SIMULAZIONE DI DISTORSIONE ARMONICA - Risultati del preamplificatore

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In questa sezione che tratta della distorsione armonica ho voluto riportare dei grafici che esprimono le ampiezze del segnale e delle prime cinque armoniche con i dati elaborati nella precedenti parti a cui vi rimando.

Per ogni tipo di componente ho disegnato due grafici elaborati tramite foglio elettronico dei dati già acquisiti in cui sul primo abbiamo in ascissa la tensione d'ingresso con il suo valore picco-picco, cioè dal suo massimo valore negativo al massimo valore positivo e che varia da 1 a 20 V, mentre in ordinata abbiamo la tensione in uscita come valore di picco (in assenza di distorsione esattamente la metà di quella picco-picco).

La semionda positiva che è la parte visualizzata sopra la linea di riposo è rappresentata da una curva rossa, la blu rappresenta la semionda negativa e la curva nera è la fondamentale che stiamo suonando.

Il secondo grafico riporta in ascissa sempre la tensione in ingresso nel suo valore picco-picco, mentre sull'ordinata abbiamo la distorsione espressa in percentuale con la curva nera che rappresenta l'andamento della distorsione armonica totale (THD), la rossa rappresenta la distorsione della seconda armonica (distorsione valida), la verde quella della terza armonica (distorsione non valida), la blu la quarta armonica (distorsione valida) e infine la viola la quinta armonica (distorsione non valida).

Ho preso in esame la distorsione di una valvola triodo tipo 12AX7A molto usata nei circuiti di preamplificazione valvolare, un operazionale o circuito integrato LF351 che contiene al suo interno svariati transistor, diodi e resistenze in un unico componente facendolo lavorare nella maniera classica e lo stesso operazionale (chiamato a volte anche I.C.) fatto lavorare con un circuito d'alimentazione e di controreazione particolare da me progettato che per ovvie ragioni non vi posso far vedere.

Circuito integrato LF351:

Iniziamo dall'operazionale utilizzato in maniera tradizionale, anche se il discorso in linea di massima si potrebbe applicare a circuiti contenente transistor, fet, mos, eccetera.

La prima cosa che si può notare dal grafico sotto riportato è che fino al valore di 5 Vpp in ingresso abbiamo in pratica tre rette coincidenti che sta significando che le semionde sono caratterizzate dalla sola presenza della fondamentale senza armoniche significative, sopra tale valore le curve rosse e blu aumentano poco per effetto della saturazione dell'elemento attivo (LF351), mentre la nera continua ancora un po' per poi stabilizzarsi al massimo valore consentito dal circuito.

In questo secondo grafico notiamo che tutte le curve si trovano a valori prossimi allo zero fino a un ingresso di 5 Vpp, poi sia la curva nera (THD) sia la verde (3° armonica) salgono molto rapidamente con valori molto vicini fra loro sintomo che la distorsione è quasi tutta composta da quest'armonica (cattiva distorsione), infatti sia la curva rossa (2° armonica) sia la blu (4 armonica) sono praticamente assenti, mentre l'ultima curva la viola (5° armonica), arriva a toccare anche il valore del 14%.

Conclusioni: la distorsione ottenuta da questo circuito non è sicuramente una distorsione valida.

Circuito integrato LF351 con controreazione speciale:

Innanzitutto occorre dire che il circuito di controreazione qui elaborato non è stato per nulla ottimizzato per la massima performance ma soltanto regolato in maniera d'avere un guadagno in tensione comparabile con il guadagno/tensione d'uscita del triodo.

Per questo ho scelto un guadagno piuttosto ridotto, ma variando lo stesso si ottengono risultati completamente diversi, come si sceglie un punto di lavoro diverso nella valvola per ottenere altri risultati (1° similitudine tra i due), cosa che non si può fare nel circuito classico di un operazionale.

Analizzando ora il grafico sotto notiamo che la curva rossa (semionda positiva) ha una pendenza maggiore di quella blu (semionda negativa) e raggiunge valori molto più alti, questo significa che la seconda semionda è compressa in ampiezza.

La curva nera invece è quasi la media delle altre due ed ha una crescita più lineare rispetto al circuito classico prima descritto.

Nel secondo grafico notiamo che la curva nera (THD) si porta quasi immediatamente a superare il valore del 10% dovuto alla rapida crescita della seconda armonica (curva rossa) che arriva al valore di circa 34% per poi scendere al 20%, iniziando a decrescere quando comincia a salire maggiormente la terza armonica (curva verde) che poi assume valori consistenti, la curva blu (quarta armonica) arriva al 20%, mentre la quinta armonica (linea viola) arriva a circa 9%.

Conclusioni: la buona presenza d'armoniche pari a livelli fino a 5V (quindi dei pick-ups di una chitarra elettrica) e la bassa presenza d'armoniche dispari ci garantiscono una eccellente distorsione.

Triodo tipo 12AX7A:

L'esame del comportamento di questa valvola ci fa notare che la semionda negativa (curva blu) sale più rapidamente e raggiunge un livello molto più alto della semionda positiva (curva rossa) che per questo motivo è molto più compressa. La curva nera è una via di mezzo tra le due.

Variando il punto di lavoro della valvola si ottengono comunque risultati anche totalmente diversi.

In quest'ultimo grafico la distorsione dovuta alla seconda armonica (curva rossa) sale fino ad un massimo di circa il 40% per un valore di 10V con un andamento non troppo dissimile dalla prova precedente (che arrivava a circa 34%) per poi scendere al valore del 28%, mentre la terza armonica (curva verde) cresce in maniera altalenante fino a raggiungere il valore del 20% (contro il 26% circa della precedente prova).

La curva blu (quarta armonica) sale in maniera  costante fino ad un massimo del 20% (la prova prima era del 18%) e infine la quinta armonica (curva viola) oscilla intorno al 1% (prima arrivava ad un massimo del 9%).

Conclusioni finali: come si può notare, è errato affermare che le valvole distorcano d'armoniche pari, in realtà è vero che la seconda e quarta armonica in un transistor sono poco presenti, mentre la terza armonica e la quinta (in questo caso quasi assente) sono ampiamente presenti in una valvola soprattutto con segnali in ingresso molto alti.

E' il mix d'armoniche pari e dispari in una valvola che ci fa apprezzare di più o di meno un certo suono rispetto a un altro, cosa in pratica inesistente in un ampli a stato solido sempre che non abbia il circuito di mia creazione.

E' quindi meglio, per ottenere una buona distorsione limitare al minimo l'utilizzo di pedali boost e non porre i gain dell'amplificatore a manetta.

A presto.