Induttori allo stato solido ... Formula semplificata ??

[Theremino]

Ecco a confronto la attenuazione prodotta dallo stabilizzatore a Mosfet (Traccia nera), da un induttore da 20 Henry e da un semplice resistore.

Le frequenza caratteristica del ripple è intorno ai 100 Hz quindi andiamo a confrontare le attenuazioni in quella zona:

* Attenuazione del circuito a mosfet : 67 dB

* Attenuazione di un induttore da 20 Henry : 58 dB

* Attenuazione di un resistore seguito da un condensatore da 10 000 uF : 35 dB


Si nota anche che il comportamento del circuito a Mosfet è molto più simile a un induttore che a un resistore, cioè che la pendenza di attenuazione è di 12 dB per ottava, esattamente come accade con un passa basso composta da induttore e condensatore, e non 6 dB per ottava come invece succede con un circuito RC.

Questo comportamento "simile" a un induttore ha indotto qualcuno a parlare di "giratori", di "induttori sintetizzati" e di condensatori "moltiplicati". Non c'è però nessun bisogno di fare queste acrobazie mentali. Molti circuiti usano condensatori in punti ad alta impedenza, così da mantenerli di bassa capacità, e poi "moltiplicano" la loro capacità per il Beta dei transistor o la transconduttanza dei FET. Eppure normalmente le si considerano semplici configurazioni circuitali, senza usare le parole "giratori" o "moltiplicatori di capacità".

E con questo abbiamo risposto alla prima domanda: Si, il circuito proposto può ridurre il ripple altrettanto, se non meglio di un grosso induttore. Nemmeno un induttore da 20 Henry riesce a fare altrettanto e un induttore da 20 Henry con soli dieci ohm in serie sarebbe davvero enorme.

[Theremino]

Quale impedenza dovrebbe avere un induttore per attenuare il ripple come il circuito proposto? Due o tre click su LTspice e ci si arriva:

E questo risponde alla seconda domanda: Il circuito proposto attenua il ripple più o meno come un induttore da 50 Henry.

Per fare questi calcoli è sempre preferibile usare un simulatore numerico (consiglio LTspice) piuttosto che formule analitiche che, come si è visto in questo thread, sono spesso fuorvianti e soprattutto non possono rendere "visivamente" una realtà complessa che è essenziale per capire realmente i circuiti.

[Theremino]

E veniamo alla terza domanda:

3) Con un carico variabile il circuito si comporterà altrettanto bene di un induttore?

Come carico variabile ho usato un carico che va da circa 200 mA a circa 20 mA. Non ho utilizzato un generatore di corrente ma di tensione per rendere più sicura la simulazione e più aderente alla realtà. Il carico ripete questa variazione per cinque volte al secondo. Questo è un carico molto simile ai più spacca amplificatori e casse esistenti, cioè le veloci rullate di cassa, fatte da un batterista con doppia cassa e i contrappunti di cassa e basso con lo "slap" (nello slap il bassista "percuote" e "strappa" le corde più che pizzicarle).

Induttore con carico variabile

Un induttore, e c'era da aspettarselo, quando gli togli improvvisamente la corrente di carico si arrabbia e continua a spingerla facendo schizzare in alto la tensione. Chi fa alimentatori switching lo sa. Fortuna che le valvole non si scompongono gran che anche se la tensione salta di ben 150 volt su e giu', diventano un po' azzurrine quando va su, ma continuano felici la loro vita da valvole.

Circuito a Mosfet con carico variabile

Anche il circuito a Mosfet fa quel che può, ma riesce comunque a mantenere la variazione tra minimo e massimo entro i 50 volt picco-picco, tre volte meglio dell'induttore.

[Theremino]

Quarta domanda:
4) Se al posto di un ponte di diodi c'è una valvola raddrizzatrice ci saranno variazioni significative?

Non cambia sostanzialmente niente, tranne che la tensione "a monte" scende un po' di più durante i momenti di maggiore carico perché le valvole hanno una impedenza maggiore dei diodi. Ma un regolatore "flottante" segue queste variazioni senza problemi e non c'è nessuna differenza tra un induttore e un regolatore a Mosfet da questo punto di vista.

Quinta domanda :
5) Il secondo circuito presentato è altrettanto valido? O forse preferibile?

Il secondo circuito ha le stesse attenuazioni e più difetti, quindi non è preferibile. Non presento grafici per non appesantire ulteriormente la trattazione ma ho fatto tutte le considerazioni e le analisi che andavano fatte.


Nel seguente ZIP c'è tutto il necessario per fare prove "fai da te".

FloatingRegulators.zip

Simulazioni LTspice e immagini

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Ho concluso, adesso potete scatenarvi a scrivere peste e corna e a inventare ogni stramberia immaginabile per parlar male di questo circuito. Per me sostanzialmente il circuito funziona bene. Vado a proseguire il convertitore da LTspice a FidoCadJ e (forse in futuro) anche il ritorno (da FidoCadJ a LTspice). Saluti a tutti,

[Kagliostro]

Theremino

Grazie per tutto il tempo dedicato all'analisi ed alle emulazioni

(cambio il PS del mio progetto e ci inserisco il circuitino n. 1, il pseudo induttore)

K

[Theremino]

Ho dato una occhiata al circuito "numero uno" per assicurarmi che sia tutto a posto dato che lo utilizzerai nel tuo progetto. Tutto OK.

Ma guardandolo ho notato un particolare che all'inizio mi era sfuggito, sopra allo schema c'è scritto 47 H e 60 ohm e questi sono esattamente i valori cui ero arrivato con le simulazioni. Il 50 Henry che si vede nel post [82] solo di poco maggiore a 47, e la caduta di tensione di circa 12 volt con 200 mA che fa giusto 60 ohm. Questa è una ulteriore conferma che si tratta di un circuito ben progettato. E infine anche l'articolo stesso da cui hai tratto lo schema mi appare ben scritto e ben spiegato.

Probabilmente non utilizzerò mai più valvole, le ho abbandonate da decine di anni e non ne sento proprio la mancanza, ma ugualmente questo circuito ha aggiunto qualcosa che o prima o poi verrà utile.

E' evidente che sto divagando perché non ho gran voglia di concentrarmi sul convertitore, è un lavoro sporco e ci vuole un fisico bestiale, ma soprattutto molta pazienza... ecco sto divagando ancora... vabbe' vado, saludos

[Kagliostro]

Ti ringrazio ancora

K

[EcoTan]

Questo apparecchio, che forse chiamerei "giunto", mi pare che possa intervenire favorevolmente anche sul picco all'accensione, che costituisce un tipico problema degli alimentatori. Nella seconda pagina in inglese in effetti se ne parla.

[CarloCoriolano]

Non sono un esperto di simulazioni, non ho una libreria Spice aggiornata e completa, quindi ho dovuto fare alcune sostituzioni...
Pero`, invece di simulare il carico tramite un generatore attivo, ho utilizzato un carico LOAD, a corrente variabile tra 20 mA e 220 mA, con funzione sinusoidale, di frequenza 20 secondi. Mi sembra piu` verosimile per un amplificatore.

Il risultato in fatto di oscillazione della tensione di alimentazione e` stato allarmante. Un ripple di molti e molti volt.

Io non so che tipo di filtro e precisione si richieda ad un ampli audio, ma, questo famoso giratore, che altro non che che una resistenza variabile, un limitatore di corrente, non mi sembra che porti grandi vantaggi.

[Theremino]

Con un induttore i molti e molti volt sono ancora più molti, bastano due conti a mente per capirlo.
Un induttore equivalente (da 50 Henry !!!) ha chilometri di filo, per cui ha una resistenza serie maggiore ai 1000 ohm. Ma stiamo pure bassi, prova a fare 200 mA * anche solo 500 ohm e ti vengono 100 volt di caduta.
molti, molti...