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Alimentatori per Apparati a Valvole Termoioniche

Indice Argomento Corrente

1) Alimentazione anodica

2) Alimentazione Filamenti

3) Alimentazione Griglie

4) Circuiti accessori

5) Approfondimenti sugli alimentatori

6) Componenti accessori

7) Problemi intrinseci degli alimentatori

8) Comparazione fra vari tipi di alimentatori per tensione anodica - Pregi e difetti

9) Comparazione fra alimentatori in continua e alternata per i filamenti

10) Il miglior alimentatore

Questa pagina vuol essere un riassunto di tutto quello che concerne l'alimentazione delle valvole termoioniche.
Gli alimentatori e i componenti accessori si dividono in funzione dell'uso e della metodica di realizzazione nelle seguenti categorie:

1 - Alimentazione anodica

- Alimentatori per tensione anodica vecchio stile. Sono quelli interamente realizzati con le metodiche di prima dell'avvento dei semiconduttori, quindi con valvole rettificatrici (diodi) a vuoto spinto, riferimenti di tensione con tubi a scarica nel gas e regolatori realizzati con triodi. Alcuni audiofili li preferiscono perché producono meno rumore di quelli a semiconduttori.

- Alimentatori per tensione anodica a semiconduttori. Sono alimentatori realizzati con componenti allo stato solido, hanno una maggiore efficienza e una miglior regolazione della tensione in uscita, dissipano meno potenza (quindi hanno un rendimento maggiore).

- Filtri di alimentazione. Vengono presi in considerazione i vari tipi di filtri che restano validi sia che si tratti di un alimentatore a diodi termoionici che a semiconduttore.

- Stabilizzatori di alimentazione. Poco utilizzati per colpa dell'elevato costo, quando utilizzati fanno la differenza. Permettono di avere un buon filtraggio del ripple e di evitare filtri di alimentazione con grosse induttanze e capacità.

- Alimentatori per tensione anodica senza trasformatore. Alla ricerca del massimo risparmio una soluzione che non prevede l'uso del trasformatore di disaccoppiamento/isolamento, principalmente usata in passato sulle radio e sugli apparecchi televisivi di fascia bassa.

- Alimentatori per tensione anodica a semiconduttori con duplicatore-moltiplicatore di tensione. Sono alimentatori realizzati con componenti allo stato solido, sono adatti per produrre basse correnti con tensioni alte a piacere. La tensione in linea di massima è un multiplo della tensione di picco presente all'ingresso del circuito. Li ho visti impiegati in buffer valvolari stereo alimentati in corrente alternata a 12V (con una tensione anodica sulle valvole ottenuta moltiplicando i 12V in ingresso).

2 - Alimentazione Filamenti

- Alimentatori per filamenti in corrente alternata. La scelta più pratica e più utilizzata, un buon compromesso fra costo e prestazioni. Vi è anche una breve trattazione sulle cause del rumore nelle valvole con riscaldamento indiretto.

- Alimentatori per filamenti in corrente continua. Il meglio per alimentare un filamento quando si vogliono evitare problemi di ronzio generato dai fili di collegamento, specie nei preamplificatori in cui il segnale da amplificare è basso e il guadagno del preamplificatore di conseguenza, molto alto. Possono essere più o meno sofisticati, stabilizzati o meno.

- Alimentazione dei filamenti delle valvole termoioniche con catodo a riscaldamento indiretto in serie fra loro. La soluzione economica per alimentare i filamenti direttamente con la tensione di rete, senza l'impiego di un trasformatore. Si tratta di una soluzione economica adottata specie nelle radio e nei televisori. Richiede che la corrente di accensione dei filamenti sia uguale per tutte le valvole i cui filamenti sono posti in serie.

3 - Alimentazione Griglie

- Alimentatori per polarizzazione di griglia. Servono qualora non volessimo ricorrere alla polarizzazione automatica. Hanno il vantaggio rispetto alla polarizzazione automatica di non dissipare potenza sulla resistenza di polarizzazione automatica e, nel caso di un finale di avere più potenza disponibile sul carico). Permettono una regolazione "fine" del punto di lavoro.

4 - Circuiti accessori

- Circuiti di ritardo per alimentazione anodica. Servono per applicare l'alimentazione anodica quando i filamenti delle valvole termoioniche sono già caldi per evitare di avere la massima tensione ai capi di una valvola che non è ancora in conduzione. Un caso tipico negli amplificatori per strumenti elettrici è l'interruttore posto sull'anodica o ancora il ritardo introdotto dal diodo rettificatore a vuoto (alimentazione anodica classica) dovuto al tempo di riscaldamento del suo filamento.

- Limitatore di corrente per l'accensione a freddo del filamento delle valvole. Il filamento, come tutte le resistenze, quando è freddo ha una resistenza minore, quindi la corrente all'accensione può essere molto più alta di quella a regime. Per evitare sollecitazioni inutili ai circuiti alimentatori (nel caso di alimentazione in continua) e al catodo della valvola si mette un limitatore di corrente. Anticamente si usavano componenti appositi denominati ballast o baretters. In epoca moderna si sono adottati circuiti a semiconduttore più precisi e performanti.

5 - Approfondimenti sugli alimentatori

- Regolatori di tensione / stabilizzatori. Principi generali di funzionamento dei sistemi di controllo in anello aperto e chiuso (con o senza feedback). Questa sezione ha ragione di esistere per rendere più chiaro il funzionamento dei sistemi di controllo che rivestono un ruolo primario negli alimentatori stabilizzati, ma anche negli amplificatori reazionati.

- Alimentatori switching: L'ultima possibile frontiera dell'alimentazione delle valvole. Nella panoramica che abbiamo fatto circa l'alimentazione delle valvole non poteva mancare l'ultimo nato fra gli alimentatori: quello switching. Questo tipo di alimentatore si adatta perfettamente sia per alimentare i filamenti che produrre la tensione anodica. Anche questo tipo di alimentazione non è priva di inconvenienti.

6 - Componenti accessori

Si tratta di tutta una serie di altri circuiti, non propriamente definibili di alimentazione che tuttavia ricoprono un ruolo importante per il buon funzionamento e la protezione dei circuiti di alimentazione stessi.

- Filtri di rete.
Si tratta di filtri passa basso adatti a limitare l'influenza dei disturbi presenti sull'alimentazione di rete.
La seconda funzione che svolgono è limitare l'impatto dei circuiti a valle sulla rete di alimentazione stessa.
Per tutti i circuiti che traggono l'alimentazione dalla rete sono indispensabili, in special modo dopo l'avvento degli alimentatori switching presenti in tutti gli apparati elettronici moderni, responsabili di inquinare pesantemente la tensione della rete di distribuzione.

- Stabilizzatori di tensione di rete o gruppi di continuità: si tratta di circuiti che risolvono l'inconveniente di avere una tensione di rete fluttuante.
In genere si tratta di apparecchiature decisamente complesse che convertono la tensione di rete in continua e poi rigenerano l'onda in alternata con il valore di tensione richiesto.
Utili soprattutto dove la tensione subisce notevoli escursioni.
Come apparecchiature sono molto utilizzate nell'ambito dell'alimentazione dei computer e se ne trovano di svariate potenze.
In genere se di buona qualità hanno un prezzo abbastanza alto e richiedono la sostituzione della batterie in genere ogni 2-4 anni.

7- Problemi intrinseci degli alimentatori

- Alimentazione degli stadi di potenza e modulazione del ripple.
Questo è un problema che si presenta in tutti gli amplificatori controfase in classe "AB" alimentati con la rete di distribuzione elettrica.
Gli amplificatori a batteria ne sono completamente ed ovviamente esenti, motivo per cui alcuni costruttori in passato hanno adottato questo tipo di approccio.
Gli alimentatori stabilizzati sono quasi immuni a questo problema ma anche raramente utilizzati per alimentare amplificatori di potenza.

- Alimentazione degli stadi finali di potenza e diafonia.
Una delle principali cause della diafonia, ovvero della interazione reciproca fra i canali che peggiora l'immagine stereo peggiorando di fatto la separazione fra i canali stessi è da imputare all'alimentatore, o meglio alla fluttuazione della tensione di alimentazione in funzione dell'assorbimento.
Il tutto è dovuto alla inevitabile resistenza serie dell'alimentatore che seppur bassa è sempre maggiore di zero.

8 - Comparazione fra vari tipi di alimentatori per tensione anodica - Pregi e difetti

- Alimentatori a valvole con diodi raddrizzatori a vuoto: E' il tipo di alimentatore nato contestualmente alle valvole, ha una grande resistenza serie, quindi la tensione prodotta tende a ridursi quando aumenta la corrente erogata.
In virtù dell'alta resistenza serie la corrente di picco è limitata anche quando la differenza fra la tensione di picco sul secondario del trasformatore e la tensione presente ai capi del condensatore di stabilizzazione è rilevante.
Questo evita il prodursi di rumore di commutazione quando il diodo passa dall'interdizione alla conduzione.
Tuttavia la potenza dissipata dall'alimentatore è rilevante e vi è una notevole produzione di calore.

- Alimentatori a diodi semiconduttore: I moderni diodi a semiconduttori hanno il pregio di resistere a tensioni molto elevate, di avere una bassissima resistenza serie, quindi di dissipare poca potenza e, sfruttando questa caratteristica, si possono produrre alimentatori la cui tensione erogata non scende molto anche in corrispondenza di alte correnti erogate.
Per contro il rumore di commutazione è direttamente proporzionale alla corrente di picco che erogano, quindi in alcuni casi necessitano di condensatori in parallelo per ridurre tale rumore.

9 - Comparazione fra alimentatori in continua e alternata per i filamenti

E' inutile dire che l'alimentazione in continua è nettamente migliore, soprattutto per quello che riguarda il rumore generato dai campi magnetici variabili prodotti dai conduttori che alimentano i filamenti.
Ovviamente se sono alimentati in continua il campo magnetico prodotto è costante e non produce effetti come induzione nell'intorno dei conduttori stessi.

- L'alimentazione in alternata è la classica e storica alimentazione per i filamenti delle valvole pensate per apparati collegati alla rete elettrica.
L'alimentazione in continua storicamente era appannaggio degli apparati mobili alimentati a batteria.

- Negli alimentatori a semiconduttori si unisce in genere l'alimentazione in continua con la stabilizzazione dell'alimentazione stessa che permette di avere una ben precisa e stabile tensione di alimentazione dei filamenti e di conseguenza un ben preciso punto di lavoro per le valvole.

10 - Il miglior alimentatore

Dal punto di vista teorico, il miglior alimentatore, sia per anodica che per filamenti è quello che non c'è.
In altre parole la batteria è la miglior fonte di energia per qualsiasi dispositivo elettronico in quanto non genera disturbi ne ripple.
In genere se ben dimensionata ha anche una bassissima resistenza serie e può fornire correnti di picco molto alte.
Per arrivare a produrre le tensioni tipiche del funzionamanto delle valvole di potenza occorrono molte batterie in serie, cosa certamente poco vantaggiosa dal punto di vista economico.
Tuttavia alcuni amplificatori di fascia alta allo stato solido implementano questa soluzione.