SCOPO
In questa semplice esercitazione abbiamo utilizzato il simulatore LT Spice per determinare i valori dei componenti che minimizzano la distorsione armonica di un amplificatore audio che impiega il pentodo 6AU6.
METODI
All'ingresso dell'amplificatore è stato applicato un segnale sinusoidale con una frequenza di 10 kHz e un'ampiezza di 100 mVpp. Per evitare artefatti causati dalle condizioni iniziali, in particolare dai condensatori, abbiamo impostato a mezzo secondo il tempo di attesa prima di iniziare a registrare i segnali in uscita.
Ogni valore dei componenti e della tensione applicata alla griglia schermo è stato parametrizzato per poter esplorare intervalli di valori e, per ogni configurazione, è stata eseguita l'analisi spettrale del segnale di uscita dell'amplificatore.
Le direttive utilizzate per le simulazioni sono le seguenti:
.options plotwinsize=0
.tran 0 0.501 0.5 0.000001
modello utilizzato per il pentodo
.SUBCKT 6AU6 A S G K
+ PARAMS: Ex=1.29250482718994 Kg1=1066.05313830636 Kp=233.038097126617 Kvb=6.26797667003452 Mu=39.2114621352395
+ Exd=0.927382241593347 Kd=1427.5732907893 Ks=2.80629495414095 Kg=0.00189539610643784
+ CCG=5.5P CPG1=.0035P CCP=5.0P
Eat at 0 Value={limit(0.636*ATAN(V(A,K)/KVB),0,1)} ; arctangent shaping
Eme me 0 VALUE={PWR(LIMIT(V(A,K),0,2000),EXD)/KD} ; diode line
Egs gs 0 VALUE= {V(S,K)/KP*LOG(1+EXP((1/MU+V(G,K)/V(S,K))*KP))} ; effective voltage
Egs2 gs2 0 VALUE={(PWR(V(gs),EX)+PWRS(V(gs),EX))/(KG1*0.636)} ; total space current
G1 A K VALUE={LIMIT(V(gs2)*V(at),0,V(me))} ; plate current
Escrn sc 0 VALUE={KS*V(gs2)*(1.1-V(at))} ; reverse arctan shaping for screen current
G2 S K VALUE={V(sc)*LIMIT(V(S,K),0,10)/10} ; screen current
G3 G K VALUE={PWR(LIMIT(V(G,K)+1,0,1E6),1.5)*(1.25-V(at))*KG} ; grid current
C1 G K {CCG} ; CATHODE-GRID 1
C2 A G {CPG1} ; GRID 1-PLATE
C3 A K {CCP} ; CATHODE-PLATE
.ENDS 6AU6
RISULTATI
Nella figura che segue è riportato lo schema elettrico utilizzato e tutti i valori che hanno minimizzato la distorsione armonica.
In questa figura mostriamo lo spettro migliore ottenuto. Si nota che l'armonica a 20 kHz ha un livello di circa 70 dB inferiore rispetto alla frequenza fondamentale. L'armonica a 30 kHz ha un livello di 65 dB inferiore rispetto alla frequenza fondamentale.
Un altro grafico mostra l'importanza della tensione applicata alla griglia schermo. In questa simulazione, è fondamentale che tale tensione sia esattamente 115 V. Una minima variazione, da 100 V a 130 V, causa un aumento significativo delle armoniche.
Nel grafico successivo vediamo lo spettro dell'armonica a 20 kHz ingrandito. Si nota che uno scostamento di soli 15 V dalla tensione ideale di 115 V provoca un aumento di circa 30 dB nell'intensità di questa armonica.
Infine, nel grafico dell'armonica a 30 kHz, si osserva che riducendo la tensione della griglia schermo di 15 V si ottiene una leggera diminuzione dell'intensità di circa 2 dB, mentre aumentando la tensione a 130 V l'intensità cresce di quasi 5 dB.
DISCUSSIONE
Questa esercitazione dimostra l’importanza di impostare correttamente la tensione sulla griglia schermo per minimizzare la distorsione di un segnale. È interessante notare che, in alcuni schemi, la griglia schermo è semplicemente collegata alla tensione anodica, senza nemmeno l'uso di una resistenza di caduta. Fortunatamente, in altri schemi, la griglia schermo è collegata a un partitore resistivo, permettendo una regolazione più precisa della tensione da applicare.