Blog di tiziao - Valvole, Audio e trasformatori

Designer la comunità silenziosa

02/08/2021 tiziao Editoriale

Designer chi è costui?
Si tratta spesso di un ingegnere elettronico o di un tecnico che progetta schede e sistemi completi.
Realizzare un progetto completo di una scheda richiede una conoscenza vasta e trasversale della materia.
Queste conoscenze si acquisiscono attraverso lo studio e la pratica.
Nel forum sono presenti tanti designer, FAE⁽¹⁾, professori universitari, ricercatori, insegnanti di elettronica e insegnanti di laboratorio.
Questo gruppo di persone per varie ragioni seguono i video e il forum in modo silenzioso.
Lo staff del forum è composto di persone che si occupano proffessionalmente di design e sono seguiti da colleghi, amici e conoscenze professionali.
Queste persone ci contattano con richieste suggerimenti idee richieste sollecitandoci a dedicare loro maggiore spazio.

Da tempo stiamo pensando come, DrPaolo ci manda la sua ultima creatura una protoboard per circuiti con opamp⁽²⁾ che vediamo sotto:

Ci siamo detti il momento è giunto e diamo il via ad una nuova serie di video e post chiamata:

Designer.

Viene aperta un area del forum chiamata “Designer” dove ci occuperemo di:

realizzazione di circuiti su protoboard⁽³⁾ con un taglio molto progettuale con formule e conti⁽⁴⁾
presentazione di precisi piani di montaggio per cui anche un principiante può assemblarsi la scheda
nel caso ci sia interesse realizzazione del master con analisi e commenti approfonditi sulle scelte fatte
realizzazione del video e di articoli sul progetto⁽⁵⁾
presentazione di news dal mondo professionale
presentazione di componenti o demoboard
trattazione teorico pratica con delle tecniche e problematiche EMC
realizzazione di piccole attrezzature per misure EMC
trattazione delle alimentazioni in termini di PDN impedenza ecc
interpretazione e applicazione delle normative

Indubbiamente si tratta di un programma ambizioso ma lo svilupperemo con il tempo.

Come si diventa designer

Studiano la teoria dei circuiti poi provando e misurando. Confrontando il risultato teorico con quello pratico si imparano tante cose.

Quelli sopra sono uno degli strumenti di lavoro del designer le protoboard.

Ad esempio si guarda il decalogo sui JFET si inizia con la polarizzazione e poi si passa all’ amplificazione…. si fanno modifiche e si vedono i risultati. Via via crescendo come livello di complessità fino a progettarsi un intero circuito.

PS: i video saranno più lunghi del solito visti gli argomenti trattati.

Dove procurarsi i PCB?

Per avere i PCB e kit o ulteriori informazioni scrivici.

Il catalogo serve per una consultazione veloce dei kit disponibili.

Saluti Tiziao

Note

(1) FAE Field Application Engineer il personaggio che assiste il cliente nell’ uso dei circuiti integrati e schede di un dato marchio. Di solito provengono dalla progettazione.
(2) Questa protoboard prevede una lunga serie di opzioni che spiegheremo nel suo manuale e in video. La protoboard non è nulla di rivoluzionario ma racchiude gli accorgimenti derivanti da anni di pratica.
Abbiamo lavorato con ogni genere di protoboard commerciale e spesso viene la domanda e se avesse questo e se ci fosse quello. Tutta questa esperienza cercheremo di usarla per disegnare una serie di protoboard pratiche e facili da usare.
(3) Perchè realizzare I circuiti su protoboard? Siamo designer e le variazioni gli aggiustamenti circuitali sono il pane quotidiano. Forniremo dei circuiti stabili… ma la protoboard permette personalizzazioni e variazioni molto facilmente.
(4) Si sentono in sottofondo le lamentele del pubblico “I video dedicati ai principianti caleranno?”
Cambierà leggermente l’ impostazione (in realtà è già cambiata) le informazioni basilari vengono concentrate in un format tipo decalogo. Dal decalogo si parte con video e articoli di approfondimento. Nella serie designer rimanderemo ai decaloghi per I principi base… verranno espansi solo se il progetto lo richiede.
(5) Con circa 100 video prodotti in un anno siamo vicini al limite di saturazione quindi molti argomenti saranno sviluppati in forma di articolo

Realizziamo una sonda ad alta tensione

02/07/2021 tiziao GM70R, GM70U

Stiamo sviluppando ad un progetto di amplificatore GM70 e si lavora con tensioni di 1000 V.

Per lavorare in sicurezza serve una sonda ad alta tensione.

Introduzione

La sonda ad alta tensione esiste come PCB.

Si tratta di procurare i componenti e assemblare il tutto.

Realizzare una sonda ad alta tensione

La realizzazione e l’ uso della sonda viene mostrato nel seguente video e la documentazione e questa.

Della sonda ne abbiamo parlato anche nell’ infinito 3rd sul GM70R.

Ne realizzeremo una versione fissa 1 : 10 senza il commutatore di portata.

Basandoci sulla documentazione iniziamo l’ assemblaggio seguendo la distinta base.

Le resistenze vanno assemblate sulla scheda seguendo l’ elenco componenti, si noti R1 è una resistenza “zero ohm”.

Componenti pronti per la saldatura sonda HT

La scheda viene girata con i terminali verso l’ alto per procedere alla saldatura dei componenti.

Una volta saldati i componenti vanno rasati con un tronchesino affilato.

Buona pratica pulire la scheda, in questo caso viene spazzolata energicamente dal lato saldature.

Si usa uno spazzolino a setole rigide che possiamo vedere nella foto.

Quella assemblata sopra è la versione standard che potrete assemblare seguendo le istruzioni del datasheet.

Per le nostre esigenze vogliamo farne una versione fissa 1:10 quindi introduciamo alcune variazioni.

Schema elettrico e varianti

Sopra vediamo lo schema elettrico base che permette di realizzare la sonda con la commutazione delle portate tramite S1.

La resistenza R1 va messa del tipo 0 Ohm.

La resistenza R11 viene portata a 1M non viene montata per avere la portata /10.

Anche il commutatore S1 ed R12 non vengono usati.

Procediamo con gli aggiornamenti.

Cablaggi e modifiche PCB per versione x10 fissa

La sonda HT andrà inserita in una scatola di plastica per ovvie ragioni di sicurezza.

Simulazione con LTspice

Si lancia la simulazione e si porta il cursore sul nodo di interesse.

La simulazione può risultare utile per verificare le modifiche dei valori resistivi in fase di test.

File per la simulazione.

Misure sul prototipo

Con un setup simile a quello visto nel video di Pier.

Dalle misure otteniamo:

Vin 502,7 V
Vout 42,5 V

K = Vout / Vin = 42,5 / 502,7 = 0,085

Calcoliamo K:

K = 1 / 0,085 = 11,8

La tensione misurata andrà moltiplicata per questo fattore.

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Saluti Tiziao

Capacitor Bank ESR simulazione e misura,

01/07/2021 tiziao Capacitor Bank, GM70R

Abbiamo visto come simulare la ESR di un banco di condensatori. Come mettere in pratica il tutto?
Vediamo di farlo usando il nostro PCB Capacitor Bank.
Ci è stato chiesto di dettagliare anche lo svolgimento dei conti.

Simulazione

Velocemente realizziamo lo schema su LTspice usando elettrolitici da 1000 uF 50V ATGI8 codice 860010678024.

La scelta cade su Wurth in quanto sono disponibili le librerie LTspice.
Wurth fornisce elettrolitici che coprono tutte le esigenze circuitali con un ampia gamma⁽¹⁾.

Simulazione ESR Cap Bank 1000u 50V x 12 cond

Vediamo ora di determinare il valore della ESR usando il cursore.

Il valore risultante è di -52,72 dB e sapendo che:
52,72 = 20*LOG x
LOG x = -52,72 / 20 = -2,636
x = 10^-2,636 = 2,312 mOhm

Per la trattazione matematica sui logaritmi leggete questo documento.

Misuriamo il tutto con ponte RCL Fluke e otteniamo:

Per tenere I parassiti bassi abbiamo saldato due spezzoni di filo lato B della scheda:

Collegamenti lato B per avere il minimo di induttanza parassita

Procediamo alla misura della ESR risultante con il ponte RCL:

Il valore 14 mOhm risulta un ordine di grandezza superiore a quanto calcolato, accettabile in quanto nei conti non teniamo conto del PCB.

Maggiori informazioni sul PCB le trovate nel manuale del Cap Bank.

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Saluti Tiziao

Note:

(1) Si possono usare anche condensatori di altri costruttori che hanno gamme simili di elettrolitici

GM70 Progetti Indice

Simulazione Capacitor Bank con LTspice

28/06/2021 tiziao Capacitor Bank, GM70R

Abbiamo realizzato un capacitor bank su circuito stampato che può essere usato per diversi scopi:

filtrare del rumore su una alimentazione
fornire energia a carichi con transienti veloci
altre appplicazioni che trovate nel datasheet

Un lettore lo usa in uscita dei suoi convertitori DC/DC montando diversi tipi di condensatore in parallelo.

Ci chiedeva se possibile estrarre i parametri e creare un unico condensatore equivalente.

Il condensatore equivalente viene usato per simulare la stabilità del convertitore.

Questo cosa ha a che fare con l’ audio?

In audio vengono sempre più impiegati alimentatori a commutazione in configurazioni assai stravaganti.

L’ uso di combinazioni di condensatori diversi in parallelo viene impiegato anche in alimentazioni tradizionali, quindi risulta importante la simulazione.

Simulazione condensatori in parallelo con LTspice

Nello schema sopra vediamo diversi condensatori in parallelo, ora occorre ricavare un singolo condensatore.

Procediamo plottando l’impedenza del circuito.

La curva di impedenza viene generata dividendo la tensione del generatore per la corrente del generatore V(n001)/I(V1).

Plot impedenza dei condensatori in parallelo

Misurando usando i cursori otteniamo:

frequenza di risonanza di 132 KHz
impedenza -56,44 dB (0,001507)

Volendo capire il contributo dei singoli condensatori basta “plottare” il contributo del singolo condensatore.

Capacitor Bank condensatori uguali

Volendo simulare un capacitor bank con 16 condensatori elettrolitici da 1000u 50V, prima ci serve il modello spice del condensatore.

Per comodità scegliamo un elettrolitico Wurth:

Velocemente disegnamo il circuito e lo simuliamo:

Capacitor Bank 16 x 1000u 50V plot impedenza

Sopra vediamo l’ andamento dell’ impedenza della batteria di condensatori.

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Saluti Tiziao

GM70 Progetti Indice

Filtraggio larga banda alimentatore GM70R

27/05/2021 tiziao GM70R

Il GM70R è un progetto complesso che procede un poco sottotraccia.

Oggi vediamo come filtrare a larga banda la tensione in uscita dell’ alimentatore anodico.

Un tipico filtraggio con induttanza da 15 H e condensatore da 150 uF perde efficacia sopra i 3 kHz a causa dei parametri parassiti dell’ induttanza.

Volendo avere un filtraggio a 12 dB / ottava su tutta la banda occorre inserire un ulteriore stadio LC.

Dimensionamento filtro

Il filtro lo dimensioniamo per la frequenza di Fres 3 kHz usando la nota formula:

Fres = 1 / 2 x 3,14 x SQR ( L x C )

da cui:

L x C = 1 / ( 2 x 3,14 x Fres )²

Introducendo i dati abbiamo:

L x C = 1 / ( 2 x 3,14 x 3000 )² = 2,8 x 10^-9

Questo prodotto LC lo otteniamo con una induttanza da 100 mH e un condensatore da 33 nF

Progettazione induttanza

Ora non resta che procedere con il progetto usando un programma Magnetics:

Quello che vediamo è il risultato finale, il progetto è passato attraverso diverse interazioni verificando che il nucleo utilizzato fosse disponibile.

I nuclei Magnetics sono piuttosto diffusi presso gli avvolgitori che avvolgono componenti per alimentatori a commutazione.

La progettazione può essere fatta anche manualmente con un processo piuttosto elaborato.

Passando alla pratica l’ avvolgitore produce l’ induttanza:

Simulazione LTSpice

Una veloce simulazione dell’ alimentatore traccia blu mostra l’ efficacia del filtraggio con induttanza da 100 mH.

Ora non resta che procedere con le misure.

Misure su filtro LC

Verifichiamo il valore risultante dell’ induttanza con un ponte RCL Fluke.

Il valore misurato è maggiore di quanto calcolato, visto il tipo di impiego la cosa è ininfluente

Usando un ritaglio di vetronite costruiamo un sistema di misura.

Con oscilloscopio e generatore procediamo alla misura della frequenza di taglio e abbiamo 3700 Hz.

La differenza rispetto ai 3000 Hz calcolati è notevole.

Si tratta di una induttanza dalle dimensioni notevoli con una buona qualità di parassiti.

Aumentiamo la capacità verso massa e con un paio di tentativi il giusto valore risulta di 22 nF da mettere in parallelo ai 33 nF previsti.

Conclusioni

Come ci si aspettava il valore misurato usando componenti reali differisce da quanto calcolato.

Una piccola messa a punto risistema le cose non ci resta che procedere con l’ alimentatore.

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Saluti Tiziao

GM70 Progetti Indice

PS: in un futuro articolo tratteremo gli aspetti teorici

L’ impedenza di uscita negli alimentatori audio

10/03/2021 tiziao GM70R

In questo articolo abbiamo espolrato le basi teoriche del concetto di impedenza.

In questo articolo vedremo la simulazione di circuiti reali, per valutarne l’ impedenza di uscita.

6080 Stabilizer

Nello schema vediamo un alimentatore ad alte tensione ibrido che usa come elemento serie un doppio triodo 6080.

La simulazione dell’ impedenza è quasi da manuale lineare ben oltre i 10 KHz.

Alimentatore HT

Alimentatore serie zener e mosfet, un classico anche se piuttosto curato come rumore.

Questo schema con alcune varianti lo vedremo spesso nelle nostre realizzazioni.

Impedenza di uscita da manuale.

PSU Moduli JFET regolatore anodica

Alimentatore zener e mosfet per generare una tensione anodica di 80-90 V per un preamplificatore ibrido.

In particolare si tratta di una RIAA cascode (1) che necessita un basso rumore di alimentazione.

Quindi sono stati introdotti filtraggi spinti vedi R4 e C6.

PSU Moduli JFET regolatore anodica impedenza

Sopra possiamo vedere l’ impedenza di uscita di questo regolatore, lo scalino che vediamo è di pochi centesimi di Ohm… la risposta è molto lineare.

PSU Moduli JFET 28V

Classico alimentatore con LM317, nel nostro caso costruito attorno a LT317.

La scelta è dovuta alla bassa fedeltà dei modelli LM317 circolanti.

PSU Moduli JFET 28V LT1085

Visti le ottime simulazioni dell’ alimentatore con 6080 testiamo anche qua LT1085.

L’ andamento dell’ impedenza è da manuale.

Supereg Duale impedenza di uscita

La figura mostra lo schema della sezione positiva del regolatore.

Si tratta di uno schema convenzionale semplice ma di ottime prestazioni.

La simulazione della curva di impedenza fino a 2000 Hz ha un andamento abbastanza strano, come se l’ operazionale non riesca a prendere il controllo del circuito.

Dopo l’ impedenza prosegue con un andamento normale.

Trattandosi di un circuito molto classico e documentato nella letteratura non ci preoccupiamo della simulazione.

Forse basta fare un qualche test con opa diversi…. magari LT.

Alimentatore LM317 LT3080

Sopra vediamo lo schema applicativo con un pregiato LT3080 (della versione LM317 parliamo in un altra sezione).

Osservando l’ impedenza vediamo che il regolatore fino ad 1 KHz non ha il controllo della stabilizzazione. Dopo l’ impedenza prende un andamento molto regolare.

Nulla di preoccupante conoscendo il principio di funzionamento dell’ integrato.

Al momento soprassediamo sulla simulazione (2)

Conclusioni

Abbiamo iniziato ad introdurre l’ argomento con una serie di simulazioni di circuiti reali.

A volte le simulazioni danno risulti contraddittori, in molti casi dovuti al modello del regolatore.

Il passo successivo è verificare il risultato sul campo con una serie di misure di laboratorio.

L’ argomento è abbastanza ostico lo amplieremo con futuri articoli e video.

L’ impedenza non è l’ unico modo per valutare un regolatore…. per il momento ci concentreremo su questo.

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Saluti Tiziao

GM70 Progetti Indice

Note

(1) la circuitazione cascode ha una bassa reiezione di alimentazione quindi richiede un alimentazione molto pulita

(2) in futuro per la stesura del libro approfondiremo questo comportamento del modello parlandone anche con ADI

Impedenza questa sconosciuta

01/03/2021 tiziao GM70R

L’impedenza cos’è?

Introduzione

Chiariamo il mistero in questo articolo.

Nei prossimi articoli tratteremo l’ impedenza di uscita degli alimentatori e dobbiamo chiarire il concetto.

La trattazione sarà un minimo semplificata in quanto non useremo la rappresentazione sul piano complesso ⁽¹⁾.

La teoria

Il termine impedenza viene usato nel linguaggio di tutti i giorni confondendo la definizione elettrica con l’ uso comune del termine.
Lo studio dei fondamentali dell’ elettrotecnica e elettronica permette di comprendere intimamente i fenomeni che avvengono nei nostri circuiti.

In termini elettrici l’ impedenza viene definita come il rapporto fra la tensione ai capi di un bipolo e la corrente che lo attraversa secondo la relazione :

Z = V / I dove

Z = impedenza misurata in Ohm

V = tensione ai capi del dispositivo misurata in Volt

I = corrente attraverso il dispositivo misurata in Ampere

Questa definizione può essere applicata a qualsiasi dispositivo a due terminali quali una resistenza, un condensatore oppure una pista di massa.

Per un dispositivo a due terminali l’ impedenza viene definita come nella figura sotto:

Se ad esempio abbiamo 50 V ai capi del dispositivo e questo viene
attraversato da una corrente di 1 A, otteniamo Z = 50 / 1 = 50 Ohm
Indipendentemente dal tipo di dispositivo a cui ci si riferisce l’ impedenza viene sempre misurata in Ohm, sia nel domino della frequenza che del tempo.

Un aspetto dell’ impedenza su cui spesso si fa confusione è di pensare che sia puramente resistiva, nel caso di una resistenza ideale i due valori coincidono Z = R

A parità di tensione applicata intuitivamente scorre “poca” corrente se l’ impedenza è alta e viceversa.

Oltre che alla singola resistenza il concetto di impedenza viene applicato nella tecnica ad un condensatore ideale, un’ induttanza ideale, un cablaggio.

A volte in questo caso si parla di impedenza AC.

Esistono due concetti estremi di impedenza:
● dispositivo aperto a parità di tensione applicata non circola corrente Z = 1 / 0 = Ω infiniti (non misurabili)
● dispositivo in cortocircuito circola una corrente molto alta Z = 0 / 1 = 0 Ω

Simulazione

Simulare il profilo di impedenza di diversi tipi di circuito è essenziale nella progettazione delle alimentazioni.

Questi circuiti sono facilmente analizzabili con LTSpice e QUCS che sono programmi “free”.

In alcuni casi può essere utile anche SIMetrix/SIMPLIS Elements che è la versione di valutazione.

Come vediamo nella figura sopra basta usare un generatore di corrente costante settato in ac per una corrente di 1A e fase 0.

La tensione ai capi del generatore di corrente dipende dall’ impedenza del carico R2 (che in questo caso usiamo per indicare un impedenza generica).

La tensione vale:

V = I(f) x Z(f) = 1 x Z(f) = Z(f)

Dove:

V = tensione generata ai capi del generatore di corrente in Volt

I(f) = corrente del generatore, 1 A costante in regime sinusoidale

Z(f) = impedenza connessa ai capi del generatore, misurata in Ohm

La corrente di 1 A permette di leggere l’ impedenza direttamente in Ohm al variare della frequenza.

R1 da 1 TOhm collegata ai capi del generatore di corrente serve ad impedire a Spice segnalare un errore. Spice necessita di avere un percorso in DC verso massa per ogni nodo.

Applicazioni

Ogni alimentatore (lineare o switching che sia) ha una sua impedenza di uscita che varia in funzione della frequenza. Questo è fondamentale per valutarne il suo funzionamento in termini statici e dinamici.

A noi interessa capirne l’ influenza in campo audio quindi svilupperemo il concetto in una serie di articoli.

Spiegando il comportamento dei regolatori in esame con una serie di simulazioni applicate ad alimentatori reali.

Successivamente faremo una serie di misure di verifica in attesa dei relativi video.

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Saluti Tiziao

GM70 Progetti Indice

Note

(1) Per una definizione più classica fare riferimento ai testi sacri di elettrotecnica

SRPP di 6H8 Preamplificatore

30/01/2021 tiziao Designer

Immaginiamo di avere un amplificatore PPP di 6080 che per essere pilotato necessita di almeno 50 Vrms per funzionare a piena potenza.
Occorre inserire nella catena un preamplificatore.

Si sceglie di usare un SRPP di 6H8C (valvola russa nos che può essere sostituita con la 6SN7).

Un poco di storia

La configurazione SRPP nasce negli anni 40 e viene impiegata nei modulatori televisivi. La diffusione in hi-fi avviene negli anni 60 in Giappone e arriva in Europa anche grazie all’ “Audiophile”.

Che pubblica i progetti dei più famosi progettisti giapponesi.

Sviluppo progetto e simulazione

Ipotizzando di usare una tensione anodica di 300 V stabilizzata essendo i due triodi uguali si sceglie di polarizzare la valvola
inferiore a 300 / 2 =150 V.
Disegnando una retta verticale sulle caratteristiche anodiche della 6H8C otteniamo il risultato di figura.

Il punto di lavoro del triodo inferiore sarà V a = 150V, V g = -4 V, Ia = 6.2 mA.

La resistenza R a vale 4 / 0,0062 = 645 Ω che si arrotonda a 620 Ω;
facendo una prima simulazione con LTS.

Usando il modello della 6H8C ricaviamo il punto di lavoro statico.

Otteniamo VR3 = 5,86 V e IR3 = 9,5 mA; valori accettabili.
La tensione sull’ anodo della U2 risulta di 150 V esatti.

I valori si discostano abbastanza da quanto calcolato, probabile che il modello non sia dei migliori.

Sarà un argomento si farà un video ” i modelli spice a volte presentano errori vistosi come procedere?”

Sopra vediamo lo schema usato per la simulazione; dove dobbiamo ancora determinare alcuni valori.
Imponendo una frequenza di taglio di 10 Hz C 2 è dato dalla:
C1 = 1 / (6,28 × R 3 × f) = 1 / (6,28 × 680 × 10 ) = 23,4 uF
arrotondiamo a 33 uF (abbiamo trascurato la resistenza vista verso la valvola).

Analogamente C2 vale:
C2 = 1 / (6,28 × 100000 × 10) = 0,159 uF che arrotondiamo a 220 nF
In entrambe i casi si è semplificato ignorando la resistenza vista
verso le valvole.
Dalle caratteristiche del tubo 6H8C abbiamo gm = 3 mA / V, u = 21,5
Sapendo che Rp è data dalla:
Rp = u / gm = 21,5 / 3 = 7,16 kΩ
La simulazione della risposta in frequenza risulta quella mostrata nella figura sotto.

Dove possiamo vedere che il guadagno è di circa 22 dB e la banda passante piuttosto ampia.
Facendo l’ FFT dell’ uscita e abbiamo l’ andamento della THD (0,15%) come possiamo vedere sotto (1).

Togliendo il condensatore C1 (basta portare la capacità a 1f, 1 femto.
Farad senza toglierlo fisicamente dallo schema) introduciamo una NFB locale nello stadio che porta ad una diminuzione del guadagno come possiamo vedere sotto.

Introducendo feedback locale la THD (0,073%) diminuisce drasticamente rispetto a quella con condensatore di catodo.

Equazioni fondamentali

Sulla configurazione SRPP sono stati fatti studi e scritte tante parole,
un riassunto sintetico delle regole di progettazione:
Ra = Rak
Ra = 1 / gm per il massimo swing di tensione
Ra = 3 / gm per il massimo guadagno di tensione
Ra = (Rp + 2RL ) / (u – 1) per la minima distorsione
Iq = Vb + / (4 × (Rp + RL + Rak )) per la massima simmetria

Verifica progetto

Per scrupolo facciamo una verifica anche con Tubecad e I risultati
sono visibili sotto e coincidono con le simulazioni precedenti.

Preamplificatore completo

Ora disegniamo lo schema dell’ intero preamplificatore per poterlo costruire.

Lo schema dell’ alimentatore lo possiamo vedere sotto in figura.

Il trasformatore ha un secondario a 300 V e una presa a 285 V per futuri utilizzi con elettroniche con tensioni piú basse. I diodi del ponte raddrizzatore impiegati sono di tipo soft fast (per avere un minore rumore visto che si tratta di un preamplificatore) con relativo condensatore di filtraggio.

I condensatori di filtraggio sono già previsti in serie, con le relative resistenze di il bilanciamento. La sezione stabilizzatrice ha una struttura piuttosto classica regolatore serie zener e mosfet.

Trattandosi triodi a riscaldamento indiretto si alimentano in AC.

Il filamento della valvola alta è “sollevato” con un partitore collegato all’ anodica.

Nelle due figure sopra possiamo vedere il preamplificatore completo, è previsto uno stadio per la commutazione degli ingressi.

In questo stadio è previsto l’ uso di relè a doppio scambio; quando il relè è a riposo gli ingressi sono collegati a massa.

Sviluppi futuri

Questo preamplificatore è un progettino fatto per un amico in passato vedremo come replicarlo facilmente usando stampati disponibili.

Alcuni sono in laboratorio altri arrivano in settimana… nel prossimo articolo vedremo come costruire il preamplificatore.

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Saluti Tiziao

(1) Come si ricava la THD sarà argomento di un prossimo articolo o video

Calcolo del dissipatore in un giratore

28/12/2019 tiziao Designer

In questo post assieme all’ amico Pier presentiamo un interessante kit in grado di sostituire le induttanze in lamierino chiamato giratore.

Spesso viene chiesto che corrente posso chiedere in uscita?

Vediamo di rispondere spiegando come si calcola la dissipazione e si dimensiona un dissipatore.

Questa è una trattazione di tipo generale che potete applicare anche alle vostre realizzazioni elettroniche.

Calcolo Dissipazione Giratore

Per il raffreddamento del mosfet è previsto l’ uso di un dissipatore Seifert KL105/29/sw da 19 °C/W.

Sapendo che per I dissipatori vale la formula:

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

Dove

Tj = 150 °C

Tamb = 60 °C

Rt(j-c) = 1 °C/W dai dati dell’ IFP840

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

Rt(d-a) = 19 °C/W

Quindi:

Pdmax = (150 – 60) / [1 + 0.61 + 19] = 4.4 W

Ipotizzando una tensioni ai capi del mosfet di 15 V, questa tensione garantisce di lavorare con un margine di ripple accettabile.

La corrente massima vale 4.4 / 15 = 0.3 A, questo è il limite superiore della corrente, con una temperatura di 60 °C all’ interno del contenitore.

Questa a 300/400V è una corrente da amplificatore di potenza.

Vediamo di usare un dissipatore con minore resistenza termica KL105/50/sw

da 15 °C/W

Ricalcoliamo il tutto:

Pdmax = (150 – 60) / [1 + 0.61 + 15] = 5.4 W

Ipotizzando una tensioni ai capi del mosfet di 15 V, questa tensione garantisce di lavorare con un margine di ripple accettabile.

La corrente massima vale 5.4 / 15 = 0.36 A che possiamo approssimare a 0.4A

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Saluti Tiziao

Video Pier Aisa

Alimentatore HT per stadio driver GM70

30/10/2019 tiziao GM70U

Dobbiamo realizzare velocemente un alimentatore per stadi driver GM70 (alimentati a 400 V)

Usando uno stampato del nostro HT PSU Tube, è stato realizzato un video sul suo impiego:

La progettazione sarà un poco spannometrica, basata sull’ esperienza.

HT PSU tube assemblato come stabilizzatore a zener

Lo stadio driver di 6E5P

Per definire il progetto del GM70U dobbiamo fare delle prove e velocemente serve una HT per lo stadio driver con 6E5P,come fare?

Il sistema piu veloce è usare uno stampato preesistente nato per queste emergenze.

Usando uno stampato del nostro HT PSU Tube ( PAF007 ).

Mostreremo la procedura per arrivare velocemente al risultato finale (1).

Lo stadio driver di 6E5P

Per funzionare correttamente la GM70U vanno pilotate con un segnale di giusta ampiezza.

Per fare questo impieghiamo uno stadio driver classico e semplice:

Lo stadio viene magistralmente spiegato da Pier in video:

La GM70 viene pilotata dalla 6E5P configurata a tetrodo.

L’ abbiamo impiegata in passato con lo stesso compito con un trasformatore interstadio per pilotare la solita GM70.

La 6E5P è molto quotata nei forum russi… ora sta avendo una discreta diffusione anche in occidente.

Dallo schema vediamo che può essere alimentata da 300–500 V variando una resistenza.

Schema a blocchi alimentatore

Lo schema a blocchi sintetizza l’ alimentatore nelle sue varie funzioni, nel resto dell’ articolo spiegheremo come dimensionarli.

Progettiamo l’alimentatore

Dovendo avere 400 V in uscita usiamo quattro zener in serie da 100 V.

Ipotizzando una tensione di drop di 40 V (caduta mosfet e margine per il ripple) avremo una DC in ingresso di 440 V.

Solitamente i trasformatori che usiamo nei valvolari hanno una caduta da vuoto a carico della tensione del 3%.

Quindi cacloliamo la caduta di tensione ( 440 x 3 / 100 ) = 13,2 V

La corrente I la poniamo a 0,06 A per alimentare due stadi 6E5P.

Ipotizziamo una corrente richiesta dal traformatore doppia quindi 120 mArms.

La resistenza riportata al secondario Rt vale 13,2 / 0,12 = 110 Ohm.

La capacità la fissiamo a 100 u 500 V, ora possiamo procedere alla simulazione:

Sulla scheda montiamo due condensatori da 220 u 400 V in serie (soluzione prevista dal PCB).

Che serve a verificare quanto ipotizzato e ricavare la tensione di uscita e di ripple a carico:

Vout = 439 Vdc
Vr = 1,3 Vrms
Vdc generatore 480 V

La tensione del generatore della simulazione (che è quella a vuoto del trasformatore) si determina con diverse interazioni di simulazione (incrementando il generatore di step di 10 V).

Quindi 480 / 1,41 = 340,3 Vrms arrotondiamo a 341 Vac.

La corrente la dterminiamo sempre con LTS e risulta di 120 mA arrotondiamo a 130 mA.

Riassumendo i dati di questo avvolgimento:

tensione secondaria 341 Vrms
corrente secondaria 0,13 A

Parliamo di avvolgimento in quanto non sappiamo ancora come varranno realizzati i progetti dei trasformatori.

La simulazione porta a risultati buoni nella pratica, questo processo è stato utilizzato in centinaia di design (2).

Sapendo che per avere un buon andamento dell’ impedenza di uscita dell’ alimentatore la capacita vale la condizione C2 = 3-4 x C1. Fissiamo C2 a 330 u.

L’ induttanza la realizziamo con un giratore e precisamente il Giratore Light che possiamo vedere nella foro sotto.

Giratore compatto per pre e piccoli amplificatori

Giratore Light

Si tratta di una schedina in tecnologia smd che viene impiegata per filtrare, alimentare, stabilizzare la tensione dei tubi.

Cosa potrà mai servire una simile scheda in smd… è piccola la si può mettere in spazi ristretti:

per filtare alimentazioni rumorose
per stabilizzare tensioni anodiche in apparecchiature valvolari antiche
per sistemare immonde realizzazioni valvolari degli amici

Solitamente la si usa nei preamplificatori o negli amplificatori per cuffia dove gli spazi sono ristretti.

Sotto possiamo vedere lo schema generale, con poche modifiche possiamo ottenere:

giratore
stabilizzatore di tensione con feedback
moltiplicatore capacitivo

Giratore Light schema elettrico generale

La scheda dell HT PSU prevede un connettore per il montaggio del Giratore Light

Usiamo HT PSU Tube

Come abbiamo visto nello schema a blocchi prima, il filtro CLC è seguito da uno stabilizzatore a zener.

Procediamo ora al suo dimensionamento, sapendo di avere una tensione dal raddrizzatore di 298 V, ci teniamo 36 volt di margine.

Ricordiamo che il mosfet del giratore e dello stabilizzatore hanno bisogno di una Vds di almeno 8 V per funzionare correttamente.

Quindi fissiamo la Vout dell’ alimentatore a 400 V realizzabile con uno zener da 200 V e due da 100 V in serie. La tensione di uscita presenterà un minimo di tolleranza, per questo impiego 2 V di differenza sono trascurabili.

Come zener ad alta tensione un’ ottima scelta sono la serie Vishay da 1,5 W ZK4E facilmente reperibile da Farnell.

Gli zener ad alta tensione si trovano facilmente dai distributori a catalogo: un marchio diffuso è la CSC di Taiwan.

Fissando una corrente Iz di 5 mA e sapendo che la tensione di zener totale è di 400 V abbiamo che la tensione ai capi delle resistenza di caduta vale: 439 – 400 = 39 V

Applicando la legge di Ohm la resistenza di caduta vale: R = 39 / 0,005 = 7800 Ohm che realizziamo con due resistenze da 3900 Ohm in serie (previsto sul PCB).

La potenza dissipata vale: Pr = 39 x 0,005 = 0,19 W arrotondiamo a 0,5 W.

Filtraggio LC

Come si vede nello schema a blocchi sopra è previsto un filtraggio LC della tensione di uscita.

Mettiamo un induttanza da 30 H che realizzeremo con il Giratore Light.

Ora non resta che simulare il circuito:

Filtraggio della tensione di uscita con filtro LC

Nella figura sopra possiamo vedere che l’ impedenza ha la risonanza a circa 4 Hz, fuori dalla banda audio.

Risposta in frequenza reg HT

Facciamo ora una veloce simulazione per verificare l’ andamento dell’ impedenza di uscita dello stabilizzatore.

HT 6EP05 e GM70 risposta in frequenza — HT 6E5P e GM70 risposta in frequenza

Al variare della capacità di uscita come si comporta l’ impedenza nella parte alta dello spettro. La traccia blu risulta un ottimo compromesso… quindi metteremo in uscita un elettrolitico da 4,7 u.

Conclusioni

Ora che abbiamo tutti i valori dei componenti non resta che realizzare il prototipo e testarlo, ne parleremo in un altra puntata.

Dove procurarsi i PCB?

Il catalogo serve per una consultazione veloce dei kit disponibili.

Saluti Tiziao

GM70 Progetti Indice

(1)Trasformatore rimasto da un antico progetto e ora adibito agli esperimenti di laboratorio grazie ai vari secondari che lo rendono flessibile.

(2) Maggiori approfondimenti sugli alimentatori valvolari li trovate sul libro