TRIODI ELETTRONICI

TRIODI ELETTRONICI

Questo articolo sarà dedicato ad un altro tipo di tubo elettronico, il TRIODO, che si può paragonare ad un rubinetto, in quanto permette di variare la corrente che lo attraversa, appunto come un rubinetto permette di regolare l’afflusso dell’acqua.

COSTITUZIONE DEL TRIODO

Il triodo è così chiamato perché comprende tre elettrodi: oltre al catodo ed all’anodo, il tubo è provvisto di un terzo elettrodo disposto tra i primi due. Questo elettrodo è detto GRIGLIA perché nel primo triodo, realizzato nel 1907 dall’americano Lee De Forest (1873-1961), era appunto costituito da una griglia metallica.

Nei triodi usati attualmente (fig. 1-a), la griglia è costituita da un sottile filo metallico avvolto a spirale intorno al catodo, senza però toccarlo; intorno alla griglia è disposto l’anodo, che è stato disegnato sezionato affinché nella figura fosse visibile pure la griglia.

fig. 1

Anche la griglia, come il catodo e l’anodo, fa capo ad un apposito piedino per il suo collegamento al circuito esterno al tubo.

Il triodo rappresentato nella fig. 1-a è molto semplificato, non essendo stati indicati il filamento ed i piedini relativi, né i supporti che mantengono i vari elettrodi nelle rispettive posizioni: sono stati mostrati soltanto gli elementi essenziali del tubo che compaiono anche nel segno grafico della fig. 1-b, con il quale si rappresenta il triodo negli schemi elettrici.

Come nel diodo, l’anodo raccoglie gli elettroni emessi dal catodo, i quali non vengono ostacolati dalla griglia, perché possono passare facilmente attraverso le sue spire.

La griglia può influire, tuttavia, sul movimento degli elettroni che si dirigono verso l’anodo se si trova ad un potenziale elettrico diverso da quello del catodo: in tal modo la griglia può servire per far variare la corrente che attraversa il triodo, come si vedrà nel prossimo paragrafo.

Caratteristiche del triodo

L’effetto della griglia sulla corrente che attraversa un triodo si può mettere in evidenza tracciando le curve caratteristiche del tubo.

A questo scopo si procede come si è fatto nel caso del diodo, applicando una tensione tra anodo e catodo e misurando per diversi valori di essa la corrispondente corrente che attraversa il tubo: anche per il triodo, la tensione e la corrente suddette costituiscono rispettivamente la tensione anodica e la corrente anodica.

fig. 2

Per eseguire le misure si utilizza lo stesso circuito già impiegato per il diodo, il cui schema è riportato nella fig. 2-a: nello schema si vede che la griglia è collegata al catodo, in modo che si trovi allo stesso potenziale elettrico di questo elettrodo, per considerare in primo luogo come si comporta il triodo quando la tensione tra i due elettrodi citati (che è detta tensione di griglia e si indica con Vg ) risulta uguale a zero.

In queste condizioni il triodo equivale ad un diodo, perché la griglia non fa sentire la sua influenza sulla corrente anodica: si ottiene, infatti, una curva caratteristica (fig. 2-b) il cui andamento è analogo a quello della curva caratteristica del diodo.

Anche in questo caso la curva è stata tracciata con un primo tratto a linea intera per indicare i valori della tensione e della corrente per i quali non viene superata la massima dissipazione anodica.

Per vedere l’effetto della griglia sulla corrente anodica occorre portare questo elettrodo ad un potenziale diverso da quello del catodo: ciò si può ottenere collegando, ad esempio, una pila tra i due elettrodi, come si vede nella fig. 3-a.

fig. 3

Si è usata una pila da 2 V, collegando il suo polo positivo al catodo ed il suo polo negativo alla griglia, in tal modo la griglia viene a trovarsi ad un potenziale inferiore di 2 V a quello del catodo e quindi la tensione di griglia risulta ora uguale a — 2 V.

Si considera il comportamento del tubo con tensione di griglia negativa perché nella maggior parte delle applicazioni, specialmente nei radioricevitori, i triodi vengono usati in queste condizioni.

Applicando nuovamente al triodo una tensione anodica e misurando ancora per diversi valori di essa la corrispondente corrente anodica, si può tracciare anche in questo caso la caratteristica (fig. 3-b), che risulta distinta da quella ottenuta con tensione di griglia uguale a zero: come si vede nella fig. 3-b, le caratteristiche vengono contraddistinte segnando su ciascuna di esse la tensione di griglia con cui sono state ottenute.

La caratteristica ottenuta con tensione di griglia negativa risulta alla destra di quella ottenuta con tensione di griglia uguale a zero: da ciò deriva che, con una determinata tensione anodica applicata al triodo, la corrente anodica risulta tanto minore quanto più negativa è la tensione di griglia.

Nella fig. 3-b si vede, ad esempio, che quando il triodo funziona nelle condizioni indicate dal punto A, cioè con tensione anodica di 100 V e con tensione di griglia di 0 V, la corrente anodica risulta di 12 mA; quando invece il triodo funziona nelle condizioni indicate dal punto B, cioè ancora con tensione anodica di 100 V ma con tensione di griglia di — 2 V, la corrente anodica risulta di appena 6 mA.

Questo esempio dimostra chiaramente che in un triodo la corrente anodica dipende non soltanto dalla tensione anodica, come nel diodo, ma anche dalla tensione di griglia: infatti, pur lasciando inalterata la tensione anodica, si è potuta variare la corrente anodica facendo variare la tensione di griglia.

Ciò è dovuto al fatto che sugli elettroni emessi dal catodo si esercita ora, oltre alla forza di attrazione da parte dell’anodo, anche una forza di repulsione da parte della griglia negativa: di conseguenza, soltanto i più veloci tra gli elettroni emessi possono passare attraverso la griglia e raggiungere l’anodo, costituendo così la corrente anodica.

In realtà, anche nel triodo, come nel diodo, si forma intorno al catodo una nube di elettroni che, con la sua carica spaziale negativa, concorre con la griglia ad ostacolare il cammino degli elettroni verso l’anodo.

Occorre però notare che, mentre non è possibile controllare l’azione di repulsione che la nube elettronica esercita sugli elettroni, ciò è possibile per la griglia, perché basta variare la sua tensione.

Dalle due caratteristiche della fig. 3-b risulta inoltre un fatto molto importante.

Come si è visto, si può ridurre la corrente anodica da 12 mA a 6 mA portando la tensione di griglia da 0V a — 2V e lasciando inalterato il valore di 100 V della tensione anodica.

Si può però ridurre nello stesso modo la corrente anodica variando la tensione anodica e lasciando invece inalterato il valore di 0 V della tensione di griglia.

In questo caso il triodo deve essere portato a funzionare nelle condizioni indicate dal punto C, a cui corrisponde appunto una corrente anodica di 6 mA ed una tensione di griglia di 0 V: nella fig. 3-b si vede che ciò si può ottenere riducendo la tensione anodica da 100 V a 60 V.

Da queste considerazioni si deduce che per ridurre la corrente anodica da 12 mA a 6 mA basta una variazione di 2 V (da 0V a — 2V) se si agisce sulla tensione di griglia, mentre se si agisce sulla tensione anodica occorre una variazione di ben 40 V (da 100 V a 60 V), venti volte maggiore della precedente.

Questo fatto è dovuto alla piccola distanza che vi è tra la griglia ed il catodo, per cui la griglia stessa può agire sulla corrente anodica più efficacemente dell’anodo, che si trova più lontano dal catodo.

Si può dunque concludere che la griglia di un triodo è adatta a controllare la corrente anodica mediante le variazioni della sua tensione.

Occorre anche notare che il controllo della corrente anodica da parte della griglia avviene senza spesa di energia: infatti, poiché generalmente la griglia è negativa rispetto al catodo, nessun elettrone può portarsi su essa e dar luogo ad una corrente nel circuito esterno.

Pertanto, la pila da 2 V, che nella fig. 3-a è collegata tra griglia e catodo, non deve erogare alcuna corrente e quindi non fornisce energia al circuito.

Per poter variare la corrente anodica entro limiti abbastanza ampi, la tensione di griglia viene portata anche a valori inferiori a — 2 V e per conoscere il comportamento del triodo in tali condizioni si tracciano altre caratteristiche, ad esempio, per tensioni di griglia di — 4 V, di — 6V, ecc.

fig. 4

Per disporre di queste diverse tensioni si può adottare lo stesso sistema usato per la tensione anodica, collegando un potenziometro alla pila che fornisce la tensione di griglia, come si vede nella fig. 4-a: il cursore del potenziometro si sposta fino ad ottenere la voluta tensione, il cui valore si legge sul voltmetro collegato tra il catodo e la griglia.

Le caratteristiche ottenute per i vari valori della tensione di griglia sono riportate nel diagramma della fig. 4-b, dal quale si vede che ciascuna caratteristica risulta tanto più spostata verso destra quanto minore è la tensione di griglia con cui è stata ottenuta.

La linea a tratto e punto che attraversa le caratteristiche delimita la zona del diagramma, situata inferiormente ad essa, in cui la tensione e la corrente anodica hanno valori con i quali non viene superata la massima dissipazione anodica.

L’insieme delle caratteristiche della fig. 4-b costituisce una famiglia di curve caratteristiche del triodo; queste caratteristiche sono dette anodiche perché indicano come varia la corrente anodica in conseguenza della variazione della tensione anodica, quando alla tensione di griglia è assegnato un valore determinato.

Poiché la griglia serve a controllare la corrente che attraversa il triodo, interessa anche poter vedere direttamente come varia questa corrente in conseguenza della variazione della tensione di griglia, quando alla tensione anodica è assegnato un valore determinato.

A questo scopo si determina la famiglia delle caratteristiche mutue del triodo, usando lo stesso circuito della fig. 4-a, ma procedendo in modo diverso.

In questo caso, infatti, si lascia inalterata la tensione anodica ad un valore determinato, ad esempio di 100 V, e si applica alla griglia una tensione negativa misurando per diversi valori di essa la corrispondente corrente anodica; riportando su un diagramma i valori della tensione di griglia e della corrente anodica si può tracciare la caratteristica mutua relativa alla tensione anodica di 100 V.

Si aumenta poi la tensione anodica, portandola, ad esempio, a 170 V, e si applica nuovamente alla griglia una tensione negativa, misurando ancora per diversi valori di essa la corrispondente corrente anodica; si può così tracciare una seconda caratteristica mutua relativa alla tensione anodica di 170 V.

fig. 5

Nel diagramma della fig. 5 sono riportate quattro caratteristiche mutue del triodo considerato finora; queste caratteristiche sono state ottenute per i valori della tensione anodica più comunemente usati, valori che sono stati indicati su ciascuna di esse.

I valori della corrente anodica sono ancora riportati sull’asse verticale come nel caso delle caratteristiche anodiche, mentre sull’asse orizzontale sono ora riportati i valori della tensione di griglia; poiché questi valori sono negativi, l’asse è stato tracciato alla sinistra dell’asse verticale.

Si consideri ora, ad esempio, la caratteristica mutua relativa alla tensione anodica di 100 V e si noti che questa caratteristica incontra l’asse orizzontale nel punto A, in corrispondenza al quale è segnato il valore di — 8-V della tensione di griglia.

Quando il triodo si trova nelle condizioni indicate dal punto A, la sua tensione anodica risulta dunque di 100 V e la sua tensione di griglia di — 8 V; poiché il punto A giace sull’asse orizzontale, la corrente anodica è uguale a zero.

Si vede così che, quando al triodo è applicata una tensione anodica di 100 V, la corrente può attraversarlo soltanto se la tensione di griglia ha valori superiori a —8 V: in corrispondenza a questo valore la corrente non può più attraversare il triodo, evidentemente perchè la griglia è sufficientemente negativa per respingere tutti gli elettroni emessi dal catodo, neutralizzando l’attrazione esercitata su essi dall’anodo.

In queste condizioni si dice che il triodo è ALL’INTERDIZIONE e perciò la tensione di griglia con cui si riduce a zero la corrente anodica è detta TENSIONE DI GRIGLIA DI INTERDIZIONE e si indica con Vgi.

La tensione di interdizione risulta diversa a seconda della tensione anodica applicata al triodo: infatti, aumentando la tensione anodica aumenta anche l’attrazione che l’anodo esercita sugli elettroni e di conseguenza la griglia deve divenire più negativa per riuscire a neutralizzare questa attrazione e ad impedire agli elettroni di raggiungere l’anodo.

Nella fig. 5 si vede appunto che, quanto maggiore è la tensione anodica segnata su ciascuna caratteristica, tanto più negativa risulta la tensione di griglia relativa al punto in cui la caratteristica, incontra l’asse orizzontale.

Le caratteristiche anodiche e mutue considerate sono anche dette STATICHE, perché ciascuna di esse indica come varia la corrente anodica quando viene fatta variare una sola delle due tensioni da cui dipende questa corrente, mentre l’altra, tensione viene mantenuta ad un valore costante.

Si è visto, infatti, che ciascuna caratteristica anodica si ottiene per una determinata tensione di griglia, che rimane costante al variare della tensione anodica e della corrente anodica, mentre ciascuna caratteristica mutua si ottiene per una determinata tensione anodica, che rimane costante al variare della tensione di griglia e della corrente anodica.

Quando il triodo viene fatto funzionare nel suo normale circuito d’impiego, variano invece contemporaneamente sia la tensione di griglia sia la tensione anodica, oltre, naturalmente, alla corrente anodica; per conoscere il comportamento del triodo in queste condizioni di funzionamento si utilizza un’altra caratteristica, di cui tratteremo considerando il circuito d’impiego del triodo.

Circuito d’impiego del triodo

Nella fig. 6-a è mostrato lo schema del circuito in cui si impiega il triodo, utilizzando la sua proprietà di permettere il controllo della corrente anodica mediante la tensione di griglia.

Per ben comprendere il funzionamento del triodo occorre distinguere nel suo circuito d’impiego il CIRCUITO DI GRIGLIA ed il CIRCUITO ANODICO.

Il circuito di griglia è disegnato con linea intera nella fig. 6-b, dalla quale si può vedere che comprende due generatori in serie collegati tra la griglia ed il catodo.

Il generatore di tensione alternata fornisce la tensione con cui viene fatta variare la corrente anodica; per evitare che durante le semionde positive di questa tensione la griglia divenga positiva, in serie al generatore si pone la batteria di GRIGLIA Bg, che è collegata in modo da rendere la griglia negativa rispetto al catodo.

La tensione continua fornita dalla batteria di griglia è detta TENSIONE DI POLARIZZAZIONE ed ha un valore tale che la griglia non può diventare positiva nemmeno quando la tensione alternata raggiunge il suo massimo valore positivo, come vedremo meglio più avanti: in tal modo nessuna corrente circola nel circuito di griglia.

Il circuito anodico, disegnato con linea continua nella fig. 6-c, comprende la batteria anodica Ba avente in serie il resistore anodico Ra, che è anche detto resistore di carico; questi due elementi in serie sono collegati tra l’anodo ed il catodo del triodo.

fig. 6

La batteria anodica fornisce la corrente anodica, la cui intensità varia quando viene fatta variare la tensione di griglia; il resistore di carico serve per far variare la tensione anodica in conseguenza delle variazioni della corrente anodica.

Infatti, la corrente anodica che percorre il resistore Ra dà luogo ad una caduta di tensione ai suoi capi: di conseguenza la tensione anodica che si ha tra l’anodo ed il catodo del triodo risulta tanto minore di quella fornita dalla batteria anodica quanto maggiore è la caduta di tensione che avviene ai capi del resistore di carico.

Al variare dell’intensità della corrente anodica, varia evidentemente la caduta di tensione ai capi del resistore di carico e quindi varia anche la tensione anodica.

Scegliendo opportunamente i valori delle tensioni fornite dalle batterie Bg e Ba ed il valore del resistore Ra, si può fare in modo che la tensione anodica vari con lo stesso andamento della tensione di griglia ma con maggiore ampiezza.

In sostanza, tra anodo e catodo del triodo si può ottenere una tensione che è simile a quella applicata alla griglia ma che ha un valore maggiore; si dice pertanto che il triodo dà luogo ad una AMPLIFICAZIONE DI TENSIONE.

Data la grande importanza dell’amplificazione di tensione, conviene vedere più dettagliatamente come funziona il triodo in questa sua tipica applicazione.

A tale scopo è opportuno considerare dapprima il circuito del triodo quando nessun segnale è applicato alla griglia e quindi si hanno soltanto le tensioni continue fornite dalle batterie Bg e Ba: in questo caso si dice che il triodo è in condizioni di riposo e lo schema del suo circuito si rappresenta senza il generatore di tensione alternata, come si vede nella fig. 7.

fig. 7

In questa figura si è supposto che la tensione di polarizzazione, detta anche TENSIONE DI GRIGLIA DI RIPOSO (che si indica con V g0), abbia il valore di — 4V e che la tensione Vb fornita dalla batteria anodica abbia il valore di 250 V.

Nel circuito anodico circola la corrente anodica di riposo (che si indica con Ia0): secondo il senso convenzionale, questa corrente parte dal polo positivo della batteria Ba, attraversa il resistore di carico da 25 kΩ, quindi il triodo in serie ad esso e ritorna al polo negativo della batteria Ba.

A causa della caduta di tensione che avviene ai capi del resistore di carico, la tensione anodica di riposo (che si indica con Va0) risulta minore della tensione Vb fornita dalla batteria anodica.

Per determinare il valore della corrente Ia0 e della tensione Va0 non si può usare la legge di Ohm in quanto il triodo, come il diodo, non obbedisce a questa legge: si adotta perciò un metodo grafico, ricorrendo alle caratteristiche anodiche del triodo e procedendo nel modo seguente.

Anzitutto si considerano due casi estremi, cioè il caso in cui la tensione anodica Va avrebbe lo stesso valore di 250 V della tensione Vb ed il caso in cui la stessa tensione Va avrebbe il valore zero.

La tensione Va avrebbe il valore di 250 V se il triodo si trovasse all’interdizione, come si è supposto, nella fig. 8-a, in cui si è indicata la corrente anodica uguale a zero.

In questo caso, infatti, non circolando corrente, non si avrebbe alcuna caduta di tensione ai capi del resistore di carico e l’intera tensione Vb risulterebbe applicata tra anodo e catodo del triodo.

fig. 8

Il triodo si troverebbe pertanto nelle condizioni indicate dal punto A della fig. 8-c, a cui corrispondono appunto una corrente anodica Ia = 0 ed una tensione anodica Va = 250 V.

La tensione anodica Va avrebbe, invece, il valore zero nel caso in cui il triodo fosse posto in cortocircuito mediante un conduttore collegato esternamente tra il suo anodo ed il suo catodo, come si vede nella fig. 8-b.

In questo caso il resistore di carico risulta collegato direttamente ai capi della batteria Ba e quindi la corrente che lo attraversa si può calcolare con la legge di Ohm, dividendo la tensione Vb di 250 V per il valore di 25 kΩ del resistore di carico ed ottenendo 250 : 25 = 10 mA.

Il triodo si troverebbe ora nelle condizioni indicate dal punto B della fig. 8-c, a cui corrispondono appunto una corrente anodica Ia = 10 mA ed una tensione anodica Va = 0.

Quando il triodo non è né all’interdizione né in cortocircuito, ma si trova nelle condizioni della fig. 7, la sua corrente anodica dovrà avere un valore compreso tra quelli estremi di 0 mA e di 10 mA e la sua tensione anodica dovrà avere anch’essa un valore compreso tra quelli estremi di 0 V e di 250 V.

Per trovare tali valori si uniscono i punti A e B con una retta, come si vede nella fig. 8-c, e si considera il punto, indicato con P0 nella figura, in cui tale retta incontra la caratteristica anodica relativa alla tensione di griglia Vg= —4 V, che e appunto la tensione di griglia di riposo indicata nella fig. 7. 

La retta e detta RETTA DI CARICO, mentre il punto Po e detto PUNTO DI FUNZIONAMENTO del triodo, in quanto indica le condizioni in cui tubo funziona.

Infatti, in corrispondenza al punto Po si può leggere sull’asse verticale il valore della corrente anodica di riposo, che risulta Iao= 5 mA, mentre sull’asse orizzontale si legge il valore della tensione anodica di riposo, che risulta Vao= 125 V.

Per trovare una conferma dell’esattezza di questi risultati basta osservare che la caduta di tensione prodotta dalla corrente Iao ai capi del resistore di carico, sommata alla tensione anodica Vao, deve risultare uguale alla tensione Vb fornita dalla batteria anodica.

Poiché la caduta di tensione ai capi del resistore di carico risulta 5 x 25 = 125 V e poiché anche la tensione anodica ha il valore di 125 V, la somma di queste due tensioni e appunto uguale al valore di 250 V della tensione Vb.

Ulteriori conferme dell’esattezza di questo modo di procedere si troveranno in avanti con altri esempi relativi alla stessa retta di carico.

Stabiliti cosi tutti i valori delle grandezze relative al triodo in condizioni di riposo, si può passare a considerare come si modificano tali valori quando la tensione di griglia viene fatta variare mediante un generatore di tensione alternata posto in serie alla batteria di griglia, come si vede nella fig. 9-a: la tensione alternata fornita da questo generatore rappresenta il segnale da amplificare.

fig. 9

La tensione di griglia Vg (maiuscolo) presente tra la griglia ed il catodo risulta ora uguale alla somma della tensione continua di polarizzazione Vg0 e della tensione alternata che si indica con vg (minuscolo).

La tensione Vg è detta perciò TENSIONE TOTALE di griglia, mentre la tensione vg e la tensione di polarizzazione sono dette rispettivamente COMPONENTE ALTERNATA e COMPONENTE CONTINUA della tensione di griglia.

Supponendo che la componente alternata abbia un andamento sinusoidale ed un valore massimo di 2 V, si può rappresentarla come si fatto nella fig. 9-b per due cicli completi.

La componente continua si può rappresentare graficamente mediante una retta parallela all’asse orizzontale (fig. 9-c), in quanto mantiene costantemente nel tempo il valore di —4 V; poiché questo valore è negativo, la retta e stata tracciata sotto l’asse orizzontale.

Per sapere quale valore assume la tensione di griglia Vg in un determinato istante, basta sommare i valori assunti in questo stesso istante dalle componenti alternata e continua.

In particolare, nell’istante in cui la componente alternata raggiunge il massimo valore positivo di +2 V, la tensione totale di griglia risulta uguale a —2 V.

Infatti si può dire, molto semplicemente, che i due volt positivi della componente alternata neutralizzano due dei quattro volt negativi della componente continua, per cui alla griglia risultano soltanto applicati due volt negativi.

Invece, nell’istante in cui la componente alternata raggiunge massimo valore negativo di —2 V, questi due volt negativi si aggiungono ai quattro volt negativi della componente continua, per cui alla griglia risultano applicati complessivamente sei volt negativi.

Eseguendo la stessa somma in diversi altri istanti, si può determinare l’andamento della tensione totale di griglia, che risulta come si vede nella fig. 9-d; poiché questa tensione ha sempre valori negativi, la curva che la rappresenta e disegnata sotto l’asse orizzontale.

Appare evidente che la tensione totale ha lo stesso andamento della componente alternata, però con la differenza che, mentre la componente alternata varia di 2 V in più ed in meno rispetto al valore zero, la tensione totale varia di 2 V in più ed in meno rispetto al valore di —4 V della componente continua (linea tratteggiata della fig. 9-d).

La tensione totale di griglia si può quindi considerare come una tensione alternata sovrapposta ad una tensione continua: in conseguenza di ciò, la componente alternata non può mai rendere positiva la griglia, come si e già detto in precedenza.

A questo proposito e bene osservare che la tensione di polarizzazione non ha semplicemente lo scopo di evitare che il segnale renda positiva la griglia, ma serve essenzialmente a far funzionare il triodo nelle condizioni volute: in seguito si Vedrà, infatti, che in alcuni casi la tensione di polarizzazione può avere un valore tale per cui la griglia diviene positiva durante il funzionamento del triodo.

Dopo aver visto come varia la tensione di griglia, si può considerare che cosa avviene nel circuito anodico del triodo, in corrispondenza ai due valori estremi di — 2V e di — 6V assunti da detta tensione.

A questo scopo si ricorre ancora alle caratteristiche anodiche del triodo ed alla retta di carico tracciata su esse.

Quando la tensione di griglia assume il valore di — 2V, il punto che rappresenta le condizioni di funzionamento del triodo dovrà trovarsi all’intersezione della retta di carico con la caratteristica relativa alla tensione Vg= -2 V: nel diagramma della fig. 10-a questo punto è stato indicato con P’.

fig. 10

In corrispondenza a tale punto, la corrente anodica risulta Ia = 6 mA e la tensione anodica risulta Va= 100 V.

Poiché la griglia è divenuta meno negativa, passando da —4 V (fig. 8-c) a —2V (fig. 10-a), la corrente anodica è aumentata, passando da 5 mA a 6 mA.

Essendo aumentata la corrente, è aumentata anche la caduta di tensione ai capi del resistore di carico e di conseguenza è diminuita la tensione anodica, che è passata da 125 V a 100 V.

Poiché la tensione Vb fornita dalla batteria anodica è sempre di 250 V, essendosi ridotta a 100 V la tensione anodica Va deve essere aumentata a 150 V la caduta di tensione ai capi del resistore di carico: moltiplicando il valore di 25 KΩ di questo resistore per la corrente di 6 mA, si ottiene appunto 25 X 6 = 150 V.

Nello schema della fig. 10-a sono riportati i valori di tutte le grandezze che interessano il funzionamento del triodo in queste condizioni.

Per vedere in quali condizioni funziona il triodo, quando la tensione di griglia assume il valore di — 6 V, ci si può riferire alla fig. 10-b.

Nel diagramma di questa figura si vede che il punto di funzionamento, indicato con P”, si trova ora all’intersezione della retta di carico con la caratteristica relativa alla tensione Vg= —6 V: in corrispondenza a tale punto la corrente anodica risulta Ia= 4 mA e la tensione anodica risulta Va= 150 V.

Confrontando ancora questi valori con quelli relativi al triodo in condizioni di riposo (fig. 8-c), si vede che la corrente anodica è diminuita, passando da 5 mA a 4 mA, perché la griglia è divenuta più negativa, passando da — 4V a — 6 V.

Essendo diminuita la corrente, è diminuita anche la caduta di tensione ai capi del resistore di carico e di conseguenza è aumentata la tensione anodica, che è passata da 125 V a 150 V.

Poiché la tensione Vb fornita dalla batteria anodica è ancora di 250 V, essendo aumentata a 150 V la tensione anodica Va deve essere diminuita a 100 V la caduta di tensione ai capi del resistore di carico: moltiplicando il valore di 25 kΩ di questo resistore per la corrente di 4 mA, si ottiene appunto 25 X 4 = 100 V.

I valori di tutte le grandezze che interessano il funzionamento del triodo in queste condizioni sono stati riportati nello schema della fig. 10-b.

Nella fig. 10 si sono determinati i valori estremi assunti dalla corrente anodica e dalla tensione anodica in corrispondenza ai valori estremi di — 2V e di -6 V della tensione di griglia, ma con lo stesso procedimento si potrebbero determinare altri valori di tali grandezze compresi tra quelli estremi.

La retta di carico tracciata sulle caratteristiche anodiche permette dunque di vedere come si comporta il triodo quando, durante il suo funzionamento, variano contemporaneamente la tensione di griglia, la corrente anodica e la tensione anodica: la retta di carico viene anche detta perciò caratteristica di funzionamento.

Determinando diversi valori della corrente anodica e della tensione anodica e riportandoli su un diagramma si possono tracciare le curve che mostrano l’andamento nel tempo di queste grandezze.

fig. 11

Come si vede nella fig. 11, tali curve hanno andamento sinusoidale come quella che rappresenta la tensione di griglia nella fig. 9-d e che è stata nuovamente riportata nella fig. 11-a, per avere una visione completa di tutte le grandezze che interessano il funzionamento del triodo.

Si può vedere così che, mentre la tensione di griglia varia tra i valori di —2V e di — 6 V, la corrente anodica (fig. 11-b) varia tra i valori di 6 mA e di 4 mA e la tensione anodica (fig. 11-c) varia tra i valori di 100 V e di 150 V.

E’ importante notare che, come la tensione totale di griglia V varia di 2 V in più ed in meno rispetto al valore di — 4V della tensione di griglia di riposo Vg0, così anche la corrente anodica Ia varia di 1 mA in più ed in meno rispetto al valore di 5 mA della corrente anodica di riposo Ia0 ed analogamente la tensione anodica Va varia di 25 V in più ed in meno rispetto al valore di 125 V della tensione anodica di riposo Va0.

Di conseguenza, avendo considerato la tensione totale di griglia Vg formata da una componente alternata vg sovrapposta ad una componente continua Vg0, si può considerare anche la corrente anodica Ia come una corrente anodica totale formata da una componente alternata Ia sovrapposta ad una componente continua Ia0; analogamente, si può considerare la tensione anodica Va come una tensione anodica totale formata da una componente alternata va sovrapposta ad una componente continua Va0.

Nel caso della tensione di griglia è evidente che le due componenti esistono realmente, perché ciascuna di esse è fornita da un generatore inserito nel circuito di griglia.

Ci si può convincere che anche le due componenti della corrente anodica e della tensione anodica esistono realmente, considerando che è possibile ottenerle separate.

Ad esempio, misurando la corrente anodica totale o la tensione anodica totale mediante uno strumento a bobina mobile usato come milliamperometro o come voltmetro, si ottiene il valore della sola componente continua di queste grandezze, perché gli strumenti a bobina mobile non danno indicazioni in corrente alternata.

Invece, se la corrente anodica totale viene inviata nel primario di un trasformatore, ai capi del secondario si ottiene una tensione che dipende soltanto dalla componente alternata di tale corrente, perché i trasformatori non funzionano con corrente continua.

Le due componenti si possono separare anche mediante un condensatore, che lascia passare soltanto la corrente alternata, arrestando quella continua.

Si vedrà che molto spesso si ricorre proprio all’uso di un condensatore o di un trasformatore per ottenere la componente alternata della tensione anodica totale, che costituisce il segnale amplificato.

Tale segnale ha lo stesso andamento di quello applicato alla griglia del triodo, ma ha ampiezza maggiore: in effetti, questi due segnali differiscono non soltanto per l’ampiezza, ma anche per un altro motivo.

Ciò risulta evidente esaminando la fig. 12. in cui sono riportate le componenti alternate della tensione di griglia e della tensione anodica ricavate dai diagrammi della fig. 11.

Nella fig. 12 si nota immediatamente che alle semionde positive del segnale applicato alla griglia, semionde disegnate con linea più marcata, corrispondono le semionde negative del segnale amplificato, semionde disegnate anch’esse con linea più marcata; la stessa cosa avviene anche per le semionde disegnate con linea più sottile.

In questo caso si dice che le due tensioni sono in opposizione, perché quando una raggiunge il massimo valore positivo, l’altra raggiunge il massimo valore negativo e viceversa, come si vede appunto nella fig. 12.

fig. 12.

E’ bene ricordare che il segnale amplificato ottenuto da un triodo è in opposizione con il segnale applicato alla griglia.

Per sapere di quanto viene amplificato il segnale applicato alla griglia del triodo, basta dividere il valore massimo della componente alternata della tensione anodica per il valore massimo della componente alternata della tensione di griglia: si ottiene così il GUADAGNO DI TENSIONE, che si indica con G.

Nel caso della fig. 12, poiché i valori massimi delle componenti alternate della tensione anodica e della tensione di griglia sono rispettivamente 25 V e 2 V, il guadagno di tensione risulta G = 25 : 2 = 12,5; ciò significa che il segnale applicato alla griglia del triodo viene amplificato 12,5 volte.

Parametri differenziali del triodo

In tutte le considerazioni svolte finora si è sempre fatto riferimento al triodo ECC82 costruito dalla Philips; considerando altri tipi di triodi si otterrebbero risultati diversi, pur facendo funzionare questi tubi nelle stesse condizioni del triodo ECC82.

Ad esempio, con la stessa variazione della tensione di griglia, si potrebbe ottenere una variazione della corrente anodica maggiore o minore, oppure, con la stessa variazione della corrente anodica, si potrebbe ottenere una variazione della tensione anodica maggiore o minore; infine potrebbe anche risultare diverso il guadagno.

Ciascun tipo di triodo viene pertanto caratterizzato mediante opportune grandezze atte ad indicare le sue prestazioni quando funziona in determinate condizioni, cioè con una data tensione di polarizzazione di griglia, con una data corrente anodica di riposo e con una data tensione anodica di riposo.

Per ogni tipo di triodo si indicano tre grandezze, dette PARMETRI DIFFERENZIALI del triodo, ciascuna delle quali viene definita in base alla variazione di due delle tre grandezze elettriche relative al triodo stesso (tensione di griglia, corrente anodica e tensione anodica), mentre la terza si considera costante.

Un primo parametro è detto PENDENZA del triodo (simbolo S), oppure TRANSCONDUTTAZA, oppure anche MUTUA CONDUTTAZA; questo parametro indica di quanto varia la corrente anodica quando la tensione di griglia viene fatta variare di 1 V, mentre la tensione anodica rimane costante.

Esprimendo in milliampere la variazione della corrente anodica corrispondente alla variazione di 1 V della tensione di griglia, la pendenza risulta espressa in milliampere al volt (simbolo mA/V).

La pendenza permette di conoscere l’attitudine di un triodo a controllare la corrente anodica mediante la tensione di griglia: fra due tipi di triodi aventi pendenze diverse, sarà migliore quello con pendenza più elevata.

La pendenza di un triodo si può determinare sperimentalmente con il circuito indicato nella fig. 13-a.

A questo scopo si regola la tensione di griglia in modo che il triodo funzioni nelle condizioni volute e quindi si legge sul milliamperometro il valore della corrente anodica che attraversa il tubo.

Si agisce poi sul cursore del potenziometro facendo variare di 1 V la tensione di griglia e quindi si legge nuovamente sui milliamperometro il valore della corrente anodica: la differenza tra questo valore e quello letto in precedenza indica evidentemente di quanto è variata la corrente anodica facendo variare di 1 V la tensione di griglia e quindi dà direttamente la pendenza del tubo.

Durante questa prova la tensione anodica non varia, perché non vi è la resistenza anodica che produca variazioni di tensione; la piccola resistenza interna del milliamperometro inserito nel circuito anodico si può ritenere trascurabile.

Come si è visto in precedenza, la corrente anodica di un triodo si può anche controllare mediante la tensione anodica, lasciando inalterata la tensione di griglia.

Il secondo parametro differenziale che si indica per un triodo permette appunto di conoscere l’attitudine del tubo a controllare la corrente anodica mediante la tensione anodica.

fig. 13

Questo parametro è detto resistenza differenziale interna del triodo (simbolo ra): esso indica di quanto si deve variare la tensione anodica per ottenere la variazione di 1 mA della corrente anodica, mentre la tensione di griglia rimane costante.

Esprimendo in volt la variazione della tensione anodica necessaria per far variare di 1 mA la corrente anodica, la resistenza interna risulta espressa in chiloohm.

Anche la resistenza differenziale interna si può determinare sperimentalmente, mediante il circuito indicato nella fig. 13-b.

A questo scopo si porta il triodo a funzionare nelle condizioni volute, regolando opportunamente la sua tensione anodica, il cui valore si legge sul voltmetro.

Si varia quindi la tensione anodica fino a quando la corrente anodica è variata di 1 mA ed a questo punto si legge nuovamente sul voltmetro il valore della tensione anodica: la differenza tra questo valore e quello letto in precedenza indica evidentemente di quanto si è dovuta variare la tensione anodica per far variare di 1 mA la corrente anodica e quindi da direttamente la resistenza differenziale interna del triodo.

In precedenza si è anche visto che la griglia controlla più efficacemente dell’anodo la corrente anodica, essendo più vicina al catodo: il terzo parametro differenziale che si indica per un triodo permette appunto di conoscere di quanto la griglia è più efficace dell’anodo nel controllare la corrente anodica.

Questo parametro è detto coefficiente di amplificazione del triodo (simbolo μ): esso indica di quanto si deve variare la tensione anodica per mantenere costante la corrente anodica nonostante la variazione di 1 V della tensione di griglia.

Per avere un’idea più precisa di questo parametro, conviene considerare come si procede per determinarlo sperimentalmente.

A tale scopo si usa il circuito indicato nella fig. 13-c: dopo aver regolato la tensione di griglia e la tensione anodica in modo da portare il triodo a funzionare nelle condizioni volute, si leggono i valori della corrente anodica e della tensione anodica.

A questo punto si varia di 1 V la tensione di griglia e, così facendo, varierà anche di una certa quantità la corrente anodica; si varia allora la tensione anodica fino a riportare la corrente anodica al valore iniziale: la variazione della tensione anodica necessaria per ottenere ciò indica direttamente il coefficiente di amplificazione del triodo.

A differenza degli altri due parametri, il coefficiente di amplificazione è espresso semplicemente con un numero.

Poiché i tre parametri differenziali del triodo riguardano tutti il controllo della corrente anodica da parte della tensione di griglia o della tensione anodica, si può supporre che vi sia una relazione che lega tra loro i tre parametri stessi: infatti, si è riscontrato che il coefficiente di amplificazione è uguale al prodotto della pendenza per la resistenza differenziale interna.

I parametri differenziali di un triodo si possono anche determinare graficamente mediante le caratteristiche mutue ed anodiche del triodo stesso.

Nella fig. 14 si vede, ad esempio, come si può ricavare la pendenza di un triodo tipo ECC83 dalle sue caratteristiche mutue.

Si è supposto che il triodo si trovi nelle condizioni di riposo indicate dal punto P0, cioè con tensione di polarizzazione Vg0 = — 2 V, con tensione anodica di riposo Va0 = 250 V e con corrente anodica di riposo Ia0 = 1,2 mA.

Poiché la pendenza è data dalla variazione della corrente anodica conseguente alla variazione di 1 V della tensione di griglia, mentre la tensione anodica rimane costante, si considerano i valori assunti dalla corrente anodica in corrispondenza ai valori di -1,5 V e di -2,5 V della tensione di griglia.

La variazione di 1 V della tensione di griglia si ottiene così aumentando e diminuendo di 0,5 V il valore di — 2V della tensione di polarizzazione.

Dai punti dell’asse orizzontale su cui sono segnati i valori di —1,5 V e di —2,5 V si tracciano due rette verticali fino ad incontrare nei punti P’ e P” la caratteristica mutua relativa alla tensione anodica di 250 V, sulla quale si trova anche il punto P0.

In tal modo non risulta variata la tensione anodica perché ai tre punti corrisponde lo stesso valore di questa tensione, mentre varia la corrente anodica: si vede infatti che, in corrispondenza ai punti P’ e P”, la corrente assume rispettivamente i valori di 2,2 mA e di 0,5 mA.

La differenza tra questi due valori (2,2 — 0,5 = 1,7), indicando di quanto è variata la corrente anodica al variare di 1 V della tensione di griglia, da direttamente la pendenza del triodo: si può quindi concludere che il triodo considerato, nelle condizioni di riposo indicate dal punto Po, ha una pendenza di 1,7 mA/V.

fig. 14

La pendenza del triodo si può anche ricavare dalle caratteristiche anodiche del tubo, procedendo come si vede nella fig. 15.

In questo caso, il punto P0, che indica le condizioni di riposo del triodo, si trova sulla caratteristica anodica relativa alla tensione di griglia Vg = — 2 V, in corrispondenza alla tensione anodica di riposo Va0 = 250 V ed alla corrente anodica di riposo Ia0 = 1,2 mA.

Dal punto Po si traccia una retta verticale fino ad incontrare nei punti P’ e P” le caratteristiche anodiche relative rispettivamente alle tensioni di griglia di —1,5 V e di -2,5 V, in modo che anche in questo caso la variazione di 1 V della tensione di griglia sia ottenuta aumentando e diminuendo di 0,5 V il valore di — 2 V della tensione di polarizzazione.

fig. 15

Così facendo non viene variata la tensione anodica perché ai tre punti corrisponde ancora lo stesso valore di 250 V di questa tensione, mentre varia la corrente anodica.

Anche in questo caso, infatti, si trova che in corrispondenza ai punti P’ e .P” la corrente assume rispettivamente i valori di 2,2 mA e di 0,5 mA, dalla cui differenza si ottiene ancora lo stesso valore di 1,7mA/V della pendenza.

Questo secondo metodo per ricavare la pendenza di un triodo si può adottare qualora non si disponga della caratteristica mutua tracciata per il valore della tensione anodica desiderato: infatti, sulle caratteristiche anodiche si può eseguire la determinazione grafica della pendenza per qualsiasi valore della tensione anodica, che si legge direttamente sull’asse orizzontale.

Dalle stesse caratteristiche anodiche si può anche ricavare la resistenza differenziale interna del medesimo triodo, procedendo come si vede nella fig. 16.

fig. 16

Anche in questo caso il punto P0 indica le condizioni di riposo del triodo, che sono le stesse già considerate in precedenza.

Poiché la resistenza differenziale interna è data dalla variazione della tensione anodica necessaria per ottenere la variazione di 1 mA della corrente anodica mentre la tensione di griglia rimane costante si considerano i valori che deve assumere la tensione anodica per far variare la corrente anodica tra i valori di 1,7 mA e di 0,7 mA, cioè per farla aumentare e diminuire di 0,5 mA rispetto al valore di 1,2 mA della corrente anodica di riposo.

Dai punti dell’asse verticale su cui sono segnati i valori di 1,7 mA e di 0,7 mA si tracciano due rette orizzontali fino ad incontrare nei punti P’ e P” la caratteristica anodica relativa alla tensione di griglia di — 2 V, sulla quale si trova anche il punto P0.

In tal modo non risulta variata la tensione di griglia perché ai tre punti corrisponde lo stesso valore di questa tensione, mentre varia la tensione anodica, che passa dal valore di 277 V, in corrispondenza al punto P’, al valore di 218 V, in corrispondenza al punto P”

La differenza tra questi due valori (211 — 218 = 59), indicando di quanto si deve variare la tensione anodica per variare di 1 mA la corrente anodica, da direttamente la resistenza differenziale interna de! triodo: si può quindi concludere che il triodo consideralo, nelle condizioni di riposo indicate dal punto P0, ha una resistenza differenziale interna di 59 KΩ.

Per mezzo delle caratteristiche anodiche del triodo si può inoltre ricavare il suo coefficiente di amplificazione, procedendo come si vede nella fig. 17, nella quale il punto P0 indica ancora le medesime condizioni di riposo considerate nei casi precedenti.

Poiché il coefficiente di amplificazione è dato dalla variazione della tensione anodica necessaria per mantenere costante la corrente anodica al variare di 1 V della tensione di griglia, si considerano i valori che deve assumere la tensione anodica affinché la corrente anodica mantenga inalterato il suo valore di 1,2 mA quando la tensione di griglia varia di 0,5 V rispetto al valore di —2 V della tensione di polarizzazione, passando da —1,5 V a — 2,5 V.

Dal punto P0 si traccia una retta orizzontale fino ad incontrare nei punti P’ e P” le caratteristiche anodiche relative alla tensione di griglia di -1,5V e di -2,5 V.

fig. 17

In tal modo non risulta variata la corrente anodica perché ai tre punti corrisponde lo stesso valore di 1,2 mA di questa corrente, mentre deve variare la tensione anodica per compensare la variazione della tensione di griglia: si vede infatti che la tensione anodica assume i valori di 200 V e di 300 V indicati rispettivamente in corrispondenza ai punti P’ e P”.

La differenza tra questi due valori (300 – 200 = 100), indicando di quanto si deve variare la tensione anodica per mantenere costante la corrente al variare di 1 V della tensione di griglia, da direttamente il coefficiente di amplificazione del triodo: si può quindi concludere che il triodo considerato, nelle condizioni di riposo indicate dal punto P0, ha un coefficiente di amplificazione uguale a 100.

A questo punto si può verificare se il coefficiente di amplificazione così ottenuto risulta uguale al prodotto degli altri due parametri differenziali del triodo determinati in precedenza.

Poiché la pendenza ha il valore di 1,7mA/V e la resistenza differenziale interna ha il valore di 59 kΩ, si ottiene: 1,7 X 59 = 100,3.

II risultato è senz’altro accettabile, considerando che con i metodi grafici si commettono sempre piccole imprecisioni, derivanti dalla difficoltà di leggere con esattezza i valori riportati sugli assi dei diagrammi; per questo stesso motivo, in alcuni casi si può anche riscontrare qualche; piccola differenza tra i parametri determinati graficamente e quelli, ricavati sperimentalmente, che vengono indicati dai costruttori dei tubi.

I dati relativi al triodo considerato si possono indicare nel seguente modo:

tensione anodica di riposo: Va0= 250 V

corrente anodica di riposo: Ia0= 1,2 mA

tensione di polarizzazione: Vg0= -2 V

pendenza: S = 1,7mA/V

resistenza differenziale interna: ra= 59 kΩ

coefficiente di amplificazione: μ = 100.

Si noti che insieme ai tre parametri differenziali occorre sempre indicare anche i dati relativi al punto di funzionamento (tensione anodica, corrente anodica e tensione di polarizzazione) perché i parametri differenziali di un triodo risultano diversi a seconda del punto di funzionamento del tubo, a causa del fatto che le caratteristiche sono non rette ma curve.

A conferma di ciò, basterebbe scegliere sulle caratteristiche anodiche e mutue un altro punto P0 e ripetere per esso le stesse operazioni indicate nella fig. 14, nella fig. 15, nella fig. 16 e nella fig. 17: si constaterebbe così che i valori dei parametri differenziali risultano effettivamente diversi.

Ora i grafici a corredo delle caratteristiche delle valvole non saranno più tanto incomprensibili.  Per il momento mi fermo qui, l’articolo è venuto abbastanza lungo.

Mi metto a preparare il prossimo articolo sulle valvole con più di tre elementi.

VOTO