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RIAA ST analisi dello schema

RIAA ST ANALISI DELLO SCHEMA

Un preamplificatore phono è un circuito che amplifica il segnale della testina di un giradischi, lo porta ad un livello sufficientemente alto per pilotare un amplificatore ( o preamplificatore ) e vi applica una curva RIAA inversa detta curva di de-enfasi.
La curva RIAA è una funzione di trasferimento ( curva di equalizzazione ) che è stata concepita per permettere la registrazione dei dischi in vinile senza perdita di informazioni, distorsione, saturazione del segnale, nonchè per limitare l'escursione della testina di incisione e larghezza del solco, stressando meno i componenti meccanici e permettendo di avere solchi più vicini ( quindi un maggiore tempo di registrazionne su di un disco.
Per chi vuole approfondire l'argomento, in futuro scriveremo un articolo, al momento vi basti sapere che tale funzione in fase di registrazione presenta due zeri ed un polo ( vedi diagramma di Bode ) ed è fondamentalmente un passa alto ( chiamato anche curva di pre enfasi ).
in fase di riproduzione si applica la funzione di trasferimento inversa ( de enfasi ) che è un passa basso con due poli ed uno zero, Il fatto la curva di riprodizione sia fondamentalmente un passa basso ha anche un ulteriore vantaggio: aiuta ad eliminare in parte i fruscii ed i crepitii tipici del vinile.
La curva RIAA di de enfasi è quella che ci interessa e la sua funzione di trasferimento è la seguente con due poli P1 e P2 P1 = 3108uS P2 = 75uS ed unao zero Z1 =318uS
E la possiamo scrivere in questo modo:
dove K è il fattore di amplificazone del nostro circuito

in poche parole la curva RIAA è una curva con due filtri passa basso ( rispettivamente con frequenza di taglio a 50 e 2120 Hz)  ed un passa alto con frequenza di taglio a 500Hz.
Questo è lo schema  nostro circuito RIAA ST:
Come potete vedere il circuito RIAA ST è un circuito ibrido che per ottenere la curva RIAA usa una rete di feedback tensione / corrente che ricalca la curva di pre enfasi RIAA il che ci fornisce il .circuito di feedback.
Una delle condizioni fondamentali per poter ottenere tale effetto è quello di avere un buon guadagno sul quale la rete di feedback possa operare.e la soluzione più semplice è quella di più stadi in cascata.
La seconda condizione ( desiderabile, ma non necessaria ) è una bassa impedenza di uscita, che faccia sì che la rete di feedback , ma soprattuttoil carico in uscita non vadano a sovraccaricarecarichi troppo l'amplificatore abbassando il guadagno. L'ECC88 è una ottima valvola per questo scopo grazie alla sua alta transconduttanza e bassa resistenza interna, nonche alla bassa distorsione ( una nota storica: tale valvola era nata come amplificatore per le linee telefoniche e quindi doveva avere una bassissima distorsione pena il crosstalk tra le varie linee )..
La terza condizione è quella di ottenere un buon segnale nel sommatore in ingresso con una bassa corrente ( alta impedenza del sommatore)

fondamentalmente lo schema a blocchi del nostro preamplificatore RIAA è il seguente, cioè lo schema di un amplificatore con retroazione, dove la rete di retroazione è una rete di pre-enfasi RIAA:

schema feedback


dove Aol ( amplificazione di Open Loop, cioè di catena aperta senza il circuito di retroazione ) è il prodotto del guadagno dei vari stadi, mentre β è il guadagno della rete di retroazione.
Per analizzare semplicemente Aol è più semplice spezzare il circuito in tre parti: il primo stagio di guadagno a BJT ( transistor ) , il secondo stadio di guadagno a valvole e la rete di retroazione
Il primo stadio di guadagno è uno stadio ad emettitore comune e si può semplificare con il seguente schema;
RIAA BJT input

tale circuito ha un fattore di amplificazione di circa -630

Nota: la sorgente di tensione V4 da 760mV in serie alla resistenza da 47kOhm è state messa per polarizzare correttamente il transistor.pur mantenendo l'impedenza di ingresso a 47kOhm, ed è l'equivalente della tensione che cade su R8 grazie alla corrente che passa sul catodo della valvola ( vedi il teorema di Thevenin ipotizzando che la base del BJT assorba una corrente  irrilevante dispetto a quella di catodo della valvola)


Lo stadio successivo ( quello valvolare)  si può semplificare nel seguente modo:
stadio di amplificazione valvolare

Nota: come nello stadio precedente sono stati aggiunti C9, R18 e V6 per polarizzare la valvola e V6 è la tensione che cade sul collettore di Q1 ( sempre teorema di Thevenin ).
Questo stadio ha una amplificazione di -9.2 

Aol quindi è circa 630 *9.2 = 5600

La rete di retroazione è una rete di pre-enfasi RIAA
rete RIAA pre enfasi

la cui funzione di trasferimento è la seguente:
funzione trasferimento pre enfasi RIAA

si vede poco, ma gli zeri sono a 50 e 2120Hz, mentre il polo si trova a 500Hz
La funzione di trasferimento è abbastanza complessa da calcolare, ma  non presenta particolari difficoltà.
Basti tenere presente  che è un partitore di tensione rispetto al punto marcato in rosso nello schema. e potete vedere l'approfondimento matematico QUI

Sappiamo che
A_V = A_OL over {1+ %beta A_OL }
e se il guadagno è abbastanza alto
A_V = A_OL over {1+ %beta A_OL }
possiamo ipotizzare che 5900 sia abbastanza alto, quindi
A_V = A_OL over {1+ %beta A_OL } 
dove β è la rete di pre-enfasi del circuito qui sopra.

In poche parole  usiamo una rete RIAA di pre-enfasi come feedback del nostro amplificatore per ottenere la de enfasi.

Il circuito ha anche una particolarità che ai più attenti sarà saltata all'occhio,cioè che la base del transistor è collegata tramite la reistenza R7 ad un partitore sulla resistenza di catodo della valvola.
Questa è semplicemente una soluzione veloce per polarizzare il transistor senza bisogno di un partitore verso l'alta tensione e per mantenere l'impedenza di ingresso a 47k. Il condensatore C3 funge da bypass per evitare che ci sia un feedback locale.