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Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteOverlord87 » 23 ott 2009, 17:06

Ciao a tutti,

ho realizzato un amplificatore audio da 100W RMS a componenti discreti (BJT). L'alimentazione necessaria è duale intorno a +/- 30V. Ho acquistato e realizzato un alimentatore con trasformatore +/-24ACV da 100VA il quale, raddrizzata e livellata la tensione con ponte di diodi e condensatori, mi offre +/- 35V a vuoto con eventuale RIPPLE. Ed è proprio quest'ultimo che desidererei eliminare!! :(
Temporaneamente ho posto sull'alimentazione 2 resistori (ognuno dei quali in serie, uno per la parte positiva ed uno per la parte negativa dell'alimentazione) da 2.7ohm 5W prima dei condensatori di livellamento. Quindi ottenendo una rete RC (passa-basso) che mi consente di ridurre la componente alternata a 50Hz della rete elettrica. Però non sono soddisfatto per due motivi: perdita di potenza (caduta di tensione sul resistore) e ripple ancora troppo apprezzabile sull'altoparlante quando l'amplificatore è a riposo.
Quindi ho pensato di stabilizzare la tensione di alimentazione. Come? Avevo pensato di utilizzare un semplice circuito a diodo zener e transistor per ottenere un tensione di circa +/- 30V e un corrente di max 4A (lo so che è eccessivo ma avevo pensato di alimentare un altro amplificatore sempre con lo stesso alimentatore).
Mi potete descrivere come realizzare un tale circuito dimensionandomi i diodi zener e i transistor (praticamente mi dovreste consigliare la coppia NPN-PNP ideale che soddisfa i requisiti)?

Grazie a tutti!
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[2] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 23 ott 2009, 18:10

Dovresti sapere dove entra il ripple, se negli stadi di pilotaggio o attraverso lo stadio finale (non tanto comune).
Potrebbe essere necessario filtrare solo l'alimentazione dei primi stadi, con risparmio notevole sul costo.

PS: i watt rms non esistono :( (e` uno dei miei tormentoni preferiti :))
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[3] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda semionda » 23 ott 2009, 18:42

Mi è capitato molto raramente di vedere schemi di amplificatori con l'alimentazione dello stadio finale stabilizata, e solo per amplificatori in classe A oppure a basso fattore di retroazione.
Per i normali amplificatori in classe AB con alto fattore di retroazione l'alimentazione stabilizzata del finale non solo non serve, ma è dannosa, perché tutti gli stabilizzatori hanno un certo tempo di latenza nella risposta e non sono abbastanza veloci a fornire un picco di corrente quando ce n'è bisogno.
Forse è meglio modificare lo schema e renderlo meno sensibile al ripple, aumentando la retroazione globale, mettere i condensatori di filtro di capacità maggiore (o minore nel caso in cui il ronzìo fosse causato da picchi di corrente troppo forti nel trasformatore di alimentazione), controllare i percorsi delle masse, oppure come ha detto Isidoro cercare lo stadio nel quale entra il ripple e agire solo su quello o stabilizzare o filtrare meglio l'alimentazione degli stadi di segnale.
Comunque, uno stabilizzatore molto semplice potrebbe essere questo http://www.audiofaidate.it/forum/upload ... supply.gif , sostituendo i due lm7815 e lm7915 con gli lm317 e lm337
Inoltre se vuoi progettare uno stabilizzatore, sarà difficile riuscire a stabilizzarla con un dropout di soli 5 V, anche perché quando alzi il volume, la tensione sui condensatori si abbassa notevolmente, anche sotto i 30V.
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[4] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteOverlord87 » 23 ott 2009, 19:01

Bella idea IsidoroKZ! Non ci avevo pensato minimamente... diciamo che sono un principiante #-o
Quest'amplificatore lo utilizzo per pilotare un subwoofer, infatti negli stadi di preamplificazione ho costruito un filtro attivo del quarto ordine e questo è il motivo della riduzione max del ripple che potrebbe diventare abbastanza fastidioso...
Ora ci ragiono e stabilizzo soltanto il preamplificatore, credo di utilizzare un LM317. :mrgreen:

ps. so che nel campo audio RMS "suona" male, però indica la potenza efficace dissipata, equivalente a quella in un sistema in continua... sbaglio? sono curioso di sapere come la pensi :?

Per semionda: hai ragione sul fatto che la tensione si abbassa sotto i 30V quando alzo il volume, ma dopotutto... non mi interessa poiché mi serve stabilizzare (quindi ridurre il rumore) soltanto quando l'ampli lavora a riposo. Se, alzando il volume, va sotto i 30V cosa mi importa?! Correggimi se sbaglio :)

comunque la soluzione di eliminare il ripple dagli stadi di pilotaggio mi sembra ottima perché se entrasse quando il segnale è piccolo, poi esso verrà amplificato notevolmente negli stadi successivi... 8)
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[5] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto Utentemir » 23 ott 2009, 19:46

IsidoroKZ ha scritto:PS: i watt rms non esistono :( (e` uno dei miei tormentoni preferiti :))


che nel campo audio, vengano considerate diverse potenze per la valutazione di sistemi di amplificazione in BF, piu' o meno commercialmente fantasiose, ok, ne ho sentite diverse,ma che i Watt RMS non esistano, mai, mi incuriosisce conoscere la tua versione, presumo dimostrata e dettagliata; nel frattempo umilmente, espongo la mia :D .
Dunque brevemente direi che con la potenza espressa in RMS, si considera la potenza efficace prodotta in uscita da un amplificatore di BF,questo anche in virtù della modalità di misurazione della stessa in cui si viene a considerare il valore efficace della tensione,nell'espressione

P _{umax} = v_{u}^{2}\div R_{u}

con vu, si intende il valore efficace della tensione di uscita,questo applicando in ingresso all'amplificatore un segnale di BF alla frequenza di 1 kHz, rilevando i valori dell'espressione; qualora si disponga dei valori di picco-picco delle tensioni di ingresso ,vi, e di uscita vu, la Potenza di uscita vedrà l'espressione del tipo:

P_{umax} = (V _{u}) ^{2}\div R_{u}

dove Vu è il valore efficace e vale

V_{u}= V_{upp}\div 2\sqrt{2}

che si andrà a sostituire alla precedente espressione della Pumax,, detta potenza efficace.

spero di aver fatto una corretta valutazione 8)
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[6] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 23 ott 2009, 19:59

Overlord87 ha scritto:Ora ci ragiono e stabilizzo soltanto il preamplificatore, credo di utilizzare un LM317. :mrgreen:

Non so che circuito hai montato, probabilmente dovresti anche stabilizzare la tensione del pilota dei finali, ma cosi` facendo rischi di ridurre la massima tensione di uscita. Prova prima con il preampli.

Il ronzio, oltre che entrare dalle alimentazioni, puo` anche entrare per crosstalk (diafonia) sui collegamenti del riferimento (il punto a 0V visto che hai alimentazione duale), oppure per campo magnetico non schermato, come aveva gia` detto semionda. Dipende da come e` messo e fatto l'alimentatore.

In effetti e` abbastanza possibile che abbia ragione semionda, perche' se senti il ronzio quando non c'e` segnale, il ripple sulle alimentazioni potrebbe non essere il colpevole in quanto se non c'e` segnale il ripple e` minimo.

Prova a fare il seguente test. Prendi un carico resistitivo e collegalo sull'alimentazione, proprio sui condensatori, fra +30V e -30V. In questo modo il ripple aumenta. Se il ronzio aumenta il ripple potrebbe essere il colpevole (ma anche la corrente nei diodi). Come carico puoi prendere una lampada 230V 100W (o anche di piu` se la trovi), oppure un ferro da stiro da 1kW... Un ferro da stiro e` una buona resistenza costante, mentre una lampada cambia la R con la temperatura, ma potrebbe comunque sempre assorbire un ampere.
Overlord87 ha scritto:ps. so che nel campo audio RMS "suona" male, però indica la potenza efficace dissipata, equivalente a quella in un sistema in continua... sbaglio? sono curioso di sapere come la pensi :?

Quella definizione che hai dato ha un nome specifico: potenza media. Su una resistenza, tensione efficace moltiplicata per corrente efficace da` una potenza media. Su un carico generico da` una potenza apparente.
Overlord87 ha scritto: Se, alzando il volume, va sotto i 30V cosa mi importa?! Correggimi se sbaglio :)

Importa perche' potresti clippare il segnale
Overlord87 ha scritto:comunque la soluzione di eliminare il ripple dagli stadi di pilotaggio mi sembra ottima perché se entrasse quando il segnale è piccolo, poi esso verrà amplificato notevolmente negli stadi successivi... 8)

Questo e` un tentativo di correzione che costa poco :) e potrebbe funzionare.
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[7] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 23 ott 2009, 20:41

Penso che convenga anzitutto cortocircuitare l'ingresso, poi, se il ronzio persiste, provare ad allontanare il trasformatore dal circuito.
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[8] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteOverlord87 » 23 ott 2009, 21:03

IsidoroKZ ha scritto:Non so che circuito hai montato, probabilmente dovresti anche stabilizzare la tensione del pilota dei finali, ma cosi` facendo rischi di ridurre la massima tensione di uscita. Prova prima con il preampli.

Praticamente ho montato il circuito buffer e i filtri attivi utilizzando soltanto la tensione positiva (quindi ho interposto svariate capacità di disaccoppiamento tra i vari stadi). In questo caso posso utilizzare facilmente un LM317 per stabilizzare la loro alimentazione. 8)

Il rumore che si sente nell'altoparlante è quasi sicuramente ripple perché:
- se collego in ingresso un segnale sinusoidale di frequenza 50Hz, le due onde sono indistinguibili
- anche mettendo il trasformatore lontano 1 metro, il rumore non cambia
Senza aggiungere le resistenze da 2,7ohm sull'alimentazione il disturbo è chiaramente più forte e insopportabile, quindi presumo che si accentui anche aggiungendo un carico nell'alimentazione...

IsidoroKZ ha scritto:Quella definizione che hai dato ha un nome specifico: potenza media. Su una resistenza, tensione efficace moltiplicata per corrente efficace da` una potenza media. Su un carico generico da` una potenza apparente.

Hai perfettamente ragione dato che gli altoparlanti sono carichi reattivi (induttivi). Però se vuoi tenere conto di queste "piccolezze" dovresti tener conto di tutte le altre caratteristiche secondarie del sistema (sistema perché anche il tipo di speaker e il cavo utilizzato pregiudica la potenza oltre che alla classe dell'amplificatore sotto esame).

IsidoroKZ ha scritto:Importa perche' potresti clippare il segnale

Perché andando sotto i 30V lo stabilizzatore non si comporta come "circuito chiuso" (cioè la sua caduta di tensione è minima)??
Quindi se mi dovessi preoccupare di ciò, dovrei cambiare alimentatore per risolvere il problema...

bruno valente ha scritto:Penso che convenga anzitutto cortocircuitare l'ingresso

Intendi di cortocircuitare l'ingresso per testare il circuito e controllare le tensioni(e ripple in uscita)? Non capisco... :?
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[9] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 23 ott 2009, 21:18

Overlord87 ha scritto:Il rumore che si sente nell'altoparlante è quasi sicuramente ripple perché:
- se collego in ingresso un segnale sinusoidale di frequenza 50Hz, le due onde sono indistinguibili
- anche mettendo il trasformatore lontano 1 metro, il rumore non cambia
Senza aggiungere le resistenze da 2,7ohm sull'alimentazione il disturbo è chiaramente più forte e insopportabile, quindi presumo che si accentui anche aggiungendo un carico nell'alimentazione...

Queste sono indicazioni che fanno pensare che non siano problemi di campo magnetico del trasformatore.
Overlord87 ha scritto:Hai perfettamente ragione dato che gli altoparlanti sono carichi reattivi (induttivi). Però se vuoi tenere conto di queste "piccolezze" dovresti tener conto di tutte le altre caratteristiche secondarie del sistema (sistema perché anche il tipo di speaker e il cavo utilizzato pregiudica la potenza oltre che alla classe dell'amplificatore sotto esame).

Non mi sono espresso bene. Dal punto di vista metrologico la potenza efficace non ha alcun senso, e` un nome sbagliato che viene data e quella che dovrebbe chiamarsi potenza media (tanto le prove le fanno su carichi resistivi).

Overlord87 ha scritto:Perché andando sotto i 30V lo stabilizzatore non si comporta come "circuito chiuso" (cioè la sua caduta di tensione è minima)??
Quindi se mi dovessi preoccupare di ciò, dovrei cambiare alimentatore per risolvere il problema...

Supponi di avere un segnale con un transitorio molto ampio. L'amplificatore parte a tirare su la tensione di uscita, la corrente assorbita aumenta e la tensione di alimentazione scende. Puo` capitare che il segnale non arrivi fino all'ampiezza giusta, venga tosato prima, e questa distorsione e` abbastanza fastidiosa e udibile (gracchiante). Come dici tu, si risolve con un alimentatore piu` robusto.
Overlord87 ha scritto:
bruno valente ha scritto:Penso che convenga anzitutto cortocircuitare l'ingresso

Intendi di cortocircuitare l'ingresso per testare il circuito e controllare le tensioni(e ripple in uscita)? Non capisco... :?

Vuol dire staccare il cavo che va all'ingresso del preampli e mettere in corto l'ingresso del preampli, guardando cosa fa il ronzio negli altoparlanti.
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[10] Re: Stabilizzatore di tensione duale con diodi zener&transistor

Messaggioda Foto UtenteOverlord87 » 23 ott 2009, 21:40

IsidoroKZ ha scritto:Dal punto di vista metrologico la potenza efficace non ha alcun senso, e` un nome sbagliato che viene data e quella che dovrebbe chiamarsi potenza media (tanto le prove le fanno su carichi resistivi).

Hai perfettamente ragione. Purtroppo bisogna quantificare in qualche modo la potenza di un ampl... :D

Vedrò questi giorni di modificare il circuito, poi vi farò sapere :!:
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