Bentornati, in questa seconda parte dell’articolo sulla distorsione armonica dei preamplificatori vorrei mostrarvi come sia possibile far saturare un semplice circuito integrato in modo che perda la sua normale caratteristica di iniziare a distorcere in maniera violenta e improvvisa generando per lo più armoniche d’ordine dispari che tendono a far risultare il suono “freddo” come normalmente si definisce. Grazie ad uno speciale circuito che interviene sull’alimentazione e sul guadagno del componente, è possibile donargli un comportamento più musicale, e quindi molto simile al comportamento di una valvola, in altre parole un suono più “caldo”. Come abbiamo già detto nella prima parte un triodo distorce sia d’armoniche pari sia di quelle dispari, mentre un transistor in genere è caratterizzato dalla sola presenza d’armoniche dispari con un ridotto apporto delle pari. La presenza d’armoniche aggiuntive sul suono, oltre a quelle che già generano i nostri pick-up, ci permette di dare una “voce”, che può variare anche molto, tra un ampli e l’altro e che aiuta a scegliere tra i tanti modelli che il mercato propone, ma anche a limitare l’intervento di un’esaltazione delle alte frequenze a tutto vantaggio del rapporto segnale/rumore.
Mi sono avvalso ancora del software Microcap per simulare il funzionamento del circuito da me studiato e che ha poi avuto riscontro nella prova pratica di realizzazione.
Ho utilizzato anche qui una visualizzazione dei dati in stile analizzatore di spettro poiché mi è sembrato il sistema più intuitivo utilizzando delle barre colorate come descritto sotto.
Nelle tabelle la barra verde è la nostra fondamentale e quindi la nota che stiamo suonando, mentre con le barre rosse indichiamo le ottave superiori della fondamentale e quindi armoniche pari che nel nostro caso saranno tutti LA, con le barre azzurre le armoniche dispari e infine con le barre arancioni altre armoniche pari che però sono note diverse da quella che stiamo suonando. Se non fossi stato chiaro, considerate in maniera positiva l’apporto della barra verde e delle barre rosse e in maniera negativa quello delle barre azzurre e arancioni.
Il circuito rappresentato sotto è un classico stadio d'amplificazione a integrato con alimentazione singola, per farlo assomigliare di più alla valvola, con il circuito da me studiato, che ho nascosto, per dimostrarne il funzionamento. Naturalmente modificando i valori di tensione d'alimentazione e dei componenti di controreazione 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 sui miei progetti.
![](http://www.ambrosi-amps.com/images/stories/h/distorsione_armonica/I.C.-LF351-Special.jpg)
Adesso scopriamo come si comporta un circuito di questo tipo sottoposto a un segnale d'ingresso, rappresentato nella figura precedente dal generatore 'Tr', quando applichiamo una tensione di 1 Vpp (Volt picco-picco e cioè la massima escursione delle due semionde del segnale d’ingresso) avente frequenza di 220 hz. In questo caso il LA 440 hz (2° armonica) ha un livello di 78 mVp (Volt picco si riferisce a una semionda e quindi in assenza di distorsione è la metà di quella picco-picco) molto basso che insieme alle altre armoniche porta a una distorsione totale superiore al 3%, appena apprezzabile a livello uditivo e leggermente più alta della prova sul triodo. Si può affermare quindi che per “piccoli” segnali questo circuito non modifica in maniera apprezzabile il contenuto armonico del segnale amplificandolo in maniera piuttosto fedele. Ora andiamo a osservare il nostro analizzatore di spettro virtuale per verificarne la quantità e il tipo d’armoniche generate. Essendo il dB, un’unità di misura relativa occorre fare la differenza tra il valore della fondamentale e, ad esempio, la 2° armonica che in questo caso vale ben 31 dB (15 dB (f) - (-16dB (2°)) = 15 dB + 16 dB) per capire quant’è il contributo in ampiezza di ogni armonica. Abbiamo quindi detto che la 2° armonica è a -31 dB dalla fondamentale mentre, ripetendo il calcolo, la 3° armonica è a -43 dB. Come si può notare la presenza delle armoniche è relativamente bassa e con andamento decrescente ma con la presenza sia d’armoniche pari sia dispari a un livello leggermente più alto della prova sul triodo a causa della maggiore distorsione.
![](http://www.ambrosi-amps.com/images/stories/h/distorsione_armonica/Pagina_LF351-SP-1Vpp.jpg)
Aumentando ancora il segnale d'ingresso a 5 Vpp 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 altre 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, mentre è diminuita leggermente la fondamentale per effetto della compressione. In questo caso la 2° armonica è a -9 dB sempre dalla fondamentale mentre la 3° armonica si trova a -30 dB. Anche in questo caso esistono sia armoniche pari sia dispari con un andamento decrescente e una risposta addirittura migliore della prova sulla valvola.
![](http://www.ambrosi-amps.com/images/stories/h/distorsione_armonica/Pagina_LF351-SP-5Vpp.jpg)
Portando il segnale in ingresso a 10 Vpp la forma d'onda è tagliata in maniera asimmetrica 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. Raggiungendo 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 molte delle armoniche presenti, ed è ancora diminuita leggermente la fondamentale per effetto della compressione. In questo caso la 2° armonica è a -10 dB sempre dalla fondamentale mentre la 3° armonica si trova a -17 dB. A questo livello del segnale d’ingresso non abbiamo più una decrescita regolare delle armoniche ma possiamo notare una presenza maggiore delle armoniche pari rispetto alle dispari.
![](http://www.ambrosi-amps.com/images/stories/h/distorsione_armonica/Pagina_LF351-SP-10Vpp.jpg)
Considerazioni: l'amplificazione a stato solido con il mio circuito produce una distorsione armonica crescente con l'aumento del segnale in maniera quasi 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 cui corrisponde una tosatura del segnale e la corrispondente caduta delle 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 tanti tipi di valvole diverse. Potete, infatti, pensare a questi circuiti abbinati a un semplice operazionale come una valvola non ancora in vendita che può essere alimentata a bassa tensione.
Chi volesse approfondire l’argomento può trovare in fondo il collegamento all’articolo completo, compresa la simulazione della saturazione valvolare della prima parte e la distorsione del classico circuito a transistor.
La prossima volta vorrei spiegarvi invece le armoniche generate da un pentodo di potenza in classe A.
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: ambrosi.andrea@libero.it
Andrea Ambrosi
http://www.ambrosi-amps.com/joomla/downloads/cat_view/34-documenti-pdf
http://www.ambrosi-amps.com/joomla/downloads/doc_download/1-simulazione-distorsione-parte-1