Blog di tiziao

Verifica Progetto Alimentatore Alta Tensione

20/05/2022 tiziao Senza categoria

Introduzione

Produrre un trasformatore errato succede anche ai professionisti, come visto la puntata scorsa.

I parametri inadatti del trasformatore hanno ritardato la consegna di un prototipo urgente al cliente⁽¹⁾.

Purtroppo capita spesso agli amici principianti che si dilettano con i tubi in progetti impegnativi.

Naturalmente i trasformatori sono costosi e riavvolgerli un dolore per il portafoglio.

Che fare? Insieme a Pier con una serie di articoli e video spiegheremo le basi degli alimentatori non stabilizzati.

Il tutto con un taglio pratico inoltre se servono consigli abbiamo il forum.

Il mantra “corrente in continua uguale alla corrente sul secondario” ha prodotto caterve di trasformatori ronzanti.

Vediamo di chiarire un poco le cose.

Il Trasformatore Toroidale Audio

Un trasformatore toroidale per uso audio oltre a rispettare i dati di targa presenta un paio di peculiarità:

Gli avvolgimenti coprono tutto il toroide per diminuire i flussi dispersi
Sono deflussati, usano un induzione più bassa dei trasformatori standard toroidali⁽²⁾

Procediamo ora alle misure canoniche sul trasformatore:

Primario 230 Vac – 58 VA – Rp = 34,5 Ohm

Anodica 230 Vac – 0,1 A – Ra = 55,3 Ohm

Filamenti 14 Vac – 2,5 A – Rf = 0,3 Ohm

La richiesta per il secondario era di 13 V e non 14 come fornito vediamo cosa risponde l’ avvolgitore.

Questo porta all’ aumento della dissipazione di un 1,5- 2 W sul regolatore. Lavorando in spazi angusti il regolatore va assemblato sul telaio.

Rifatti i conti per la dissipazioni e determinato un dissipatore adeguato per il montaggio sul PCB.

Calcolo dissipatore regolatore filamenti.

Con un paio di rapide misure determiniamo che il regolatore dissipa 6 W.

Sapendo che per I dissipatori vale la formula:

Tj – Tamb = Pd · [Rt(j-c) + Rt(c-d) + Rt(d-a)]

Dove

Tj = 1125 °C

Tamb = 50 °C

Pd = 6 W

Rt(j-c) = 4,2 °C/W dai dati dell’ LM317

Rt(c-d) = 0,61 °C/W da nel caso di un isolatore silpad.

Ricaviamo la resistenza termica totale richiesta:

[Rt(j-c) + Rt(c-d) + Rt(d-a)] = (Tj – Tamb) / Pd = (125 – 50) / 6 = 12,5 °C/W

Rt(d-a) = [12,5 – Rt(c-d) + Rt(j-c)] = ( 12,5 – 0,61 – 4,2 ) = 7,69 °C/W

Dobbiamo trovarci un dissipatore con resistenza termica inferiore a 8 °C/W.

Come trovare il dissipatore?

Cosa serve per scegliere un dissipatore standard:

un catalogo con tabelle comparative chiare (che permetta di scegliere a colpo d’ occhio)
disegni meccanici chiari
modelli 3D immediatamente disponibili

Tutto questo in quanto in questa fase per il progetto si stanno sviluppando i disegni meccanici e i PCB.

Una volta individuato il dissipatore o i dissipatori che servono si comprano i campioni o si ordinano dai catalogari.

Una ottima base di partenza è usare il catalogo Fisher Elektronik partendo da pagina A13.

Per come è conformato il PCB ci serve un dissipatore verticale con lunghezza massima 75 mm con fissaggio LM317 con clips.

La scelta cade su SK480 lungo 75 mm.

Conclusioni

Abbiamo mostrato la verifica del trasformatore e come calcolare e trovare un dissipatore adatto.

Sopra possiamo vedere due schede:

una scheda raddrizzatrice modulare per uso alta tensione
capacitor bank HT con duplicatore

Durante la loro presentazione amplieremo il discorso sul raddrizzamento e dimensionamento trasformatori

Note

(1) In genere nei laboratori ci sono caterve di trasformatori e con vari accrocchi i prototipi si possono testare, ma non consegnare. Immaginate una roba con tre quattro trasformatori.

(2) L’ induzione a cui lavora il trasformatore toroidale per uso audio in genere è una scelta concordata fra progettista e avvolgitore (in base anche ai nuclei usati), indicativamente si lavora a 0,6 T

Designer Alimentatore Duale Lab

14/05/2022 tiziao Designer

Costruendo un sistema di collaudo avete mai avuto problemi di rumore sulle alimentazioni o di offset sugli OPA?

I sistemi di collaudo si realizzano sempre in fretta e furia all’ ultimo momento… e urgentissimi.
Provando l’ apparecchiatura si scopre che le alimentazioni duali sono rumorose e sbilanciate.

Questo crea problemi sulla nostra elettronica di precisione.
Per rimediare ci aspettano lunghe ore in laboratorio per rispettare I tempi strettissimi di consegna.

Aver usato alimentatori di fortuna e di dubbia provenienza ci ha creato disagi e tanto lavoro supplementare.

Conviene costruirsi un alimentatore duale ad alte prestazioni e realizzabile con componenti disponibili nei cassetti.
Una volta pronto il PCB con mezzora di lavoro abbiamo il nostro alimentatore pronto.

Le caratteristiche richieste dovrebbero essere:

corrente scalabile da 0,1 A a 4 A
tensione di uscita duale regolabile da 0 a 25 V
tracking fra le due sezioni accurato
dissipatori assemblati sul PCB

Sviluppo progetto

Oltre a quanto detto sopra I componenti dovrebbero essere facilmente reperibili (anche nella scatola di miracoli del lab).

Nella peggiore delle ipotesi si ordina al catalogaro di fiducia e il giorno successivo arrivano.
Occupandoci spesso di audio i regolatori LM317-337 sono disponibili.

I regolatori si usano in parallelo per ottenere correnti dell’ ordine dei 3,5 A usandone tre per ramo.
Dopo l’ opportuno breadboard e una serie di misure questo è il risultato:

Alimenttaore duale lab — Alimentatore duale lab

Nella foto sopra possiamo vedere I primi due prototipi da 1 a e da 3,5 A con tre regolatori.

I dissipatori sono recuperati dal cassone dell’ alluminio, probabili scarti di produzione.
Passiamo ora alla spiegazione dello schema.

Lo schema usa tre regolatori in parallelo per ramo, noi spiegheremo il regolatore riferendoci solo a quello centrale.
In ingresso abbiamo una tensione non regolata che viene mandata al regolatore positivo U5 LM317.

Sul connettore P1 è collegato un potenziometro che assieme ad R1 regola la tensione di uscita.
Volendo che la tensione parta da zero occorre usare un artificio, collegare il riferimento del partitore a – 1,25 V.

Questo viene fatto con il riferimento di tensione U3 collegato al ramo negativo dell’ alimentazione.
Per controllare il regolatore negativo LM337 invertiamo la tensione presente sul pin REF di U5.
Per questa funzione usiamo due operazionali A1 e A2 di precisione a basso rumore OP2A27.

A1 viene collegato come inseguitore non invertente.

A2 configurato come amplificatore invertente a guadagno 1 (le due resistenze de feedback sono uguali) inverte la REF da applicare a LM337.

Il condensatore C1 serve a sopprimere il rumore in uscita e D3 svolge funzioni di protezione.
Non serve replicare questi componenti sul ramo negativo.
R5 serve ad alimentare A1 e a fare scorrere una corrente di 10 mA attraverso il partitore di regolazione di U3.

I diodi scottky D1 e D1 proteggono l’ uscita da inversioni di polarità.
C2 e C3 servono a filtrare l’ uscita dei regolatori.

Lo zener D4 da 5,1 V serve ad alimentare l’ operazionale A2.
La resistenza R8 presente in uscita da regolatore serve per compensare diversità fra I regolatori in parallelo.

Le resistenze in uscita dei regolatori vengono messe per compensare eventuali differenze, oppure se si usano regolatori di marche diverse.

In alcuni casi sono stati lamentati problemi di stabilità nell’ uso di questo alimentatore, da una veloce indagine si vede che in uscita sono stati collegati condensatori elettrolitici a bassissimo ESR.

Quindi si preferisce mantenere la resistenza di uscita anche nella versione a singolo regolatore⁽¹⁾.

La cadute di queste resistenze non è compensata in quanto cade una piccola parte della tensione di uscita.

Si può rimediare inserendola nel loop di regolazione spostando la resistenza subito in uscita del regolatore⁽²⁾

I regolatori delle prime generazioni non funzionano correttamente con condensatori a bassa ESR nel loop di regolazione.

Cosa nota nella letteratura sui regolatori di tensione

Collaudo

Con carico elettronico oscilloscopio procediamo con il collaudo finale.
Il test delle due versioni le potete vedere nel video #621 partendo da 16:03 vengono mostrate le due versioni.

Caratteristiche Tecniche Alimentatore

La corrente dichiarata di 3 A per ramo è piuttosto conservativa, è il valore di test usato per i test in camera termica a 50°C.

Questo in quanto viene usato anche per alcuni impieghi professionali.

Alimentazione di Ingresso Non Stabilizzata

Come mai l’ alimentatore non ha il raddrizzatore e il banco di condensatori?
Il modulo nasce per essere integrato in altri sistemi complessi con alimentazioni esistenti.

Inoltre questo lascia libero il designer di farsi la parte di ingresso come meglio crede.

Comunque dovesse servire si può usare il Power Bank

Sopra possiamo vedere lo schema in configurazione duale, basta un ponte raddrizzatore esterno.

Alimentatore Lab Duale 4A con Cap Bank Collegato

Sopra possiamo vedere una scheda finita pronta solo per essere collegata; basta mettere un ponte raddrizzatore e siamo pronti all’ uso.

Conclusioni

Dopo questo lungo percorso abbiamo il nostro alimentatore duale da laboratorio:

facilmente assemblabile con i componenti dei cassettini
per la dissipazione abbiamo massima libertà, o usando dissipatori in vostro possesso o sfruttando il telaio dell’ apparecchiatura ospite
facilità di collaudo e setup
prestazioni di tutto rispetto

Didattica

Come riferimento ai circuiti operazionali potete usare il libercolo TI Analog Engineer’s Pocket Reference, da cui è tratta l’immagine sopra.

Usare il ruler del forum sul lato BOM dove ci sono le configurazioni OPA.

Trovate tutti i riferimenti nel forum.

Riferimenti

Video #621

Shop

Dove procurarsi il PCB?

Per avere il PCB dell’ Alimentatore duale doppio contattare

Note

(1) Prepareremo un video al riguardo quando parleremo della stabilità dei regolatori di tensione

(2) Questo aggiornamento lo introdurremmo nella nuova generazione di PCB

Pier Aisa

Saluti Tiziao

Designer Alim. HT Lin. Giratore

27/04/2022 tiziao Designer

Con un mosfet e una manciata di componenti possiamo avere un induttanza di alto valore.

Il giratore viene spesso usato per filtrare alimentazioni ad alta tensione negli apparecchi a tubi.

Comodo per upgrade e modding di apparecchiature esistenti.

Impiegato anche in apparecchiature commerciali di fascia alta per filtrare le alimentazioni.

Schema elettrico e PCB

Questa scheda è in uso nei nostri laboratori da anni, e non è mai presentata.

Da questo PCB sono poi derivate decine di versioni e varianti di alimentatori per tubi termoionici.

Sopra abbiamo lo schema dove si vedono i pochi componenti che servono per realizzare il giratore.

Quelli segnati come NF non vanno montati.

Il mosfet Q1 è il componente principale per gestire la potenza.

La rete R2-R3-C2-R1 realizza la funzione di giratore dove C2 è l’ elemento reattivo.

R10-D1 servono a proteggere il gate da tensioni pericolose.

D5-D6 sono diodi di protezione del mosfet.

Il condensatore poliestere C3 da 100 n, migliora l’ andamento dell’ impedenza nella parte alta dello spettro audio e a cortocircuitare a massa le componenti RF.

Alim HT Lin Giratore disposizione componenti

La disposizione componenti, vanno montati solo i componenti in verde.

Visto che nel giratore viene impiegato un solo polo in entrata e uno in uscita, va collegata anche la massa.

Si può rinunciare alle morsettiere e saldare direttamente i fili.

Nella foto sopra possiamo vedere il giratore assemblato, con I pochi componenti che servono.
Il dissipatore montato non è quello previsto, quindi è stato fatto qualche aggiustamento per fissarlo.

Il mosfet è stato isolato per non avere l’ alta tensione sul dissipatore.

Sul lato saldature, la vite di fissaggio viene abbastanza vicina alla pista; conviene isolarla una rondella di plastica.

In realtà lo stampato non era previsto per uso di una vite M3, ma per la saldatura dei perni del dissipatore .

L’ induttanza equivalente è data dalla:

L = R1 x R3 x C2

L = 330000 x 15 x 10 x 10^-6 = 50 H

La resistenza di uscita è data dalla:

Rout = R1 x (1 + R2 / R3)

Rout = 15 x (1 + 330000 / 330000) = 30 Ohm

Nel dimensionamento sopra si calcola il giratore per avere un induttanza di 50H e la sua resistenza serie è di 30 Ohm e simuliamo con LTspice.

Il circuito rappresenta una situazione abbastanza tipica di impiego dove:

R2 è la resistenza equivalente vista verso il raddrizzatore
C2 è la prima capacità di filtro dopo il raddrizzatore
I1 è un carico a corrente costante di 200 mA
C1 è la capacità di filtro di uscita
.

Simulando si vede che il picco di risonanza si mantiene attorno ai 5 Hz.

Dal diagramma possiamo vedere che I 100 Hz sono attenuati e le armoniche in pratica vengono bloccate.

Il circuito che sarà possibile scaricare prevede il possibile step dell’ induttanza e del condensatore di uscita.

Variando la capacità di C1 in pratica si ha un minimo cambio del picco di risonanza.
Un ottima strategia è evitare condensatori con capacità enormi per C1 e distribuire dei 22u nei punti dove l’ utilizzatore assorbe maggiore potenza.

Come ad esempio nelle vicinanze delle valvole finali. Il 22u 450V è un 15 x 25 p = 10 mm è piccolo permette di fare dei collegamenti corti e si inserisce facilmente in apparecchiature compatte.

GM70 LoSfizio impedenza alimentatore con giratore

Sopra vediamo un altra applicazione pratica si tratta dell’ alimentatore di un amplificatore GM70 che eroga circa 750V e una corrente di 0.1 A per canale.
Il filtraggio di ingresso C1-L1-C2 e di uscita L2-C3 sono stati ottimizzati al massimo.

Durante lo sviluppo ci si è chiesti perchè non usare un giratore per la seconda sezione?
Nello schema possiamo vedere che L3 50 H rappresenta l’ induttanza equivalente del giratore e C4 22 uF valore adatto per questo valore di L3.

GM70 LoSfizio impedenza alimentatore con giratore grafico

Sopra possiamo vedere le risposte in frequenza delle due sezioni a confronto:
V(a) filtraggio con componenti tradizionali che presenta una risonanza a 5 Hz ed è correttamente dimensionato
V(b) filtraggio con giratore presenta un picco maggiormente accentuato a 5 Hz, dopo un attenuazione maggiore di circa 8dB rispetto all’ altra soluzione.
Nelle simulazioni sono state inserite anche le resistenze serie.
In questa applicazione con il giratore abbiamo ottenuto una buona riduzione di spazio occupato e la capacità è diminuita di 1/4.
Visto che il circuito lavora a 750V meglio impiegare un mosfet da 1000V quale IRFPG40 in TO247.

Resta sottinteso che I condensatori dovranno essere della tensione adeguata.

Sopra il circuito del giratore, in pratica con la corrente di 0,1 A abbiamo una potenza dissipata di 0.92 W.

La caduta ai capi del mosfet è di circa 11 V e conoscendo la corrente richiesta in uscita possiamo facilmente calcolare la potenza dissipata e di conseguenza il dissipatore.

Articoli e video relativi al giratore

Come si diceva ad inizio articolo questa scheda ha dato inizio alla saga dei giratori.

Sotto link di una versione doppia

Tiziao

Designer Alimentatore Impiego Documentazione

31/03/2022 tiziao Designer

Ora che abbiamo il PCB Regolatore HT Lineare non vediamo l’ ora di usarlo, prima di accendere il saldatore serve capire come.

La documentazione convenzioni

Le configurazioni verranno trattate in singoli articoli per facilitare la lettura anche ai meno esperti.

I componenti in grigio contrassegnati dalla croce rossa , non vanno montati sul PCB.

Ma come mai collegamenti elettrici sono in grigio sfocato?
Il CAD generando le varianti disegna lo schema in questo modo… e poi i collegamenti sono già implementati nel circuito stampato.

In verde un valore che cambia rispetto allo schema generale come ad esempio nel caso di R1.

Il CAD genera anche la disposizione componenti sullo stampato evidenziando, mettendo solo quelli necessari

Articoli della serie:

Design Alimentatore Lineare HT Introduzio ne

Conclusioni

Abbiamo una scheda assai flessibile ora si tratta di scoprire le sue varie applicazioni

Designer Alimentatore Lineare HT Introduzione

29/03/2022 tiziao Designer

L’ elettronica valvolare e circuiti affini si realizzano per passatempo e divertimento.
A volte arriva l’ ispirazione e la voglia di provare un circuito in fretta e furia:

verifica se sono disponibili le valvole necessarie, oppure si telefona allo spacciatore di tubi per rifornirsi
trasformatori di uscita si verifica in magazzino e poi si compra avvolto, oppure ci si rivolge all’ avvolgitore di fiducia o ancora meglio si progetta
trasformatori di alimentazione si usa quanto a disposizione facendo accrocchi mostruosi e appena il progetto è maturato si fa avvolgere il trasformatore definitivo.

Invidiamo un poco i russi che spesso si realizzano i trasformatori di uscita e di alimentazione, usando nuclei e materiale di recupero: richiede una notevolissima abilità tecnica e una discreta attrezzatura.
Esiste un enorme mercato di materiale militare obsoleto e una pletora di trasformatori con nuclei pregiatissimi
i negozi di elettronica sono fornitissimi

Fortunatamente ormai attraverso il web si possono comprare le cose da qualsiasi parte del globo e costi di trasporto permettendo si trovano le cose più impensabili ;).

Tornando a noi la cosa migliore è avere un approccio modulare e flessibile come quello che ha portato alla realizzazione dei vari PCB della serie designer.

Un bisogno sentito è quello di una scheda di alimentazione HT flessibile e facilmente configurabile.
Se la scheda potesse diventare anche giratore…

Progetto

Da tempo si stava pensando ad un alimentatore stabilizzato in alta tensione semplice e funzionale e realizzabile con componenti facilmente reperibili.
Per componenti facilmente reperibili si intende disponibili da Digikey, Mouser e Farnell e siano gestiti a stock.
Queste sono le mie preferenze personali e se volete verificare se un componente è usabile mandate una mail con un link.
Un altro fornitore interessante è il polacco TME.
Altro punto fondamentale era variare la tensione di uscita facilmente cambiando semplicemente una resistenza.
Esistono altre soluzioni alternative come ad esempio:

Inseguitore pilotato da una striscia di zener; ne occorre una buona scorta di per fare le varie tensioni
integrati specializzati tipo Texas Instrument un poco difficoltosi da reperire
soluzioni switching un poco fuori portata per l’ amatore… con il perfezionamento delle tecnologie SIC si prevedono sviluppi importanti

Alimentatore Lineare HT Simulazione Stabilizzatore

Lo schema è quello di un regolatore con feedback nella sua forma più semplice lo si trova trattato in svariati manuali di elettronica come ad esempio “Gasparini e Mirri”.

Strada facendo nasce l’ idea di integrare una unica scheda:

giratore
moltiplicatore capacitivo
alimentatore con striscia di zener
alimentatore stabilizzato con regolazione di tensione a partitore
L’ inserimento di un generatore di corrente con LND150 permette di realizzare altre varianti delle soluzioni sopra

Un amico realizza un primo stampato che viene impiegato nel valvolare GM70 LoSfizio dell’ amico Marcus; però risultava troppo ingombrante.
Sullo stesso stampato ci starebbe anche uno stabilizzatore con 6080 e un doppio triodo di segnale ;)) per la parte di controllo.

Nasce l’ esigenza di averne una versione compatta da usare anche nei preamplificatori e amplificatori per cuffie valvolari.
Da usare per modding e riparazioni in apparecchiature dove lo spazio disponibile è poco.

Si ricercano i componenti usabili e si procede con il cad ed ecco il risultato:

Circuito Stampato Alimentatore Lineare HT

Schema Elettrico

Il circuito generale sembra un poco elaborato, in quanto contiene diversi circuiti al suo interno.
Non spaventiamoci per ogni applicazione ricaveremo lo schema esatto con i valori da usare.

Si noti che ci sono due cavallotti H1 e H2 che a seconda dell’ uso verranno montati nella posizione prevista sul circuito stampato.
Chi vuole strafare può montare I diodi di protezione D5 e D6, che vanno saldati sotto lo stampato.

Le istruzioni per usare il circuito conterranno solo la teoria necessaria.

Conclusioni

Abbiamo la nostra scheda ora bisogna capire come usarla.

Nelle prossime puntate sveleremo l’ arcano

Tiziao

Designer HT Capacitor Bank

26/03/2022 tiziao Designer

Introduzione

Come realizzare l’ alimentazione del mio apparecchio valvolare?
Una domanda impegnativa per l’ autocostruttore e spesso questo diventa l’ anello debole della catena⁽¹⁾.
Con l’ avvento dei regolatori di tensione e dei Mosfet di potenza, si possono realizzare alimentatori semplici e performanti.
In questa ottica abbiamo creato una vasta gamma di PCB⁽²⁾ e l’ unica che manca all’ appello e un banco di condensatori per alta tensione.
Cosi nasce HT Capacitor Bank per sostituire gli accrocchi usati in laboratorio.

Il progetto

Diamo una veloce scorsa ad una famiglia di elettrolitici snap-in alta tensione per uso generico di Wurth⁽³⁾.
Vediamo per una tensione massima di 450 V quale è la massima capacità e ingombri:
470 u, 450 V, D = 35 mm
Controlliamo se quattro condensatori simili stanno sul PCB del Capacitor Bank?

Come si vede nella foto la cosa è fattibile lasciando spazio per le torrette di connessione.
Sotto vediamo I condensatori piazzati sopra un PCB Capacitor Bank.
Restano come ingombro all’ interno del PCB.

Introduciamo un ulteriore vincolo, la scheda deve essere utilizzata anche come duplicatore flottante come si vede nella figura sotto.

Schema Elettrico e PCB

C1, C2 costituiscono il primo banco di capacità e C3, C4 il secondo.
Le resistenza R1, R2 svolgono la funzione di scarica e bleeder nella versione serie.
D1 e D2 servono per il duplicatore di tensione.
T1-T9 sono le torrette per I collegamenti da farsi in opera.

Sopra vediamo lo stampato quasi definitivo.
In genere lo stampato viene finito e lasciato a riposo per due tre giorni.
Dopo lo si riprende per I controlli finali e le rifiniture estetiche.
Agendo in questo modo risulta facile vedere eventuali errori e modifiche migliorative.

Come si usa?

HTCB due banchi di capacità

Nella figura sopra vediamo il collegamento per usare due banchi di condensatori separati:

C1, C2 e R1
C3, C4 e R2
L’ impiego potrebbe essere per un preamplificatore stereo di tipo dual mono.
I diodi D1, D2 NF (non fitting) non sono inseriti nella scheda.

HTCB quattro condensatori in parallelo

Sopra vediamo come usando gli opportuni cavallotti abbiamo i 4 condensatori collegati in parallelo.
Questa configurazione trova impiego nel filtraggio di una alimentazione per un amplificatore valvolare.

HTCB due banchi in serie

Mettendo i due ponticelli ci troviamo I due banchi di condensatori in serie.
Questa configurazione serve quando dobbiamo maneggiare tensioni alte.

HTCB Duplicatore Float

Inserendo I due diodi e collegando l’ uscita del trasformatore fra AC1 e AC2 otteniamo un duplicatore di tensione.
Configurazione molto utile quando serve una tensione alta e non abbiamo il giusto trasformatore.

Conclusioni

Abbiamo realizzato un circuito piuttosto flessibile e comodo da usare. Ora si tratta solo di attendere i PCB.

Resta da valutare se realizzare anche un PCB per ponte raddrizzatore e/o raddrizzatrice

Note

(1) Con una serie di video e articoli vedremo di colmare la lacuna tecnico pratica

(2) Viste le varie richieste stiamo revisionando e documentando accuratamente i vari PCB preparati

(3) Wurth realizza serie di condensatori che sono abbastanza standard come dimensioni e tipi e hanno librerie cad e simulazione disponibili

Simulazione alimentatore HT con trasfo sbagliato

17/03/2022 tiziao Designer

Introduzione

In laboratorio si testa un alimentatore ad alta tensione per preamplificatore valvolare⁽¹⁾.

Collegato il secondario alta tensione all’ alimentatore e caricando con una corrente minima con 230 Vac in ingresso il trasformatore ronza.

La cosa è allarmante in quanto la tensione alta è presente in molte zone del paese e si tratta del trasformatore di un prodotto costoso.

Come risolvere?

Nulla di nuovo queste situazioni si ripetono ciclicamente, i trasformatori vengono ordinati con faciloneria.

Questo trasformatore era stato richiesto per uso audio, quindi andava opportunamente deflussato.

La soluzione più veloce è misurare le resistenze degli avvolgimenti e fare un paio di simulazioni di verifica.

Misure trasformatore

Primario 230 Vac – 40 VA – Rp = 55,5 Ohm

Anodica 230 Vac – 0,1 A – Ra = 75,5 Ohm

Filamenti 12 Vac – 2 A – Rf = 0,5 Ohm

Simulazione Anodica

Eseguiamo la simulazione usando LTSpice:

la tensione per il generatore vale 230 x 1,41 = 324,3 Vac
la resistenza riportata al secondario essendo il rapporto di trasformazione uguale ad uno vale R = 75,5 + 55,5 = 131 Ohm
il condensatore di filtro è da 150 u 400 V
la corrente assorbita dallo stadio a valle di 30 mA

La resistenza R1 è stata inserita per determinare la corrente RMS richiesta al trasformatore.

Basta portare il cursore sulla resistenza R1 e cliccando la corrente viene rappresentata sul grafico.

Dterminiamo il valore RMS in questo caso circa 80 mA essendo il trasformatore da 100 mA abbiamo margine

La tensione anodica presenta un ripple basso e verrà filtrata con un giratore.

Simulazione filamenti

Eseguiamo la simulazione usando LTSpice:

la tensione per il generatore vale 12 x 1,41 = 16,9 Vac
la resistenza riportata al secondario essendo il rapporto di trasformazione uguale ad uno vale R = 75,5 + 55,5 = 131 Ohm
il condensatore di filtro è da 9400 u 50 V
la corrente assorbita dallo stadio a valle di 1 A

Nella simulazione possiamo vedere due cose fondamentali:

la corrente richiesta al trasformatore è di 1,8 A e viste le tolleranze degli assormbimenti dei filamenti il trasformatore lo richiediamo per 2,5 A
la tensione di uscita di circa 13 Vdc garantisce poco margine per il regolatore e portiamo la tensione del secondario a 13 Vac.

Specifiche trasformatore

Primario 230 Vac

Anodica 230 Vac 0,1 A

Filamenti 13 Vac 2,5 A

Trasformatore per uso audio.

Questo è quanto verrà passato all’ avvolgitore.

Conclusioni

Con poche simulazioni abbiamo determinato le caratteristiche del trasformatore.

LTspice è uno strumento di grande aiuto per la progettazione, anche per persone inesperte.

L’ alimentatore è il cuore di una apparecchiatura audio, il suo corretto dimensionamento influisce sulle prestazioni finali.

L’ argomento è stato trattato in alcuni video:

Abbiamo diversi PCB in uscita affronteremo l’ argomento in modo organico in futuro.

Saluti

Tiziao

Note

(1) I test vengono fatti con il trasformatore del cliente in quanto spesso le caratteristiche sono sbagliate (il mio avvolgitore fa trasfo audio da una vita è bravissimo bla bla)

Designer 3 Tubi e Altoparlanti

15/02/2022 tiziao Designer

Introduzione

I tubi termoionici hanno tanto fascino e ad ogni video fioccano commenti e richieste.

Richieste di altri video, tutorial e progetti.

Quali progetti arriveranno prossimamente? Scopriamolo…

PCB Sperimentale 6E5P

Il video ha avuto oltre 8000 visualizzazioni e un numero sorprendente di commenti, idee e suggerimenti.

Inoltre il modello spice del tubo da risultati molto aderenti alla realtà…. e i risultati simulati coincidono ai test di laboratorio.

Il circuito presentato è un amplificatore a tetrodo a catodo comune nato per pilotare una GM70.

Stiamo preparando altri circuiti e anche una RIAA usando due schede in cascata e naturalmente tutto in video.

Poi presenteremo la 6E5P impiegata nel GM70U.

Il circuito stampato a breve subirà una revisione con l’ introduzione di diverse cose interessanti… ci avete contagiato con l’ entusiasmo.

Alimentatore HT

Al minuto 20 del video della 6E5P si vede una scheda alimentatrice; mai presentata.

Si tratta di una scheda che può essere configurata come regolatore, giratore e altro.

La impieghiamo da anni per test e sviluppi di laboratorio la presenteremo in video.

Modulo Tubi Termoionici

Scheda non ancora presentata che ha destato tanta curiosità.

Nasce come accessorio di laboratorio per lo staff del forum e svalvolati professionisti.

Si tratta di un circuito stampato base, che permette di realizzare i circuiti di preamplificazione conosciuti.

Montato a 90° un circuito stampato di supporto al tubo impiegato.

Moduli Tubi Termoionici Base in fase di montaggio

Stiamo espandendo i PCB adattatori e introducendo diverse migliorie.

Inizieremo a parlarne nel blog e poi come sempre in video.

Circuiti Valvolari e non in attesa del video di Pier

Si tratta di circuiti pronti sullo scaffale di Pier in attesa di video.

Seguiamo l’ ordine indicativo cui appariranno su youtube.

6080 Stabilizer 970 V 0,1 A

Sabilizzatore ibrido alta tensione che verrà impiegato nel progetto GM70R.

Si tratta della parte finale di un percorso di sviluppo:

PierAisa 414: Regolatore di tensione 980V 70ma per amplificatore valvolare GM70

PierAisa 421: (Parte2) TEST Regolatore di tensione 980V 70ma

RIAA ibrida

Per mostrare le potenzialità dei moduli a JFET e relative demoboard è stata realizza una RIAA ibrida.

La RIAA ibrida serve per testine MC.

La RIAA Ibrida viene realizzata su una Breadboard speciale che possiamo vedere sotto.

Questa basetta può ospitare una basetta JFET e un tubo noval ECC.

Oltre al tubo serie ECC si usa un modulino a JFET che possiamo vedere sotto.

Pre di Linea JFET

Del preamplificatore ne parliamo nel video:

Pre con Modulino JFET costruzione e Misure

Sono state richieste modifiche e chiarimenti stiamo preparando un secondo video.

Valuteremo se realizzare un PCB dedicato.

Driver SRPP

Driver SRPP di 6H8 e 6E5P candidato per pilotare la GM70 nel progetto GM70R.

Collegando questo trasformatore in uscita avremo un amplificatore per cuffia di classe.

Il trasformatore serve ad adattare perfettamente l’ impedenza dei diversi tipi di cuffia.

Supereg Duale

Questo regolatore nasce per alimentare apparecchiature audio a OPA, BJT e JFET.

Nel video faremo alcuni cenni storici, le misure anche di resistenza di uscita.

Mostreremo diverse applicazioni pratiche.

Buffer BJT

Si tratta di un interessante buffer con BJT NPN e PNP.

Verrà alimentato con il Supereg mostrato sopra.

Il buffer può essere assemblato su questa protoboard:

Comunque per i meno avventurosi in arrivo il pcb completo del Buffer:

Preamplificatore buffer JFET+BJT

Un altro interessante circuito è un preamplificatore JFET+BJT con guadagno settabile.

Sotto vediamo il circuito impiegato con la sua protoboard.

PP 6005

Questo amplificatore nasce come amplificatore didattico per spiegare le basi dell’ amplificazione valvolare.

Senza dimenticare che deve riprodurre musica per le nostre ore di svago.

Il circuito di principio è il GEC912 che verrà adattato alle nostre esigenze.

Come tubi scegliamo 6005W a pentodo, in pratica la versione noval della 6V6.

La prima cosa da scegliere è il trasformatore di uscita in questo caso si possono percorrere tre vie:

valutare un modello Hammond della serie Classic
progettare il trasformatore e dare lavoro ad un avvolgitore italiano
chiedere suggerimenti agli amici pro avvolgitori e progettisti

Ci rechiamo per lavoro da un avvolgitore e scopriamo che oltre ad avvolgere ferriti si occupa anche di valvolari.

Succede che gli avvolgitori abbiamo una passione segreta per i trasformatori valvolari e per strumenti musicali.

Scopriamo che produce una replica di un trasformatore Philips impiegato da un cliente per apparecchi commerciali.

Abbiamo trovato il nostro trasformatore e possiamo procedere con l’ assemblaggio del primo prototipo… stampiamo la BOM e cerchiamo i componenti.

In magazzino troviamo tutto quello che serve possiamo accendere il saldatore.

Il punto di arrivo è avere un amplificatore testato e industrializzato nel suo contenitore.

Cosa fornirà il forum PAF?

Inizialmente:

PCB e BOM con istruzioni di montaggio
Contatto dove reperire i trasformatori

Dopo vedremo se fornire anche il kit o l’ apparecchio finito…. decideremo strada facendo.

Singulus Speaker

Finalmente è arrivato primo esemplare dell’ altoparlante coassiale e il risultato è impressionante.
Un componente molto ben costruito con cestello pressofuso e tweeter neodimio ad alte prestazioni.

Si tratta di un tweeter di derivazione Ciare CT190.
Le misure strumentali sono buone e vanno fatte alcune messe a punto e optiamo per bobina del woofer diametro 50.

Questa soluzione ci permette di avere il tweeter a filo del cono (e non dover ricorrere a celle di temporizzazione nel crossover).
Come pensiamo di procedere:

misure sul primo altoparlante di produzione
ok per produrre una preserie di altoparlanti
dimensionamento mobile
istruzioni al falegname per realizzare il mobile
test altoparlante nel mobile e messa a punto crossover

L’ idea base del diffusore nasce da questo video Manley, dove in vari passaggi si vede un piccolo diffusore per il test.
Il diffusore è presente in vari reparti aziendali.
Il Singulus Speaker diventerà un riferimento nei laboratori dello staff⁽¹⁾.

L’ altoparlante è sviluppato in collaborazione con un consulente e una azienda produttrice con 30 anni di esperienza… questa è un altra storia.

Ia cosa sorprendente sono le richieste per il diffusore arrivate da amici produttori musicali.

Una volta pronta la cassa con Pier andremo in visita nella fabbrica di altoparlanti per un reportage sulla costruzione degli altoparlanti.

Stampato crossover

Per un due vie serve un crossover e questa è l’ occasione per fare un PCB dedicato.
Lo stampato per i crossover passivi è assai inflazionato, ma serve anche per futuri progetti.
Svilupperemo un PCB abbastanza universale e flessibile.

Preamplificatore Valvolare PAF

Ogni buon amplificatore va in coppia con un preamplificatore e stiamo preparando un progetto.
Quelle che vediamo nella foto sono alcune delle nostre schede… tanto per ragionare.
Comunque di base dovrebbe essere un SRPP probabilmente asimmetrico.
Prevediamo anche la regolazione volume con telecomando o cellulare.

Sviluppi futuri Audio forum PAF

I progetti indicati sopra sono quelli più impegnativi che abbiamo in pentola…. ci sono tante altre cose che verranno presentate in modo random.

Inoltre si pianificano le cose che vedremo nel 3-4 Q22.

Diffusori e affini

Subwoofer per Singulus Speaker

In fase di design un sub con woofer in un push-pull assai particolare (che non sveleremo al momento).

Il sistema amplificato farà uso di un sistema di filtraggio equalizzazione piuttosto particolare.

La parte teorico pratica in video sarà assai impegnativa ed estremamente interessante.

Il Pulciaro sistema stereo dalle ottime prestazioni e dai costi umani

Quando un ragazzo voleva avvicinarsi alla riproduzione audio negli anni 80/90 era disponibile di tutto.

Chi era giovane in quell’ epoca mitica ha potuto provare di tutto:

amplificazioni con finali RCA, Motorola, Toshiba e Sanken
amplificazioni con moduli ibridi Sanken e ILP
amplificazioni al germanio
amplificazioni con i Mosfet, Hexfet e IGBT audio
preamplificatori, filtri equalizzatori di ogni sorta
diffusori di ogni forma e tipo

Il mondo dell’ autocostruzione offriva l’ impossibile, si pensi solo ai kit audio di NE.

Ci siamo chiesti se possibile autocostruire un impianto a prezzi umani e con buone prestazioni.

Ragionando in modo anticonvenzionale e ripercorrendo gli esperimenti di gioventù abbiamo scelto alcune soluzioni percorribili.

Pasticciando un poco con altoparlanti Visaton e amplificatori audio STM sono uscite cose interessanti.

I risultati sono promettenti e abbiamo pensato di sviluppare un sistema denominato “Il Pulciaro” .

Decalogo dei tubi termionici

Vista la vastità dell’ argomento e veramente difficile selezionare gli argomenti… ci stiamo riflettendo.

Amplificatore a tubi SE didattico

Stiamo valutando cone relizzare un oggetto interessante.

Crossover elettronico a tubi

Il progetto sviluppato alcuni anni fa per un amico come prototipo è ben consolidato… basta solo fare i PCB.

Raddrizzatrici a vuoto

Video sull’ argomento all’ interno della trattazione generale dei raddrizzatori

Tiziao

Note

(1) abbiamo richieste di amici per il diffusore sulla fiducia vedremo se preprare un kit o il diffusore finito gestendo la cosa con un gruppo di acquisto

(2) il trasformatore è derivato da un progetto Philips e usato in alcuni apparecchi commerciali di qualità

Schema elettrico alimentatore GM70R

15/01/2022 tiziao GM70R

Introduzione

Dopo avere delineato la sezione di ingresso dell’ alimentatore HT ora ci servono:

schema a blocchi alimentatore generale
schema elettrico sezione HT

Schema a blocchi

Nella figura sopra vediamo una prima bozza dello schema a blocchi dell’ alimentatore.

Al momento ignoriamo l’ alimentazione dello stadio driver.

La rete luce passa attravero un filtro EMC e di protezione dalle sovratensioni⁽¹⁾

Il primo stadio collegato all’ avvolgimento da 1060 V e il circuito di raddrizzamento e filtraggio anodica.

Il secondo stadio è uno stabilizzatore ibrido da 970 V 0,1 A⁽²⁾.

Questo stadio verra testato e si deciderà con Montreal se usarlo o implementare altre soluzioni di filtraggio.

Il blocco collegato all’ avvolgimento da 156 V è il negativo di griglia della GM70.

Circuito di raddrizzamento e filtraggio anodica

Nella figura sopra vediamo una prima versione del raddrizzatore che proveremo a banco.

I D1– D8 collegati a ponte raddrizzano la tensione proveniente dal secondario ad alta tensione.

Si tratta di diodi a tecnologia SIC da 1200 V con le relative resistenze di equalizzazione della tensione.

La tensione raddrizzata viene inviata a V1 diodo damper 6D22 che viene usato come elemento di ritardo sulla tensione anodica.

Quando a V1 viene appplicata la tensione di filamento inizia a condurre entrando a regime in 30-50 sec, la tensione sul suo anodo sale con una rampa.

La batteria di condensatori C1–C2–C5–C6–C9–C10 serve ad abbassare la tensione anodica e il valore andrà ottimizzato a banco.

L1 da 11 H è l’ induttanza dell’ ingresso induttivo che abbiamo dimensionato in precedenza. Con i condensatori C3–C7–C11 filtra la tensione proveniente dal ponte di diodi.

L’ induttanza L2 e i condensatori C4–C8–C12 formato un ulteriore filtro LC per abbattere il ripple in uscita.

L’ induttanza L4 e C22–C23–C24 sono un ulteriore filtro per la componente RF.

Schema elettrico revisione A

Il valore del condensatore di filtro dell’ ultima sezione era sbagliato, in realtà deve essere 47 n 2000 V

Realizzazione fisica

Come si vede in foto è iniziata la realizzazione del tavolaccio usando legno e una specie di masonite (provenioente dagli imballaggi delle lamine SMD).

Lavorando con tensioni alte 1400 V tutto deve essere fissato e non volante per fare le misure in tutta sicurezza.

In questa fase nel ponte raddrizzatore si usano 1N4007 per difficoltà a reperire sdiodi SIC da 2000 V

Il lavoro prosegue…

Tiziao

GM70 Progetti Indice

Note

(1) Questo blocco lo realizzeremo quando l’ amplificatore sarà pronto per essere messo nel suo contenitore, la soluzione sarà custom

(2) I valori sono ancora teorici in fase di test potranno subire variazioni e adattamenti

Alimentazione anodica GM70R

14/01/2022 tiziao GM70R

Introduzione

Ora inizia il disegno degli schemi dell’ alimentatore dell’ amplificatore GM70. Parte che sicuramente riochiede una buona dose di conti e simulazioni.

Il trasformatore alta tensione

Sopra vediamo il trasformatore di alimentazione alta tensione con tutte misure. Per la simulazione servono le tensioni a vuoto e le resistenze dei singoli avvolgimenti.

L’ avvolgimento HT eroga 1080 Vac che equivalgono a circa 1500 Vdc dopo il raddrizzamento come fare?

La soluzione potrebbe essere usare ingresso induttivo con un condensatore poliestere subito dopo il raddrizzamento.

Sono un poco restio ad usare un ingresso induttivo in quanto le induttanze per questa configurazione in passato sono finite nel bidone del ferro (causa incompetenza dell’ avvolgitore).

Mi fido della competenza di Mapelli e procediamo ricavando le caratteristiche dell’ induttanza.

Quali parametri servono:
– valore induttanza
– corrente che attraversa l’ induttanza
– tensione ac ai suoi capi
– frequenza di funzionamento

In questo tipo di circuito esiste un induttanza critica sotto cui non scendere il valore è dato dalla:

Henry = RL / 900
dove RL è la resistenza di carico equivalente data da tensione di uscita dell’ alimentatore e dalla corrente assorbita
980 / 0.1 = 9800 ohm

La corrente è stata arrotondata a 100 mA per comprendere anche la corrente ac.

Da cui abbiamo:
H = 9800 / 900 = 10,88 → 11H

La tensione hai capi rms la ricaviamo con una veloce simulazione del circuito VL = 295 Vrms → 300V

Frequenza di funzionamento 100 Hz della tensione raddrizzata

Sopra vediamo il circuito usato per simulare il raddrizzatore con ingresso induttivo.

L’ induttanza

Le caratteristiche dell’ induttanza sono:

induttanza 11 H
corrente 100 mA
tensione applicata ai capi 300 Vrms
incapsulare e resinare

Conclusioni

Abbiamo visto come rimediare alla tensione anodica troppo alta e ricavato i dati dell’ induttanza.

Le simulazioni dettagliate e i conti del dimensionamento le lasciamo ad un futuro articolo o al libro sulla simulazione

Tiziao

GM70 Progetti Indice