La RCA 7199 è una valvola in miniatura a 9 pin che contiene al suo interno un triodo a medio guadagno (Mu) e un pentodo con alta transconduttanza (Gm) e con Hum, microfonicità e rumore di dispersione molto bassi. E' specificamente progettata e controllata per l'uso in apparecchi audio di Alta Fedeltà e in stadi che operano con segnali dell'ordine delle centinaia di millivolt. E' particolarmente utile in circuiti invertitori di fase/amplificatori in tensione accoppiati direttamente e nei circuiti di controllo dei toni.
La nota mostra due circuiti in cui la RCA 7199 è usata come invertitore di fase/amplificatore in tensione accoppiato direttamente e un circuito in cui l'unità pentodo della valvola è usata come amplificatore in tensione per uso generico. La nota discute anche dei vantaggi derivanti dal funzionamento dei pentodi amplificatori in tensione a bassa tensione di placca e di griglia (N2) e fornisce grafici e calcoli mostrando come questi vantaggi possono essere ottenuti con l'unità pentodo della 7199 RCA.

Caratteristiche progettuali:

La RCA 7199 utilizza una struttura del telaio a stelo appositamente progettata per renderla molto meno sensibile rispetto ad altri triodi/pentodi alla microfonicità. Queste caratteristiche forniscono anche una struttura del tubo robusta per ridurre al minimo il rumore di dispersione. I filamenti delle due unità sono appositamente progettati per produrre un ronzio magnetico molto basso. I valori medi di ronzio e rumore, espressi in tensioni equivalenti alle griglie di controllo, sono 35 microvolt per l'unità pentodo e 10 microvolt per l'unità di triodo. I valori massimi sono 100 microvolt per l'unità pentodo e 150 microvolt per l'unità di triodo. Questi voltaggi equivalenti di uhm e noise sono calcolati con resistenze nel circuito di griglia di 50 KOhm.

Grazie alla sua alta transconduttanza (7000 umhos) l'unità pentodo della 7199 può fornire un alto guadagno in tensione (valori da 100 a 350 sono tipici). Può anche trasportare in uscita segnali di 90 volt picco-picco con una bassa distorsione.
L'unità triodo possiede un Mu di 17 e può gestire segnali di grande voltaggio. Questa combinazione di caratteristiche, assieme al suo bassissimo ronzio e rumore, rendono la 7199 particolarmente adatta per l'uso come un amplificatore di tensione e inseguitore catodico (catode follower) o come amplificatore di tensione e invertitore di fase (il fase splitter è una forma di catode follower).

Prestazioni di Ronzio e Rumore (Hum e Noise):

Le prestazioni di ronzio e rumore che è possibile ottenere dalla 7199, quando sono prese delle precauzioni nel layout del circuito e nel cablaggio (per eliminare ronzii e rumori provenienti da altre fonti) è illustrato nel seguente esempio:

20 log 0.1/0.0001 =20 log 1, 000, or 60 db.

Sulla base del valore medio di ronzio e rumore per l'unità pentodo (35 microvolt), questo rapporto sarà.

20 log 0.1/0.000035 = 20 log 2,850 o approssimativamente 69 db.

Se lo stadio d'ingresso ha un guadagno di almeno 20 dB (un guadagno in tensione di 10), i ronzii e i rumori originati nei circuiti di griglia degli stadi successivi possono essere trascurati e il rapporto segnale/rumore all'uscita dell'amplificatore sarà lo stesso di quello in ingresso. Poiché l'unità pentodo della 7199 può fornire facilmente dei guadagni in tensione superiori a 100, queste condizioni sono facilmente realizzabili. Il Ronzio e il rumore all'uscita dell'amplificatore quindi, saranno almeno 60 dB al di sotto della potenza nominale.
È evidente dall'esempio sopra che se l'unità pentodo della RCA 7199 è utilizzata nello stadio d'ingresso di un preamplificatore o in qualsiasi altra applicazione in cui il livello del segnale d'ingresso è solo di pochi millivolt, il ronzio e il rumore all'uscita di questo amplificatore potranno essere sostanzialmente inferiori a 60 dB sotto la potenza nominale. Per una riproduzione di alta fedeltà, pertanto, l'unità pentodo della 7199 non deve essere utilizzata in stadi in cui il livello del segnale d'ingresso è sostanzialmente inferiore a 100 millivolt.

Applicazioni:

Un esempio di utilizzo della 7199 come amplificatore in tensione/invertitore di fase è mostrato in Fig 1.



In questo amplificatore di potenza di alta fedeltà da 15 watt, l'unità pentodo della 7199 è direttamente accoppiata all'unità triodo e assieme pilotano una coppia di valvole di potenza RCA 6973 che operano in classe AB1 con bias fisso. L'amplificatore utilizza 18 db di retroazione tra il collegamento dell'induttanza e il catodo dell'amplificatore in tensione. A 15 watt in uscita, la distorsione armonica totale (misurata a 1000 Hz) e la distorsione di intermodulazione sono inferiori allo 0,5. Il Ronzio e il rumore con gli ingressi in cortocircuito sono 84 dB sotto la potenza nominale. Come illustrato in Fig.2, la risposta in frequenza dell'amplificatore con 4 watt in uscita è piatta nell'intero spettro audio e scende meno di 2 dB a 10 Hz e 60.000 Hz. A 15 watt in uscita, la risposta in frequenza è piatta da 20 Hz a 15.000 Hz e scende meno di 1 dB a 15 Hz e 20.000 Hz. L'amplificatore ha una sensibilità di 1,2 volt RMS e un fattore di smorzamento 12.



Figura 2:
Caratteristiche della risposta in frequenza dell'amplificatore mostrato in fig.1.


Un circuito amplificatore in tensione/invertitore di fase leggermente differente che è anche capace di ottime performance è mostrato in Fig.3. In questo circuito, la tensione di Griglia No.2 per l'unità pentodo della 7199 è ottenuta mediante una resistenza da 220.000 ohm sul catodo dell'unità triodo.



Fig.3: Circuito amplificatore in tensione / invertitore di fase con la RCA 7199.

Questa disposizione fornisce una retroazione "rigenerativa" tra le due unità che possono essere utilizzate per ottenere un aumento del guadagno alle basse frequenze. La frequenza cui questo feedback diventa efficace dipende dal valore del condensatore di bypass C1 sulla griglia No.2. Se C1 ha un valore piccolo, può essere necessario utilizzare un filtraggio relativamente alto nel circuito di alimentazione B per impedire oscillazioni.

I circuiti amplificatori in tensione/invertitori di fase mostrati nelle figure 1 e 2 producono una distorsione armonica estremamente bassa, hanno una curva caratteristica della risposta in frequenza che si estende ben oltre il campo audio e consentono l'uso di una relativamente grande quantità di feedback. Gli stadi invertitori di fase sono facilmente bilanciati alle basse frequenze tramite aggiustamenti delle resistenze di placca e catodo ed hanno una resistenza d'ingresso di molti megaohms così da rendere possibili guadagni molto alti negli stadi a pentodo.

Alcune delle considerazioni particolari legate all'uso di tali circuiti sono:

1 - Quando la resistenza di placca per un pentodo viene aumentata, la distorsione prodotta da questa unità aumenta più rapidamente del suo guadagno;

2 - Se la tensione di alimentazione di placca è bassa, l'uso dell'accoppiamento diretto tra le pentodo e triodo potrebbe tradursi in un indesiderabile abbassamento della tensione di placca sull'unità pentodo;

3 - Per avere una uguale risposta alle alte frequenze audio nei due circuiti dell'invertitore di fase, potrebbe rendersi necessario equalizzare a massa le capacità di placca e catodo dell'unità triodo.


Funzionamento di Pentodi amplificatori in tensione con basse tensioni di Placca e di Griglia n2:

Ci sono due metodi con cui un pentodo può essere gestito in modo da produrre una bassa distorsione armonica. Uno è quello di farlo operare nella regione più lineare della sua curva caratteristica. L'altro è quello di selezionare un punto di funzionamento appena sopra il "ginocchio" della caratteristica, in modo che la distorsione armonica di secondo ordine sia parzialmente cancellata da quella di terzo. Sebbene il secondo metodo fornisca il guadagno più alto e sia stato recentemente usato da alcuni progettisti di circuiti per questo motivo, non è raccomandabile usarlo in impianti di riproduzione di alta qualità a causa della regolazione iniziale richiesta. Normali variazioni tra pentodi dello stesso tipo sono tali che un punto quiescente che è appena sopra il "ginocchio" per un tubo può essere sopra o sotto il "ginocchio" per un altro e quindi favorire un basso guadagno e distorsione molto alta.

Sebbene il funzionamento nella regione più lineare della curva caratteristica fornisca un guadagno inferiore, garantisce molta più tolleranza alle normali variazioni di caratteristiche delle valvole ed è quindi il metodo più indicato di funzionamento per i pentodi. Per ottenere il massimo da questo metodo di funzionamento è necessario prendere in considerazione gli effetti sulla distorsione armonica alle normali variazioni di transconduttanza, resistenza di placca, fattore di amplificazione, corrente catodica e rapporto in corrente tra placca e griglia n 2. La Fig. 4 mostra la distorsione armonica totale e il guadagno in tensione dell'unità pentodo RCA 7199 in funzione della resistenza di carico di placca. Le tre curve di distorsione mostrano la diffusione di questa curva caratteristica per le valvole.



Fig. 4 - Distorsione armonica e guadagno in tensione dell'unità pentodo RCA 7199 in funzione della resistenza di carico di placca. Le curve di distorsione sono indicative per valvole con correnti di placca alta, media e bassa; Le curva del guadagno è tipica per le valvole che hanno una corrente di placca media.

Questa figura mostra anche il guadagno in tensione di una valvola avente corrente di placca media in funzione della resistenza di carico di placca.



Fig.5 - Circuito amplificatore utilizzato per ottenere i dati mostrati nella fig. 4. La resistenza di catodo è stata calcolata per fornire alla griglia N1 una tensione di Bias di 1 volt.

Queste curve sono state ottenute mentre le valvole operavano nel circuito mostrato in Fig.5, utilizzando un segnale con tensione d'ingresso costante di 0,1 volt (100 millivolt) RMS e con la resistenza di catodo regolata per fornire alla griglia N1 una tensione di Bias di 1 volt. La tensione di uscita media massima ottenuta con questo circuito è di 32 volt RMS (con un guadagno di 320, o 90 di volt picco picco, che è sufficiente per pilotare la maggiorparte delle valvole di uscita audio.



Fig.6 - Multiuso - Circuito amplificatore di tensione che utilizza l'unità pentodo di una RCA 7199.

Il primo punto di minimo su ciascuna curva di distorsione è quello ottenuto dal funzionamento nella regione più lineare della curva caratteristica del tubo. Il secondo punto di minimo è per il funzionamento nella regione del ginocchio, che non è raccomandabile. È evidente dalla fig. 4, che il valore ottimale della resistenza di carico di placca nelle condizioni impiegate è compreso tra 180.000 e 240.000 ohm. (Il valore medio della resistenza di catodo richiesto per fornire -1 volt di polarizzazione di bis per questa gamma di valori di resistenza di placca era 750 ohm).



Fig. 7 - Distorsione armonica totale di una tipica unità pentodo della RCA 7199 come funzione della resistenza di carico di placca e della resistenza di griglia No.2.


Il circuito di uno stadio di amplificazione generico che utilizza l'unità pentodo della 7199 con i valori dei componenti consigliati è mostrato in fig. 6. In questo circuito, la tensione media sulla griglia N2 del pentodo è di 35 volt. Lo sviluppo di una tipica curva di distorsione in rapporto alla resistenza di carico di placca, come la curva di un pentodo di fig. 4, può essere ampliata in modo da rendere meno critiche le prestazioni del circuito rispetto alle caratteristiche del tubo e dei valori dei singoli componenti tramite un aumento del valore della resistenza sulla griglia N2. La Fig. 7 mostra la distorsione di una tipica unità pentodo 7199 come funzione della resistenza di griglia N 2 e la resistenza di placca di carico. Questi dati sono stati ottenuti nel circuito di fig. 8.



Fig.8 - circuito amplificatore utilizzato per ottenere dati mostrati nella fig. 7.

E' evidente che quando la resistenza di griglia N 2 viene resa più grande - ad esempio, quando tensione la griglia n 2 viene ridotta - la resistenza di placca di carico per aumenti minimi di distorsione diventa molto meno critica. Questo effetto può essere vantaggiosamente utilizzato nella progettazione di circuiti con accoppiamento diretto pentodo-triodo tipo quelli mostrati nelle fig.1 e 3. In questi circuiti, l'unità pentodo deve funzionare con bassa tensione di placca per fornire l'adeguata polarizzazione per l'unità triodo, e, quindi, deve funzionare con tensione sulla griglia N2 bassa. L'uso di resistenze dal carico elevato su placca e griglia N 2 di tolleranza relativamente ampia soddisfano questi requisiti, minimizzano la sensibilità del circuito alle variazioni delle caratteristiche dei tubi e dei valori dei componenti, e riducono i costi di fabbricazione.

Le curve di fig. 7 indicano anche che in qualsiasi applicazione di amplificatore a pentodo è possibile ottenere una distorsione minima per qualsiasi valore della resistenza di carico di placca regolando la resistenza di griglia N 2. Questa caratteristica permette di ottimizzare il guadagno e la distorsione per qualsiasi caratteristica di "roll-off" in alta frequenza desiderata.

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