente massima di 6,4x8=51,2A.
Una enormità anche se poi dopo qualche secondo si ridurrà progressivamente fino ad arrivare dopo un minuto a 6,4A.
Costruire un alimentatore stabilizzato che eroga correnti del genere è un problema, immaginate che la corrente a regime nei diodi rettificatori da luogo ad una dissipazione di 12-13W e il regolatore dovrà essere in grado di gestire correnti massime teoricamente dell'ordine dei 50A anche se poi saranno molto meno per la resistenza parassita serie dell'alimentazione.
Se noi colleghiamo i filamenti in serie avremo una tensione di alimentazione di 6,3x4=25,2V con una corrente massima di 1,6x8=12,8 Ampere e una corrente a regime di 1,6A.
Questo produrrà a regime una dissipazione di 3,2W sui diodi raddrizzatori, potenza più facilmente gestibile.
Potremmo addirittura utilizzare un alimentatore switching esterno da 230Vca a 25,2Vcc isolato, stabilizzato e regolabile con un trimmer e con soft-start (per la limitazione della corrente massima) senza dover utilizzare un secondario sul trasformatore che rimarrebbe dedicato solo alla tensione anodica.
Con lo stesso alimentatore potremmo alimentare in continua anche una serie di filamenti delle valvole driver dello stesso amplificatore.
In genere il ripple residuo di questo genere di alimentatori in funzione della qualità va da 10mV a 100mV e si può abbassare ulteriormente aggiungendo un filtro capacitivo sull'uscita, quindi molto basso.