¿Por qué poner un transformador reductor después de un tubo de vacío en un amplificador de válvulas?

Es una cuestión de impedancia.

El voltaje del ánodo (placa) del tubo varía en un amplio rango, mientras que la corriente varía en un rango mucho más pequeño. Si define la impedancia de salida como

Esto generalmente da como resultado un número bastante alto para un tubo de vacío típico, del orden de miles de ohmios.

Por otro lado, la mayoría de los altavoces tienen una impedancia baja, del orden de 4 a 16 Ω, lo que significa que quieren un cambio de corriente relativamente mayor junto con un cambio de voltaje relativamente menor.

Tenga en cuenta que en ambos casos, está hablando de la misma cantidad de potencia (voltaje × corriente), que es lo que realmente está logrando el amplificador: un aumento en la potencia de la señal de entrada a salida.

El transformador proporciona este cambio de impedancia. Cambia una oscilación de alto voltaje por una oscilación de alta corriente. Sin él, solo obtendría una pequeña fracción de la potencia de señal disponible que realmente llega al altavoz, limitada por la corriente relativamente baja en el tubo.

De un comentario:

¿Alguna idea de para qué sirve el riel de 300V? ¿Es simplemente una fuente de alimentación para las válvulas? ¿Por qué es tan alto voltaje?

La fuente de alimentación de 300 V se requiere por la misma razón: la salida de la impedancia del tubo es inherentemente alta.

El tubo 6V6 está clasificado para una corriente de placa de 50 mA (promedio), lo que significa que la oscilación de la corriente de la señal debe ser inferior a aproximadamente ±40 mA (pico). De manera similar, el tubo está clasificado para un voltaje de placa de 250 V (nominalmente, pero con frecuencia está sobrecargado en este sentido), por lo que el voltaje de la señal debe ser inferior a aproximadamente ± 120 V (pico).

La potencia de la señal disponible en la salida es, por tanto, la corriente RMS multiplicada por la tensión RMS, o:

Si utiliza un voltaje de placa más bajo, la potencia disponible se reduce proporcionalmente.

Tenga en cuenta que esto funciona con una impedancia de salida de:

Para controlar un altavoz de 8 Ω, usaría un transformador de 3000 Ω: 8 Ω (relación de vueltas de 19,4: 1), lo que le daría 4,38 V _RMS y 548 mA _RMS en el altavoz.

Además de lo que dijo Dave Tweed (+1), el transformador en este caso también elimina la corriente de polarización de CC que va al altavoz y desacopla los voltajes de entrada y salida de modo común.

La corriente de placa de V1 se asienta en un valor central cuando está inactivo. La señal de entrada hace que la corriente de la placa suba y baje desde el valor central de acuerdo con los picos y valles de la señal de entrada.

Incluso si hubiera un altavoz cuya impedancia coincidiera con la placa del 6V6, la corriente de polarización de CC a través de él no sería deseable. El transformador también bloquea la CC, mientras pasa las partes de CA relevantes de la señal.

Tenga en cuenta que la coincidencia de impedancia sigue siendo la razón principal. Dado que se requiere un transformador para eso de todos modos, el diseñador del circuito aprovechó el hecho de que también bloquea la CC y que los voltajes de entrada y salida de modo común están desacoplados. Este último hecho permite conectar a tierra un lado del altavoz, aunque el primario del transformador esté conectado a 300 V.

Respuesta corta: reduzca la impedancia de salida para evitar una carga de voltaje significativa

Para una buena respuesta de bajos, el parlante es un motor/generador lineal con EMF posterior en pulsos de bombo. Por lo tanto, la impedancia de salida debe ser mucho más baja que la del altavoz. Esto también se denomina factor de amortiguación = Zspeaker/Zout y es solo 20 en amplificadores de baja potencia baratos, 100 en amplificadores buenos y 1000 en amplificadores de gran potencia.

Entonces, ¿qué hay en un amplificador de válvulas de vacío?

1. Eso depende del Zout del tubo dividido por la relación de vueltas del transformador al cuadrado.

2. Entonces, la reducción de la impedancia de la relación de vueltas n² reduce la impedancia de salida alta a algo más baja que la impedancia del altavoz.

3. Sin especificaciones, es difícil de adivinar, pero nunca tan bueno como el estado sólido, pero de hecho, la distorsión armónica de EMF posterior, no solo la limitación suave del tubo, sino también el factor de amortiguación deficiente puede ser "agradable" para algunos guitarristas pero "turbio" para el audio expertos que juegan un amplio espectro.

4. Dado que la relación de vueltas también reduce el voltaje en n, la oscilación del voltaje del tubo debe ser n veces mayor que lo que ve el altavoz.

5. por ejemplo, tal vez 9 veces mayor swing y Vdc y reducción de /81 de la alta impedancia de salida... tal vez más relación de giro... 20;1 relación de voltaje es 400:1 relación de impedancia posiblemente dando un factor de amortiguación de <10, es decir, pobre DF por lo que a menudo usaban altavoces de 16 ohmios.

6. Por cierto, muchos diseños de amplificadores de válvulas son mucho mejores que este.

Necesito corregir su terminología engañosa. ¡Es un transformador de potencia de adaptación de impedancia , no un transformador reductor!

Para que pueda comprender la respuesta, necesita saber:
1) El propósito de un amplificador es amplificar la potencia (no la corriente ni el voltaje).
2) Los dispositivos de tubo de vacío solo pueden proporcionar corrientes "pequeñas", pero pueden manejar altos voltajes.
3) Los tubos de vacío tenían impedancias de K ohmios , mientras que las impedancias de los altavoces eran del orden de ohmios .

Dado que P = VI, para proporcionar la amplificación de potencia máxima con dispositivos de corriente pequeña, uno tiene que usar el voltaje máximo que el dispositivo puede manejar (esta es la respuesta a su pregunta de "por qué voltajes altos").
Dado que la transferencia de potencia máxima entre dos dispositivos ocurre cuando sus impedancias coinciden, el transformador de potencia de adaptación de impedancia fue la solución ideal para este problema (y los otros problemas mencionados en las otras respuestas).

Los rieles de voltaje de cualquier circuito son necesarios debido a la "ley de conservación de la energía". Aunque la potencia de la señal se amplifica, tiene el costo de la potencia suministrada por los rieles de voltaje.