Amplificador de RF con reja a masa

Consideraciones del funcionamiento de un Triodo

Comprimiendo todos los parámetros que fijan e interactúan para el funcionamiento normal y real de un Triodo, se puede decir que en esencia y bajo funcionamiento normal (con polarización de rejilla), la rejilla control se hace negativo con respecto al cátodo y nunca se hace positiva, excepto en aplicaciones de radiofrecuencia. En válvulas “modernas” la grilla no atrae electrones ya que su estructura esta hecha con alambre muy fino y entonces pocos electrones la atraviesan  por accidente. El campo eléctrico de la rejilla repele los electrones cargados negativamente y limita el número que puede hasta  la placa de la válvula. Si la rejilla control se hace suficientemente negativa no habrán electrones que le puedan atravesar. A medida que la rejilla se hace menos negativo, le permitirán a más y más electrones  pasar a través de ella. La siguiente animación ilustra lo  mencionado.

Amplificadores con reja a masa

Lo primero que se viene a la mente sería decir que los amplificadores de rejilla a tierra no se utilizan en circuitos de audio y respecto de ello, nada podría estar más lejos de la verdad. La retroalimentación negativa a menudo se inyecta en el cátodo de una etapa de un amplificador compuesto, tanto cátodo común y de rejilla común (conectado a tierra). Otro uso es en el inversor de fase donde la señal desde el cátodo del tubo de la izquierda (imagine el circuito) conduce al cátodo del tubo de la derecha que en realidad está en el modo de rejilla a tierra.

El término "tierra o masa" no necesariamente significa tierra o masa para corriente continua, aunque ese es el caso en muchos amplificadores de potencia de radiofrecuencia. A continuación veremos un amplificador de RF en el que la red está en tierra de CA pero un alto potencial positivo para la componente continua. Un circuito de un amplificador de rejilla a tierra simple con resistencia acoplada es el que aparece en la figura siguiente.

Figura 1

Excitar el cátodo no es realmente diferente de excitar la grilla control. La diferencia más importante es la impedancia de entrada. En lugar de ser un circuito “abierto” como el de grilla control, el cátodo es un punto de baja impedancia como lo es un seguidor de catódico. La otra diferencia importante es que la fase de la señal de entrada no se invierte. El circuito equivalente de la figura anterior es:

Figura 2

Observe que la señal de entrada está en serie con la fuente de tensión del tubo. Esta es la razón por que al calcular la potencia de salida de un amplificador con reja a tierra, la potencia de excitación es sumada a la potencia suministrada por el amplificador.

Para encontrar la ganancia del paso amplificador, escribimos las ecuaciones de equilibrio de la red, así entonces se tiene:

Vin + Vgk = 0 .…………………………………….. ....(1)

Vin - μ Vgk - Ib rp - Ib Rb = 0 ……………………........(2)

Resolviendo 1 para Vgk y sustituyendo dentro de 2:

Vin + μ Vin -Ib rp - Ib Rb = 0 …………………….........(3)

Siendo la ecuación que define el voltaje de salida del amplificador como:

Ib Rb - Vo = 0 ..................................................................(4)

Resolviendo (3) para Ib y sustituyendo dentro de (4) se tiene que:

Vin (1 + μ) - (rp + Rb) Vo / Rb = 0 ..................................(5)

Resolviendo 5 para la relación Vo / Vin tenemos que:

Vo / Vin = Av = Rb (μ + 1) / (rp + Rb) ………………….(6)

La impedancia de entrada puede ser encontrada fácilmente retomando la ecuación 3 y resolviendo  para la expresión Vin / Ib tal que:

Vin / Ib = Rin = (rp + Rb) / (μ + 1)………………………(7)

Veamos ahora  un ejemplo de aplicación, que para facilitar el entendimiento de lo planteado será mediante la implementación de un amplificador con reja a masa, cuyo circuito esta graficado en la figura 1. Considérese que la válvula utilizada es la 12AX7  y que la misma tiene conectada en el circuito de cátodo una resistencia Rk de 1800 ohm y que el circuito de placa tiene dispuesta una resistencia Rb de 100 K ohm. Los parámetros de la 12AX7 son:

μ = 100

Rp = 80 k ohm

Se pide encontrar la ganancia en voltaje y la impedancia de entrada del amplificador.

Solución:

Ganancia en voltaje

Av = Rb (μ + 1) / (rp + Rb)

Av = 100 k x 101 / (80 k + 100 k) = 56.1

Impedancia de entrada

Rin = (Rp + Rb) / (μ + 1) = 180 k / 101 = 1.78 k ohms.

La impedancia de entrada es la resistencia presentada por la válvula en paralelo con la resistencia conectada al cátodo, por lo que:

Zin = Ro RK / (Ro + RK) = 1.78 k x 1.8 k / (1.78 k + 1.8 k) = 895 ohms.

El amplificador de rejilla a tierra no se utiliza en audio como una etapa independiente. Como se ha descrito anteriormente, se oculta en otras etapas. Donde se encuentran amplificadores con grilla a masa es en amplificadores de RF. En sistemas amplificadores para radiofrecuencia la capacitancia entre la placa y rejilla de por ejemplo un triodo es suficiente para causar que el amplificador auto oscile Obviamente, esto no es deseable en un amplificador. La rejilla a tierra actúa como un escudo electrostático entre la entrada y la salida para evitar la oscilación. Además de que el cátodo presenta una baja impedancia de entrada y no es tan susceptible a las señales de ser inducidas como la red de entrada en  alta impedancia.

sitios consultados:

http://www.qsl.net/ea1c/articulo5.htm

http://www.angelfire.com/electronic/funwithtubes/index.html