Griglia Soppressore: Questa sconosciuta, come va utilizzata e altre curiosità

Scrivo questo articolo per dissipare i dubbi di diverse persone che di tanto in tanto mi fanno domande riguardo a schemi elettrici che trovano in giro realizzati e pubblicati dai soliti guru che tutto sanno (ma che in realtà non sanno niente), perchè questi schemi elettrici contengono errori grossolani e molto gravi, in questo articolo mi soffermerò in modo specifico sulla griglia soppressore. Prima di arrivare al punto saliente meglio fare un ripassino…

Questi 3 tipi di differiscono per il numero di griglie interposte, al loro interno, tra catodo e anodo. Il triodo è la più semplice capace di amplificazione, possiede solamente la griglia controllo. Il è una valvola che contiene 2 griglie: la griglia controllo e la griglia schermo.

Triodo e il suo Negative Fantasma

Spiegare questa cosa per me è abbastanza ilare, ma probabilmente non tutti capiranno il perchè. All’ una delle maggiori limitazioni tecniche dei triodi era dovuta alla capacità parassita (effetto miller) presente tra anodo e griglia controllo, se sulla griglia è presente un segnale sulla placca si ritrova lo stesso segnale amplificato e con la opposta, la capacità interna tra anodo e griglia causa una retroazione negativa intrinseca 😆 che limita la massima frequenza alla quale il triodo può funzionare. Nel campo delle trasmissioni questo limitava le frequenze alle quali i trasmettitori e i ricevitori potevano operare.

La griglia schermo e l’effetto Dynatron

Per eliminare la capacità parassita tra anodo e griglia controllo fu interposta la griglia schermo, che proprio come dice il nome “scherma”. Essa viene polarizzata ad un potenziale positivo fisso impedendo che il segnale presente sulla placca retroceda sulla griglia controllo, fu realizzato così il tetrodo. I tetrodi però soffrivano di un difetto: la griglia schermo ha l’effetto di accelerare il flusso di elettroni in corsa verso l’anodo, elettroni che quando impattano ad alta velocità (immaginate tanti proiettili sparati nell’acqua che alzano un sacco di schizzi) provocano un’emissione di elettroni che si staccano dalla placca avviando un’emissione elettronica che esce dall’anodo e viene poi attirata e assorbita dalla griglia schermo formando una corrente inversa tra l’anodo e lo schermo.

Questo effetto viene chiamato comunemente emissione secondaria, il nome specifico è effetto dynatron. L’effetto dynatron causa parecchi problemi di funzionamento nel tetrodo che vanno dal rumore ad avere una zona delle curve a pendenza negativa che causa instabilità e auto oscillazione spontanea della valvola, tanto che all’epoca fu realizzato anche un circuito oscillatore chiamano Oscillatore Dynatron che sfruttava questo difetto dei tetrodi. Un’esempio di tetrodo può essere la UY224 di cui potete osservare le curve qui sopra. Nonostante la parentesi dell’oscillatore dynatron (che di fatto non è che servisse molto visto che esistevano diversi altri modi per far oscillare una valvola) i problemi dovuti all’effetto dynatron erano molto fastidiosi e i tetrodi scomparvero molto presto.

Il Pentodo

Dopo il tetrodo venne inventato il pentodo da Gilles Holst e Bernhard DH Tellegen nel 1926, esso può essere considerato un perfezionamento del tetrodo. A questo viene aggiunta una terza griglia (chiamata volgarmente G3) tra la placca e griglia schermo, denominata griglia soppressore. L’azione della griglia soppressore si manifesta essenzialmente nei riguardi dell’emissione secondaria, riuscendo a sopprimerne o per lo meno ad attenuarne gli effetti. Di norma, questo elettrodo appare collegato al catodo, internamente od esternamente; in questo secondo caso tramite apposito piedino presente sullo zoccolo che, rendendolo indipendente, permette di utilizzare il pentodo, se necessario, come triodo, unendo alla placca le due griglie soppressore e schermo.

L’accoppiamento elettrico fra catodo e griglia soppressore consente la presenza del potenziale catodico nella zona in cui appaiono gli elettroni dell’emissione secondaria, senza provocare assorbimenti di corrente e senza rendere necessario alcun accorgimento di alimentazione atto a procurare una specifica tensione. Dunque, la griglia soppressore deve considerarsi a potenziale zero o di massa quando rimane internamente collegata al catodo, oppure quando vengono cortocircuitati i relativi piedini sullo zoccolo. Inoltre, la presenza di questa griglia riduce ulteriormente la capacita griglia-placca rispetto alla valvola tetrodo, con una accentuata riduzione del problema dell’accoppiamento di ritorno, ossia di retroazione interna.

Essendo la placca positiva rispetto al catodo e risultando questo connesso alla griglia soppressore, quest’ultima rimane negativa nei confronti dell’anodo. Ne consegue che gli elettroni dell’emissione secondaria, emessi dalla placca, vengono respinti dalla griglia soppressore e rinviati sulla placca. Si evita in tal modo la corrente inversa tra anodo e schermo, anche se la tensione allo schermo eccede momentaneamente quella di placca. Tutte queste sono le ragioni per cui il pentodo ha avuto una cosi larga applicazione nei circuiti di amplificazione.

Il tetrodo a fascio

L’invenzione del pentodo fu brevettata e i detentori di questo brevetto richiedevano Royalty molto salate alle case produttrici che volevano realizzare pentodi, così alcune case decisero di aggirare il brevetto della terza griglia inventando il tetrodo a fascio. Nel tetrodo a fascio la terza griglia è sostituita da uno schermo deflettore in lamiera con 2 finestre che fanno in modo di incanalare gli elettroni in un fascio concentrato, gli elettroni dell’emissione secondaria che non tornano indietro paralleli al fascio ma con direzioni diverse incontrano lo schermo non riuscendo così a creare problemi, nelle 2 immagini qui sotto si può vedere la costruzione interna di un pentodo e di un tetrodo a fascio a confronto, e i 2 relativi simboli schematici.

Tetrodo a fascioPentodo

Da notare che dopo i primi tempi il simbolo grafico specifico del tetrodo a fascio fu usato poco e sostanzialmente sia pentodi che tetrodi a fascio venivano disegnati negli schemi elettrici con il simbolo generico del pentodo, quindi non è infrequente vedere schematizzate le KT88 (tetrodi a fascio) con il simbolo di un pentodo, anche perchè alla fine si possono dire equivalenti in quanto hanno ottenuto lo stesso risultato in 2 maniere differenti.

Attenzione ai guru che non conoscono la Griglia Soppressore

Come ho scritto sopra la maggior parte dei pentodi e dei tetrodi a fascio hanno la G3 internamente collegata al catodo, quindi non direttamente accessibile, ma non tutte! Alcuni pentodi hanno la G3 collegata a un pin per conto suo (come la ad esempio) e non dispongono di nessuna connessione interna, questo per vari motivi… uno potrebbe essere che nel processo di fabbricazione venisse più comodo collegare la G3 a un pin piuttosto che fare il ponte interno alla valvola, un’altro che fosse prevista la connessione a triodo integrale dove anche la G3 viene collegata all’anodo, oppure la stessa G3 poteva avere un’uso alternativo; posso citare la 6BA6 che è un pentodino a 7 pin usato come media frequenza in tante radioline anni 50/60 dove alla G3 veniva applicata spesso la tensione negativa del circuito CAV per variare il guadagno della valvola oppure la 307A che è un pentodo trasmissivo in cui era prevista la possibilità di applicare segnale alla G3 per effettuare la modulazione di ampiezza di una portante RF che entrava nella G1…

In ogni modo qualunque sia la motivazione tecnica o l’uso alternativo della G3 essa va sempre correttamente collegata… NON LASCIATA SCOLLEGATA! FLOTTANTE! con la valvola libera di impazzire, oscillare o fare altre cose strane, e mi riferisco a chi ha sfornato negli anni e continua a sfornare schemi con la EL34 e il suo PIN1 (G3) scollegato da schema, con la gente che mi manda email per comprare per realizzare siffatti schemi (la presenza di un’errore così grave è inqualificabile e dovrebbe mettere in dubbio la bontà dello schema nella sua totalità) io oggi ho 41 anni e sapevo che la G3 in questi casi andava collegata esternamente già quando ne avevo 13. Perchè i newbye che realizzano questi schemi, la G3 della EL34 la vedono scollegata da schema e la lasciano scollegata anche nel loro montaggio! Una persona una volta mi ha chiesto come mai quando accendeva l’amplificatore con le EL34 che aveva realizzato da schema che mi aveva allegato in email il sintonizzatore FM del suo impianto risultava disturbato! Se trovate una schema elettrico con la EL34 e pin1 scollegato cestinatelo.

Per curiosità ho tentato di acquisire con utracer le curve di una EL34 con la G3 lasciata sconnessa, mi immaginavo di vedere curve tutte storte e invece l’acquisizione è impossibile perchè ogni volta la valvola prende a oscillare e blocca la CPU di utracer con conseguente errore sul computer.

Curiosità: Suppressor Hacking

Ho chiamato “Suppressor Hacking” una tecnica già nota tra diversi appassionati nel mondo che giocando con un tracciacurve hanno scoperto che polarizzando la G3 con una tensione leggermente positiva, invece di collegarla al catodo, si riesce ad aumentare la linearità dei pentodi, abbattendo la corrente di G2 nella parte a sinistra del grafico e raddrizzando le curve della placca, questa cosa non è documentata in nessun datasheet ufficiale (che io sappia) e per essere messa in pratica richiede per forza di avere un tracciacurve perchè va trovata la tensione ottimale da applicare alla G3, infatti se troppo positiva la G3 comincia a rubare elettroni che non giungeranno mai alla placca riabbassando le curve di placca ed eliminando ogni vantaggio.

Già in questo articolo ho spiegato come ho ottenuto un’incremento di circa 1 watt nella potenza di un finale SE con valvola 5C15 (equivalente della 307A) e riporto qui le curve nei 2 modi…

G3 = 0voltG3 = +40volt

Valvola 6CL6

G3 = 0voltG3 = +30volt

In entrambe i casi presi di esempio la leggera polarizzazione positiva della G3 ha sortito un buon miglioramento del comportamento elettrico delle valvole nella zona dove la tensione è più bassa. Quando avrò tempo e se mi ricorderò acquisirò anche le curve della EL34 e le aggiornerò a questa pagina. PS: questo trucco sembra funzionare solamente con i pentodi e non con i tetrodi a fascio dove è sempre consigliabile collegare la G3 (o meglio il deflettore) al catodo.

La G3 e la connessione a triodo

Sebbene molti siamo abituati a connettere solo la G2 all’anodo nella connessione a triodo di un pentodo, quando si ha a disposizione la G3 libera su un piedino è preferibile connettere anch’essa all’anodo invece di connetterla al catodo, questo provoca una leggera diminuzione della resistenza interna del triodo ottenuto, nella gif animata qui sotto si possono vedere le curve di una EF86 connessa a triodo A+G2 e la stessa connessa A+G2+G3, la differenza è piccola ma visibile. Quando viene connessa anche la g3 all’anodo la pendenza delle curve diminuisce leggermente.

Emissione secondaria nei triodi

Anche i triodi soffrono di emissione secondaria anche se in questi ultimi gli effetti destabilizzanti dell’emissione secondaria non sono presenti in quanto non c’è una griglia schermo “positiva” da infastidire ma solo una griglia controllo a potenziale negativo che respinge gli elettroni. In ogni modo l’emissione secondaria nei triodi può causare rumore. Diverse tecniche sono applicate ai triodi per limitare questo fenomeno che vanno dal ricoprire le placche con materiale carbonioso (grafite) che microscopicamente parlando sono porosi come una spugna e quindi intrappolano facilmente gli elettroni che cercano di scappare, alle placche “mesh” formate cioè da una retina invece che da una lamiera chiusa fino a strani ibridi chiamati triodi a fascio.

Con l’avanzare della tecnologia e l’innalzamento delle frequenze radio i pentodi nati inizialmente per spingersi a frequenze alle quali i triodi non riuscivano a lavorare vennero in parte sostituiti da triodi miniaturizzati concepiti per lavorare a frequenze altissime ma con tassi di rumorosità molto inferiori (tante griglie producono più rumore) rispetto quelle dei pentodi, peculiarità che è necessaria quando si vuole amplificare un segnale debolissimo come quello captato da un’antenna FM o TV. Non a caso tutte le radio a valvole dotate di FM utilizzano un doppio triodo ECC85 nel tuner. I triodi a fascio sono l’espressione massima di questo settore dell’elettronica , sono apparsi nell’era TV, utilizzati esclusivamente nei tuner UHF dove il rumore dell’emissione secondaria rischiava di rendere impossibile la ricezione. Sono triodi ma hanno lo schermo deflettore come un tetrodo a fascio, alcuni esempi di queste valvole sono la EC95, EC97, EC900 (e relative versione P con il filamento per accensione serie). Qui sotto lo schema interno riportato sul datasheet della PC900.

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