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Amplificatore EL34 Push-Pull

Studio, modifica e sviluppo di un Amplificatore Valvolare
Monday, 20 February 2006, 13:36
aspnet
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cenni sulle valvole I parte


Prima di intraprendere l'attuazione di un progetto di costruzione di un'amplificatore finale a valvole continuo a informarvi sui tubi termoionici.

Notizie dal Web
Tratto da "I Tubi termoionici e l'amplificazione del Suono" di Mauro Patrignani.
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Cronologia degli eventi più significativi
1883 Thomas A. Edison inventa la lampada ad incandescenza
(In realtà su questo c’è qualche dubbio perchè pare che abbia solo migliorato l’invenzione di Joseph Wilson Swan un inventore britannico che depositò il brevetto della lampadina con filamento in carbonio un anno prima di Edison e la sperimentò pubblicamente 10 anni prima.
Nel 1896 Joseph John Thomson fisico confermò che si può far scorrere
corrente tra due elettrodi posti a distanza nel vuoto (o nei gas) quando
uno dei due viene riscaldato, un suo allievo diede a questo fenomeno il nome di “emissione termoionica”.
Ed ecco che nello stesso periodo un consulente scientifico della Marconi Wireless (già ex consulente della Edison) dal nome di John Ambrose Fleming ricercò sollecitato da Marconi un dispositivo più affidabile del coherer, per la ricezione delle onde radio.
Nasce così nel 1904 un dispositivo consistente in una lampadina con una piastrina aggiuntiva. Se alla lampada veniva data tensione, il suo filamento si riscaldava fino all’incandescenza ed emetteva elettroni catturati dalla piastrina metallica a cui era data carica positiva da una seconda batteria. Questo valvola chiamato “tubo di Fleming” posto in un circuito radio ricevente riusciva a rettificare il segnale ricevuto e a renderlo disponibile per far funzionare l’elemento attuatore di Joseph John Thomson un ricevitore telegrafico. Nasce quindi il primo diodo.
Nel 1907 Lee de Forest scopre che, interponendo un filo tra il filamento e la placca, era possibile controllare la corrente che passa fra gli elettrodi (anodo e catodo), e brevettò il suo audion (triodo) che fu usato come rivelatore e oscillatore negli apparati radio dell’epoca.
Nel 1917 con l'entrata in guerra degli Stati Uniti vengono prodotte la 201 e
Wt1 della Western Electric la Vt 111 della General Electric.
Nel 1920 In U.S.A. vengono prodotte le UV200 UV201 della RCA , le prime
non per uso militare (Filamento 5V 1A).



1923 Appare il primo tetrodo della Philips .
1923 Primi esemplari di valvole con filamento in tungsteno toriato UV199 UV201-A General Electric (tensione di filamento 3V, 0,25A)
1926 L'olandese Tellegen inventa nei laboratori Philips in Olanda il primo pentodo.

Cenni sul Funzionamento delle Valvole
Prima parte – emissione elettronica
La Struttura della Materia

La materia che ci circonda è composta da Atomi i quali a loro volta sono composti da Neutroni, Protoni ed Elettroni. Neutroni e Protoni compongono il nucleo mentre gli Elettroni girano attorno al nucleo.
I protoni hanno carica positiva, i neutroni neutra e gli elettroni negativa.
In natura esistono 92 tipi diversi di atomi (ho scritto “in natura” perché altri possono essere “fabbricati” dall’uomo, vedi elementi transuranici) che aggregati fra loro formano miliardi di diversi tipi di molecole e costituiscono tutta la materia esistente. L’atomo è elettricamente neutro, quindi è chiaro che la carica positiva dei protoni e quella negativa degli elettroni si bilanciano, quindi elettroni e protoni sono in numero uguale. Gli atomi sono caratterizzati da un numero atomico che e’ la quantizzazione del numero di protoni presenti in ogni atomo e da un peso atomico che è la somma dei neutroni e dei protoni presenti nel nucleo atomico.
Tuttavia, vi è la possibilità che un atomo perda o acquisisca un elettrone e in tal caso perde la propria carica neutra e si trasforma in uno ione. Scendendo nel dettaglio, se un atomo perde uno o più elettroni diventa uno ione positivo e in caso opposto negativo. Gli elettroni ruotano attorno al nucleo e sono disposti attorno a quest’ultimo su orbite diverse. Dal punto di vista del comportamento elettrico degli elementi a noi interessa l’orbita più esterna degli elettroni. Nei materiali conduttori gli elettroni dell’orbita più esterna possono fuggire e trasformarsi in elettroni liberi all’interno della materia. In tal caso la sostanza è un conduttore di elettricità in quanto i suoi elettroni liberi sotto l’influenza di un campo elettrico si possono muovere liberamente dando luogo ad una corrente elettrica. Normalmente, da questo punto di vista le sostanze si dividono in tre categorie : Conduttori, semiconduttori ed isolanti. Negli isolanti non vi sono elettroni liberi e quindi, sottoposti ad un campo elettrico non danno luogo a circolazione di corrente elettrica (a meno che il campo elettrico non sia talmente forte da risucchiare lui stesso gli elettroni dagli atomi). I semiconduttori hanno invece un numero limitato di elettroni liberi e, quindi, offrono una apprezzabile resistenza al passaggio di una corrente elettrica.

L’Emissione Elettronica
Normalmente gli elettroni liberi all’interno di un conduttore sono liberi di muoversi all’interno di esso, ma non possono uscire dalla superfi
cie stessa del conduttore in quanto non hanno abbastanza energia.
Se noi apportiamo dall’esterno energia gli elettroni acquisiscono abbastanza energia da fuoriuscire dalla superficie del conduttore, e se lo stesso si trova nel vuoto, possono produrvi attorno una nube.
E’ da notare che non sottoposti a nessun campo elettrico esterno gli elettroni rimangono in prossimità del catodo in virtù del fatto che questo avendo perso elettroni ha un potenziale positivo rispetto all’elettrone. Gli elettroni emessi creano una carica spaziale negativa attorno al catodo rendendo più difficile la fuoriuscita di altri elettroni che vengono respinti verso il catodo. Per provocare una emissione di elettroni vi sono diversi modi:
Riscaldamento (emissione termoionica)
Bombardamento con fotoni (fotoemissione)
Bombardamento con elettroni ( emissione secondaria)
Campo elettrico
L’emissione di elettroni è proporzionale all’energia che si cede.

Riscaldamento:
Nel caso delle valvole si usa questo metodo ovvero il riscaldamento del catodo (emissione Termoionica). Il fenomeno della fuoriuscita degli elettroni si autoinibisce in quanto gli elettroni fuoriusciti formano una nube elettronica che essendo appunto costituita da elettroni ha potenziale negativo e, quindi, respinge indietro altri eventuali elettroni che cercassero di fuoriuscire. Quindi il fenomeno si stabilizza.

Bombardamento con fotoni:
Sottoponendo alcune sostanze alla luce queste emettono elettroni (era il principio che si sfruttava nei vecchi tubi di ripresa prima dell’avvento dei CCD) in misura proporzionale all’energia della luce (che è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda della stessa). Il principio prende il nome di fotoemissione.
Bombardamento con elettroni:
Se una sostanza viene sottoposta al bombardamento di elettroni a sua volta emette elettroni, in proporzione all’energia posseduta dagli elettroni che hanno operato il bombardamento.
Questo fenomeno si sfruttava in dispositivi detti moltiplicatori elettronici.
Campo elettrico:
Sottoponendo gli atomi di una sostanza ad un forte campo elettrico di potenziale positivo gli elettroni sono attratti e vengono strap- pati dalla sostanza.
I catodi
Si possono innanzitutto suddividere in base al tipo di riscaldamento che può essere diretto o indiretto. Nel primo caso il catodo e
il filamento di riscaldamento sono la stessa cosa, quindi il circuito di alimentazione del filamento e il circuito anodico non sono elettricamente isolati. L’inerzia termica è ridotta, la valvola va subito a regime, questa soluzione tuttavia richiede che la corrente che scorre nel filamento onde evitare dei ronzii sia continua. Questa soluzione è la meno usata. Nei catodi a riscaldamento indiretto il filamento è incapsulato in un tubicino, il catodo, elettricamente isolato dallo stesso che si scalda per conduzione. I catodi per assolvere alla loro funzione in modo ottimale devono essere costruiti con materiali in grado di emettere elettroni in abbondanza anche ad una temperatura lontana dal punto di fusione. Quindi una soluzione è usare un catodo metallico in tungsteno ch eha una temperatura di fusione di 3370 °C e fornisce una buona emissione di elettroni ad una temperatura di 2500°C. Tuttavia il consumodi energia per il riscaldamento del filamento è proporzionale alla temperatura dello stesso e più energia spendiamo per riscaldare lo stesso più energia la valvola deve dissipare per una funzione accessoria. Quindi si è fatto ricorso a vari espedienti per abbassare il più possibile la potenza assorbita per il riscaldamento e quindi la temperatura del catodo senza compromettere l’emissione. Quindi sono stati adottati quasi universalmente i catodi rivestiti di ossidi eccezion fatta per le valvole di grandissima potenza. Di norma si usano ossidi di torio, bario o stronzio depositati su un metallo che ha la funzione di supporto. In questi catodi il riscaldamento viene ottenuto con un filamento isolato elettricamente tramite rivestimento ceramico, che riscalda a sua volta il tubetto (normalmente di nichel) che funge da supporto per gli ossidi.
Il limite di tutti i catodi è che non emettono elettroni all’infinito, ma, dopo un certo tempo, variabile in funzione del materiale usato, iniziano a ridurre l’emissione, e in questo caso si è soliti dire che la valvola è esaurita e, quindi, va rimpiazzata con una nuova.

Catodi in Tungsteno e Tantalio
Il fattore di discriminazione che influenza la scelta di un metallo invece di un altro è il rapporto fra evaporazione del metallo (sottovuoto il metallo sottoposto a forte temperatura tende a sublimare ovvero a passare direttamente dallo stato solido allo stato gassoso) e l’emissione di elettroni. Ovviamente se il metallo evapora, il catodo durerà poco, e in più il metallo evaporato poi si condenserà in altre parti più fredde della valvola dando altri problemi e ostacolando il regolare funzionamento. Sono di norma impiegati tungsteno o tantalio, nella realizzazione di valvole di grande potenza usate per trasmissione. Questi catodi sono costruttivamente un filo di tungsteno avvolto a spirale o a forma di barretta. Questi catodi hanno una durata che normalmente si aggira sulle 1500 – 2000 ore.

Catodi in Tungsteno Toriato
Per aumentare il coefficiente di emissione dei catodi è vantaggioso rivestire il metallo che funge da substrato di una pellicola di un altro metallo con più alto potere di emissione.
I catodi in Tungsteno Toriato sono costituiti da un filamento di tungsteno contenente una percentuale del 1-2% di ossido di torio. Una volta costruito il catodo deve essere attivato ovvero viene portato ad una temperatura di 2800°K. In questo modo l’ossido di torio si trasforma in torio metallico. Durante il funzionamento del catodo il torio tende a portarsi sulla superficie del catodo formando uno strato monoatomico. A mano a mano che il torio evapora dalla superficie del catodo viene rimpiazzato dagli atomi di

Catodo a riscaldamento diretto

Particolare della struttura di un diodo a riscaldamento diretto
torio contenuti nel catodo stesso. Questi catodi per arrivare a fornire un buon rendimento hanno bisogno di un certo tempo per dare modo al torio di formare lo strato monoatomico.

Catodi rivestiti di Ossidi.
Il catodo in questo caso è formato da un supporto metallico sulla cui superficie sono deposti degli ossidi di metalli alcalini. Questi ossidi sono caratterizzati da un alto coefficiente di emissione.
Questi catodi si possono differenziare in base alla tecnica usata per depositare lo strato di ossido sulla superficie del substrato che funge da supporto.

Griglia.
Di griglie in una valvola ce ne possono essere diverse, tipicamente una nel caso del triodo, due nel caso del tetrodo e tre nel caso
del pentodo. Poi esistono valvole particolari con più di tre griglie (come gli ottodi). La griglia di controllo è posta fra anodo e catodo in prossimità di quest’ultimo ed è l’unica griglia che hanno in comune tutte le valvole amplificatrici. Deve avere le seguenti caratteristiche:
1) non facilmente deformabili (deformazioni meccaniche).
2) che presentano condizioni sfavorevoli all’insorgere della emissione elettronica (per evitare che emetta elettroni sottoposta al riscaldamento per irraggiamento da parte del catodo).
3) con un basso coefficiente di dilatazione termica.
4) Le barrette laterali che sostengono la griglia e il filo che la costituisce al fine di impedire innalzamenti di temperatura dovuti alla prossimità del catodo, devono essere di un materiale buon conduttore di calore.
Normalmente si usano fili di molibdeno rivestiti di zirconio o platino oppure placcati d’oro.

Anodo (o Placca)
L’anodo ha il compito di raccogliere gli elettroni emessi dal catodo.
L’anodo può avere diverse forme, tuttavia dovendo dissipare gran parte del calore prodotto dalla valvola per irraggiamento (ricordiamo che nel vuoto non vi sono fenomeni di conduzione del calore) deve possedere le seguenti caratteristiche: 1) Elevata malleabilità per poter essere stampati e mantenere poi la forma. 2) Basso coeffi ciente di dilatazione termica (per non alterare al geometria in presenza di
3) Alta temperatura di fusione.
Vengono a questo scopo usati molibdeno, tantalio, ferro nichelato, e nichel. 4) Influenza dei campi elettrici sul moto degli elettroni nel vuoto
Gli elettroni, una volta emessi dal catodi sono sottoposti a diversi campi elettrici che ne condizionano il comportamento. L’elettrone in virtù della sua carica negativa viene attirato da un polo positivo (anodo) e respinto da un polo negativo (catodo).
L’elettrone sottoposto ad un campo elettrico si muove di moto uniformemente accelerato verso l’anodo dove alla fine va a sbattere e tutta l’energia che accumula durante la corsa la ritroviamo all’anodo sotto forma di calore. Se l’elettrone ha sufficiente energia si prospetta l’ipotesi vista in precedenza dell’emissione da parte dell’anodo di elettroni per bombardamento, i quali vengono a loro volta attratti dall’anodo.

Notizie dal Web
Tratto da "I Tubi termoionici e l'amplificazione del Suono" di Mauro Patrignani. Liberamente condiviso in rete. Tutti i diritti riservati all' autore
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Il segreto del successo è la sincerità. Se riesci a fingerla, ce l'hai fatta.

Non dobbiamo fidarci delle persone con cui stringiamo amicizia e che mostrano di preferirci ai loro vecchi amici, perché si comporteranno così anche con noi non appena ne incontreranno altri nuovi Sii educato con tutti; socievole con molti; intimo con pochi; amico con uno soltanto; nemico con nessuno.
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Wednesday, 18 January 2012, 20:31
mauro.patrignani
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 Messaggi: 3

Quando si pubblica un articolo tratto o copiato integralmente (come in questo caso) da un libro, che in questo caso l'autore ha messo gratuitamente a disposizione di tutti, ma che comunque è protetto dalle leggi sulla proprietà intellettuale, è buona norma citare le fonti.
Il libro in oggetto, scaricabile da vari siti e da emule, dal titolo
"I Tubi termoionici e l'amplificazione del Suono" scritto da Mauro Patrignani (ovvero io).


Cordiali Saluti
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Wednesday, 18 January 2012, 23:22
Duilio
 Khn'nr
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Grazie per la precisazione ma soprattutto per averlo scritto e condiviso.
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Thursday, 19 January 2012, 08:07
SkidArh+
 Mauro
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Quote:
Originariamente inviato da Duilio
Grazie per la precisazione ma soprattutto per averlo scritto e condiviso.

Condivido al 100%
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