SIMULAZIONE DI DISTORSIONE ARMONICA - I.C. LF351 Special

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Il circuito rappresentato sotto è un classico stadio d'amplificazione a integrato arricchito di un circuito speciale non visibile per dimostrare il funzionamento di una configurazione a stato solido alimentato con una singola tensione che riproduce una distorsione di tipo valvolare.

Non è presente il carico in uscita del circuito collegato su 'OUT' che comunque non cambierebbe nulla data l'uscita a bassa impedenza che hanno questi componenti.

Modificando i valori di tensione d'alimentazione e dei componenti di polarizzazione del circuito si ottengono risultati diversi sia di risposta in frequenza, sia di aumento di segnale, sia di armoniche riprodotte ma non è possibile stabilire il punto di funzionamento migliore per molte ragioni, proprio come un triodo.

Uno stadio di questo tipo è utilizzato solamente sulle mie realizzazioni.

Adesso scopriamo come si comporta un circuito di questo tipo sottoposto ad un segnale d'ingresso, rappresentato nella figura precedente dal generatore 'TR', quando applichiamo una tensione di 1Vpp  avente frequenza di 220 hz.

Come si può vedere dalla forma d'onda il segnale parte dal valore iniziale di 0V, che è il punto di riposo di questo circuito, per salire fino a 2,8V, poi scende fino al valore di partenza per continuare fino ad un valore di -2,6V e risale di nuovo fino al punto di partenza di 0V compiendo un ciclo.

Per fare questo impiega un tempo che è l'inverso della sua frequenza ovvero una durata di 1/freq  (1/220=4,545msec) come si può vedere dal grafico.

Amplificando in queste condizioni di un fattore pari a 5,4 volte la tensione d'ingresso ci troviamo in uscita un segnale avente 5,4V picco-picco (2,8V+2,6V=5,4V).

Da notare che questo tipo di circuito non effettua nessuna rotazione del segnale di 180°; difatti quando la tensione del segnale in ingresso aumenta quella prelevata sul piedino d'uscita dell'operazionale aumenta e viceversa.

In questo caso il LA 440 hz (2° armonica) ha un livello di 78 mVp cioè oltre 20.000 volte il valore del circuito standard che insieme alle altre armoniche porta ad una distorsione totale di oltre il 3%, sufficientemente apprezzabile a livello uditivo.

Si può affermare quindi che per piccoli segnali questo circuito modifica in maniera apprezzabile il contenuto armonico.

Ora andiamo ad osservare il nostro analizzatore di spettro virtuale per verificarne la quantità e il tipo d’armoniche generate. Si può notare la buona presenza d’armoniche superiore anche alla prova sulla valvola e con un andamento decrescente.

Quando invece applichiamo un segnale di 2Vpp della stessa frequenza notiamo che oltre al fatto che la tensione varia fra +5,9V e -4,25V e quella dovuta alla frequenza fondamentale arriva a 5,1 Vp, le altre variano in maniera più o meno significata portando la distorsione armonica totale a sfiorare il 10%, che potremmo definire una distorsione leggera, con forte presenza della 2° armonica.

Osserviamo il nostro analizzatore di spettro virtuale per verificarne la quantità e il tipo d’armoniche generate notando la crescita di molte armoniche soprattutto della 2° e della 3° e la diminuzione di altre ma sempre molto più presenti della prova sul triodo.

Aumentando ancora il segnale d'ingresso a 5 Vpp notiamo che la parte inferiore della nostra onda inizia a essere tagliata causa del raggiungimento del potenziale di massa che produce una compressione del segnale e crea ulteriori armoniche soprattutto d'ordine dispari.

In questo caso la distorsione armonica totale supera il valore del 30% dovuto in gran parte all'effetto della 2° armonica ma anche di quelle d'ordine superiore.

Questa potremmo definirla una distorsione medio-alta.

Osservando il nostro analizzatore di spettro virtuale, si può vedere come siano aumentate molto tutte le armoniche, in particolar modo la 2°, mentre è diminuita leggermente la fondamentale per effetto della compressione. Confrontandola poi con l’analoga prova sul triodo si nota la grande somiglianza ma con una presenza maggiore delle armoniche pari e minore di quelle dispari.

Portando il segnale in ingresso a 10 Vpp vediamo che la forma d'onda risulta tagliata in maniera non simmetrica sia nella semionda positiva a causa del raggiungimento del valore della tensione d'alimentazione, sia in quella negativa a causa del raggiungimento del potenziale di massa.

Ciò crea un'amplificazione minore del segnale che si adagia a circa 2,16 volte invece di 5,4 della partenza e ad un aumento enorme delle armoniche soprattutto d'ordine dispari.

In questo caso la 3° armonica arriva a 1,6 V mentre la 2° armonica si ferma a 3,4 V.

Toccando la soglia del 40% potremmo dire che abbiamo una distorsione alta del segnale.

Osservando il nostro analizzatore di spettro virtuale, si può notare come siano aumentate, rispetto alla situazione precedente, soprattutto le armoniche dispari e siano diminuite sia la fondamentale che la 2° per effetto della compressione.

Con il massimo segnale previsto in questa simulazione che ha un'ampiezza di 20 Vpp arriviamo ad una distorsione alta in cui non si ha più un aumento consistente della fondamentale ma aumentano solamente le armoniche generate d'ordine dispari mentre diminuisce la seconda armonica poiché ci avviciniamo di più alla forma d'onda quadra tipica delle distorsioni causate da circuiti a stato solido.

La distorsione armonica totale arriva a superare il 40%.

Osservando il nostro analizzatore di spettro virtuale, si può notare come ci sia una certa uniformità nei livelli delle armoniche, a parte 6° e 7°, ed è ancora diminuita la fondamentale per effetto della saturazione.

Notare il livello medio delle armoniche molto simile all’analoga prova sulla valvola 12AX7A.

Considerazioni: l'amplificazione a stato solido special produce una distorsione armonica crescente con l'aumento del segnale in maniera più o meno proporzionale, la quale dipende dal tipo di circuito usato caratterizzato sopratutto da armoniche d'ordine pari (soprattutto 2° armonica) ma anche di una dose d'armoniche dispari che rimangono in sordina a livelli medi del segnale d'ingresso ma che vengono fuori prepotentemente quando si raggiungono elevati segnali in ingresso a cui corrisponde una tosatura del segnale e la corrispondente caduta dell'armoniche pari.

E' proprio la diversa miscela tra armoniche pari e dispari che ci fa apprezzare questo suono come fosse un valvolare.

Conclusioni finali: il circuito speciale o meglio, i circuiti speciali visto che ne esistono più di un tipo da me progettati, si comportano in maniera simile e forse addirittura migliore di un circuito valvolare per ciò che riguarda composizione armonica, progressione della distorsione e forma d'onda, mantenendo intatte le caratteristiche positive dei componenti a stato solido e cioè: peso, costo, dimensioni, robustezza meccanica, prestazioni costanti, basso assorbimento di potenza, bassa tensione d'alimentazione, sicurezza elettrica ecc ecc...

Per fare questa simulazione ho scelto uno dei modelli da me studiati e ogni modello risponde in maniera diversa dagli altri come fossero tante tipi di valvole diverse.

Potete infatti pensare a questi circuiti abbinati ad un semplice operazionale come una valvola non ancora in vendita che può essere alimentata a bassa tensione.

Se avete letto tutto questo trattato senza annoiarvi mi ritengo soddisfatto del lavoro svolto e vi ringrazio sentitamente.

Se poi volete altre notizie o siete curiosi di provare un prototipo già realizzato o un altro in arrivo potete scrivermi alla mia casella di posta elettronica: Questo indirizzo e-mail è protetto dallo spam bot. Abilita Javascript per vederlo.