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Alimentatore universale modulare raddrizzatore guida d'uso

Il desiderio di ogni autocostruttore è quello di poter sperimentare velocemente varie configurazioni di un amplificatore e verificare la qualità sonora che ne deriva. Inoltre per tanti neofiti della costruzione elettronica risulta difficile creare il primo circuito e spesso incappano in errori grossolani che fanno sì che il loro progetto non funzioni a dovere, rendendo la costruzione una esperienza frustrante anziché una gioia.
Per questo motivo abbiamo deciso di rispolverare il nostro vecchio ampli da esperimenti e rivederlo per renderlo accessibile al pubblico.
La filosofia di questo progetto è quella di fornire un sistema di prova che possa essere combinato come dei mattoncini LEGO(TM) o meglio come un Meccano, che possa essere facile da assemblare e che lasci allo sperimentatore la possibilità di sbizzarrirsi preoccupandosi solo del progetto e del risultato sonoro.

Proporremo tutta una serie di micro schede polifunzionali componibili e compatibili una con l'altra adatte a costruire quasi ogni tipologia di amplificatore e circuito valvolare.

Ogni schedina può essere corredata e collegata ad altri accessori, per poter sperimentare varie combinazioni iniziamo con la scheda di alimentazione.

Scheda di alimentazione per alta tensione TU-PSU-01


La prima scheda che proponiamo è un raddrizzatore universale cioè capace di essere configurato secondo le più comuni configurazioni di raddrizzatore cioè

  1. raddrizzatore ad onda intera a valvole
  2. raddrizzatore ad onda intera a diodi
  3. raddrizzatore a ponte a diodi
  4. raddrizzatore a ponte ibrido

Il tutto semplicemente spostando quattro Jumper
Per lo zoccolo della valvola è stato scelto un octal che lo rende compatibile con  una gran tipologia di valvole raddrizzatrici tra cui le più comuni sono:
5U4, 5R4, 5Y3, 274B, 5AR4, 5Z4, 5Z3P ( cinese / russa ), 5V4

questo sotto è lo schema del raddrizzatore:Schema raddrizzatore universale

le morsettiere in ingresso sono 3:
due per l'alta tensione ( da utilizzare una alla volta ) che sono rispettivamente Full Wave quello per il raddrizzatore ad onda intera e BRIDGE quello per il raddrizzatore a ponte.
La morsettiera marcata HEATER è quella dove collegare l'alimentazione dei filamenti della valvola rettificatrice.

i quattro Jumper vanno utilizzati due a due ed in accoppiata col corretto connettore di ingresso.

ConfigurazioneingressoJumper
Full wave valvolareFWnessuno             Tubes Full Wave Rectifier
Full wave allo stato solidoFWSS1, SS2           Solid State Full Wave Rectifier
Ponte Ibrido ( valvola e diodi )BRIDGESSB1, SSB2      Hybrid Bridgee Rectifier
Ponte stato solidoBRIDGESS1,SS2
SSB1,SSB2       Solid State Bridgee Rectifier


Nel caso si usi la valvola nel raddrizzatore, è bene montare R1 ed R2 seguendo le indicazioni che vengono fornite nel datasheet .
Prendendo come esempio il datasheet di una valvola 5Y3 
potete vedere che è indicato il valore della resistenza da montare per ogni anodo.
Resistenza anodo consigliata

la seconda sezione del circuito è quella di filtro ed anche quella ci permette di livellare la tensione raddrizzata dal raddrizzatore che è composto da due stadi.

Anche qui per ogni stadio sono possibili alcune configurazioni e varie combinazioni di esso

PRIMO STADIO:

  • LC
  • C
  • RC


SECONDO STADIO

  • RC
  • LC 

In questo stadio c'è pure la possibilità di montare al posto dell'induttanza standard una induttanza allo stato solido, conosciuta anche come Giratore ( QUI trovate la documentazione relativa ) Vediamo qui sotto lo schema della parte di filtro e poi il layout della scheda con le posizioni dei relativi componenti

Schema filtro

Layout scheda alimentatore
Note importanti sul filtro:
i condensatori C2, C4 e C10, così come R4 ed R6 sono da montare solo se la tensione che si desidera supera la tensione supportata dal singolo condensatore ed in tale caso C2 deve essere identico a C1 ,C4 deve essere identico a  C3, lo stesso vale per C10=C9, R4 = R3 ed R6 = R5.
Nel caso invece il condensatore sia in grado di sopportare la tensione anodica, allora bastano solo
C1,R3,C3,R5e,C9 mentre C2 e C4 vanno ponticellati..

Esempio: se abbiamo dei condensatori da 100uF 350V e la tensione che abbiamo in uscita al raddrizzatore è di 600V, allora dobbiamo usare anche C2, C4,C10, R4 ed R6.
Mettendo in parallelo C1 e C2 che nel nostro caso hanno una capacità di 100uF otteniamo un parallelo che ci da una capacità di 50uF, quindi nel calcolo del fitro dobbiamo tenere conto anche di quello.
Nel caso invece la tensione sia ad esempio di 300V, allora basta montare C1,R3,C3,R5e,C9 mentre C2 e C4 vanno ponticellati..
Dove ponticellare se Vaa < VC

R7,R8, WIRES_LIFT
fondamentalmente R7 ed R8 sono un partitore che restituisce al punto WIRES_LIFT una tensione pari a
 Vo=Vaa*R8/(R7+R8)
Questa può essere usato come riferimento di tensione per la corrente alternata che alimenta i filamenti delle valvole a riscaldamento indiretto per abbassare il ronzio, al posto del solito riferimento a massa.
Normalmente 680k 1W per R7 e 47k 1/2W per R7
Nota:
Questo sistema è molto utile anche nel caso si voglia realizzare un SRPP o un totem pole per non superare la tensione massima applicabile tra catodo e filamento, nel qual caso R7 ed R8 devono essere identiche.

Vediamo alcuni casi di configurazione tipo:
ingresso induttivo:
per avere come primo stadio un ingresso induttivo basta semplicemente montare l'induttanza dove c'è indicato  "Inductor"

ingresso capacitivo:
 si pone un ponticello tra i due pad oppure ( soluzione migliore  ) si mette una resistenza di basso valore ohmico nella posizione R9 per limitare il picco di corrente nei condensatori C1  ( e C2 ) all'accensione.

in seconda posizione troviamo sovrapposti  "GYRATOR" ed "Inductor", qui possiamo montare una induttanza, un Giratore ( vedi descrizione in questo articolo ) oppure una resistenza per ottenere un eventuale filtro a Pigreco.

Nel caso due stadi di filtraggio non fossero sufficienti la sezione si può espandere aggiungendo altri moduli RC -001 sui quali si può montare il seguente circuito.
Filtro RC aggiuntivo

Layout RC aggiuntivo

a seguire un esempio di montaggio pratico ed un esempio di utilizzo sperimentale

Esempio di montaggio pratico:

Alimentazione Marshall 100W

lo schema  è il seguente:
Schema marshall 100W alimentazione evidenziata
dallo schema vediamo che C105, C106 e C107 sono di 50 +50uF 500V,ma poichè sono usati con le armature in parallelo li possiamo sostituire con un Condensatore JJ 100uF 100V  R25 ed R26 sono da 10K 2W, le possiamo sostituire con una da 22K 5W  CH1 è una induttanza da 7H 40ma, R115 ed R116 sono da 56K 2W e D2 - D5 sono 1N4007.
Prepariamo quindi la nostra piastra...

Layout Marshall 100W
il preamplificatore è questo:
Schena preamplificatore con alimentazione evidenziataprendiamo come riferimento quello del master volume, possiamo vedere che ci sono due filtri Rc costituiti rispettivamente da R14, R15 e le due armature di C101.

C101 vale 50 + 50 uF 500V e lo possiamo sostituire con due condensatori JJ 47uF 500V  .
R14 ed R15 sono due resistenze da  10kOhm 1W, quindi possiamo utilizzare due schedine aggiuntive identiche settate come nella immagine qui sotto ( attenzione che C2 ca ponticellato ).
RC marshall 10K 47uF

così abbiamo creato tutta l'alimentazione per poter sperimentare un clone Marshall 100W Master volume.





Esempio di utilizzo sperimentale della nostra scheda:

Un buon punto di partenza per utilizzare la nostra scheda  in maniera veloce, è quello di simulare una combinazione e vedere i risultati con un software fornito da Duncan Amps, il PSU designer II che potete scaricare qui:
http://www.duncanamps.com/psud2/index.html

questo software è molto preciso e nelle varie indicazioni permette pure di ottenere i dati per dimensionare correttamente il trasformatore di alimentazione.

Vediamo qui velocemente un esempio con i seguenti valori:

  1. trasformatore di alimentazione: 333-0-333V
  2. Rettificatrice: valvola 5Y3
  3. R9/Inductor di 120 Orm
  4. C1 da 8uF 450V
  5. GYRATOR/Inductor induttanza da 10H
  6.  C3  47uF 500V
  7. un carico da 2000Ohm

L'uso del programma è abbastanza intuitivo, QUI potete trivare un articolo che ne spiega velocemente il funzionamento e QUI potete scaricare il file relativo al circuito di esempio che vedete qui sotto.

Schema in PSU designer II

in basso in fianco al pulsante Simulate potete settare i parametri di output della simulazione che ho optato per vedere il risultato dopo 8 secondi ( after a reporting delay of ) per una durata di 10ms ( For )

Premendo il tasto Simulate parte la simulazione e dopo qualche secondo si ottiene il risultato
Risultao simulazione
abbiamo spuntato la casella relativa a V(R2) ed a destra si vede una parte della forma d'onda relativa alla casella spuntata.
Vediamo nel grafico della forma d'onda che la tensione oscilla circa tra i 294,98 V ed i 295,48V il che vuole dire che abbiamo 0,5V di ripple ( ondulazione residua ).

Evidenziato invece c'è I(T1) che è il risultato della simulazione relativo alla corrente del trasformatore di alimentazione:
vediamo che abbiamo 6 colonne:

ResultMinMaxDiffMeanRMS

Result è il parametro selezionato.
Min è il valore minimo, Max il massimo, Diff  la differenza tra minimo e massino ( l'escursione del parametro ), Mean il valore medio del parametro e RMS il valore RMS del parametro.

Come possiamo usare i dati relativi a I(T1) per poter dimensionare bene il nostro trasformatore di alimentazione?
il primo parametro da  controllare è RMS, è quello che dovremo comunicare al trasformatorista.
Nel caso però che Max sia molto superiore al valore RMS ( delle volte è 10 volte maggiore ) è bene comunicare anche questo al trasformatorista, che provvederà a dimensionare correttamente lo spessore del filo dell'avvolgimento ed eventualmente anche l'induzione.

Per ottenere buoni risultati senza perder troppo tempo o senza troppe sorprese, è bene

  1. avere una buona idea di quello che si desidera ( tensione, corrente, ripple massimo accettabile )
  2. fare dei calcoli preventivi  per stimare i valori dei componenti, a questo link http://hvid.it/htpsu1.html potete trovare le formule utili per i calcoli
  3. verificare il tutto con la simulazione
  4. normalizzare i valori dei componenti, cioè usare i valori  disponibili sul mercato ( ad esempio nel nostro disegno il condensatore da 8uF si può sostituire con uno da 10uF oppure una da 4.7uF )
  5. ricontrollare con una simulazione
  6. se c'è qualche dubbio ripetere i passi da 2  a 5

Alcuni piccoli suggerimenti;

  • il programma segnala con una finestrella se si è superata la corrente massima o la tensione massima sopportate dal raddrizzatore
  • il trasformatore ha una resistenza segnata tra parentesi, questo è il valore della resistenza equivalente del trasformatore relativa al secondario ( se non avete voglia di calcolarla, potete tranquillamente usare la resistenza del secondario misurata con un multimetro )
  • i condensatori hanno una resistenza segnata tra parentesi, questo è il valore di ESR che si trova nei parametri del condensatore.
  • le induttanze hanno una resistenza segnata tra parentesi, questo è il valore della resistenza dell'avvolgimento della vostra induttanza ( la misurate con un multimetro )





BUON LAVORO!!