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Category: Tecnica degli amplificatori a valvole

Published: Tuesday, 12 May 2009 20:16

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Visto che il sogno di ogni autocostruttore di amplificatori a valvole è quello di riuscire ad avere un alimentatore da banco che riesca a fornire una tensione stabilizzata con una corrente dignitosa per provare i propri circuiti, senza dovere di volta in volta adattare un alimentatore costruito "ad-hoc", abbiamo pensato di propore alcuni semplici ( o meno ) circuiti per avere una tenzione perfettamente stabilizzata e regolabile.


NOTA!!! Tutto quanto sotto descritto non presuppone solo che siate capaci di usare il saldatore, ma pure che abbiate una ottima conoscenza dell'elettricità e delle gravi conseguenze che un semplice errore fatto lavorando con le alte tensioni può portare!
Ricordate che alcuni di questi progetti riescono a fornire tensioni di anche 1000V con correnti fino a 150mA ( 150W ).
Anche un semplice errore può avere come conseguenza la morte e nel migliore dei casi danni irreparabili.
Prima di iniziare leggetevi bene questo!! http://it.wikipedia.org/wiki/Folgorazione

Bene, ora che siete avvertiti, possiamo iniziare a fare le prime considerazioni:
le prime cose di cui tenere conto sono la tensione massima che si desidera e il dimensionamento relativo dei componenti.
Mentre sotto i 150V è abbastanza semplice reperire componenti attivi, al di sopra inizia ad essere un po' più complicato.
Ad esempio i transistor di segnale PNP ed NPN che lavorano ad una tensione di circa 300V si possono contare sulle dita di una mano e spesso sono difficilemte reperibili.
Per tensioni fino a 500V, scordatevi di trovare transistor di segnale, potete trovare solo transistor di potenze e per tensioni superiori gli unici componenti che potrete reperire al negozio sotto casa ( con fatica ) sono o MOSFET o IGBT ed ad un costo non proprio ridicolo.
Per questo motivo la nostra scelta è ricaduta su componenti dal costo molto basso ( se si bruciano durante le prove non ci disperiamo ) e di facile reperibilità.
Tutti i nostri circuiti quindi usano questi componenti:
MPSA92 ( PNP V_ce0 = 300V )
MPSA42 ( NPN V_ce0 = 300V )
IRFPG50 o IRFPF50 HEXfet ( V_DS = 1200 e 900 V)

Partiamo dal più semplice:
Parte1: regolatori fissi e lineari

il circuito qui sotto accetta tensioni in ingresso fino a  450V e fornisce in uscita 350V stabilizzati e limitati in corrente a circa 50mA.

iniziamo ad analizzare il circuito:
Va è il nostro ingresso di tensione non stabilizzata che arriva dal nostro solito ponte a diodi e condensatore.
Q1,Q2,Q3,Q4 unitamente ad R2 sono una sorgente di corrente di Wilson che fornisce una corrente presso che costante di circa 200uA , ma soprattutto limitata agli zener D6 ( 150V ) e D7 ( 200V ).
Questa parte di circuito serve per limitare la potenza dissipata dagli zener, che come ben conosciamo sono soggetti spesso e volentieri a fallimenti e morte prematura.
La corrente è circa uguale alla corrente che circola in R2, quindi il nostro calcolo è Ic = Va/R2

La resistenza R4 ha lo scopo di limitare la corrente che può essere fornita sul gate di M1 e fa da carico sul collettore di Q5, e di limitare la corrente che attraversa lo Zener D8, il cui unico scopo è quello di limitare Vgs di M1 sia nel caso di corto circuito,che all'accensione, quando C3 è completamente scarico.
Il circuito formato da M1, R3, Q5 ed R4 fa da limitatore di corrente.
Man mano che la corrente  attraverso R3 aumenta, aumenta di conseguenza la tensione Vbe di Q5, di conseguenza la corrente IC che esso assorbe, con conseguente caduta di tensione sulla resistenza R4 e quindi sul gate di M1.
In basi ai valori di R3 si può regolare la soglia di intervento ed in base ai valori di R4 si regola la decisione dell'intervento, cioè se esso deve essere più morbido o più deciso.
Anche in questo caso lo Zener D8 fa il suo lavoro limitando la tensione V_gs.
La soglia di intervento si calcola approssimativamente secondo la seguente formula: I_limit*R3=V_gs(Q5).

Alimentatore Stabilizzato 0-350V DC
Un circuito simile, con tensione regolabile tra 0 e 350V è il seguente.


La prima differenza rispetto all'atro è la sorgente di corrente per gli zener che in questo caso è data da R1, R2, D11, D12, e Q4.
In questo caso la coorente viene fissata dalla tensione che troviamo in base a Q4 e dalla resistenza R1.
Approssimando Ic = (V_ak(D11)+V_ak(D12- V_be(Q4))/R1
Nota: potete tranquillamente sostituire questa sorgente di corrente a quella dello schema sopra e viceversa.
La tensione di riferimento viene fornita da Q6 che è nella configurazione Emitter Follower e fornisce una tensione costante di 350V ai capi del potenziometro R8.
Il condensatore C4 livella ulteriormente la tensione che andrà sul gate di M1.
ATTENZIONE!! Non eccedere col valore di C4, in quanto durante la fase di carica si trova ad un potenziale di 0V e nel caso il wiper del potenziometro R8 si trovi totalmente ruotato vero l'emettitore di Q6 fa si che per alcuni istanti Q6 si trovi a lavorare su un corto circuito e con una tensione pari a Va ai suoi capi, con conseguente morte immediata del transistor.
Per evitare sorprese, C4 si può tranquillamente eliminare in quanto l'ondulazione rimae comunque inferiore allo 0.2%.

Tutti questi alimentatori sono decisamente e semplici da progettare in quanto tutti i transistor hanno una V_ce0 di 300V e la massima tensione che possono avere applicata è di circa Va-Vout ,per il transistor Q6 dello schema qui sopra la tensione massima è pari a Va-Vout e lo stesso vale per i mosfet.

Rimanendo sempre nell'ordine dei 300V che è il limite i funzionamento dei transistor da noi scelti, c'è un altro ottimo circuito molto datato che permette di avere una tensione variabile stabilizzata e con bassisso ripple.
Una volta questo circuito era costruito usando delle valvole ( ed anche ora non sarebbe una brutta idea ), ma usando dei transistor e dei mosfet le cose si semplificano molto.
Questo circuito permette di regolare virtualmente la tensione di uscita tra 0V e Va, usando solo un transistor ed un mosfet, con un buon risultato sul ripple.



Questo circuito ha delle serie limitazioni:

• la tensione in ingresso Va NON PUO' ASSOLUTAMENTE ECCEDERE V_ce0 di Q1 pena la distruzione del transistor
•  la regolazione non traccia perfettamente l'angolo del potenziometro.

Però è un circuito semplicissimo, dal costo irrisorio e parecchio robusto.

Se volgimo un ripple pari a 0 o quasi, pur con tutte le sue limitazioni, soprattutto di corrente ( max 25mA  che però per alimentare dei triodi di segnale sono più che dignitosi ) ci viene in soccorso il buon vecchio LM317  come descritto dalla nota applicativa LB-47 scritta da National che potete trovare QUI
Lo schema che ci interessa è il seguente:

questo circuito regola da 0 a 160V e con qualche accorgimento ( modificando il valore del potenziometro R6 ) fino a 250Vsecondo la formula
Vout = 1.25V (1 +R5/R6 ) , in qualsiasi caso anche qui la tensione in ingresso Vin non può superare la  V_ce0 dei transistor.
Un altro problema di questo circuito è la limitazione data dal valore di  R5 che non può essere troppo alto e quindi oltre a causare un assorbimento attraverso il partitore R5-R6 fa si che il potenziometro R6 debba essere in grado di dissipare una discreta potenza.


In qualsiasi caso se vogliamo superare la soglia dei fatidici 300V, cioè la V_ce0 massima dei transistor da noi scelti, bisogna ricorrere a qualche trucchetto:
una delle soluzioni che ci vengono incontro è il vecchio circuito SRPP applicato alle valvole, che opportunamente dimensionato suddivide Va tra i vari transistor.
Vediamo a destra un classico disegno dell' SRPP a bias fisso ed a sinistra  il circuito da esso derivato.

E queste sono le curve da esso generate:

Come potete vedere i curcuiti si equivalgono. Inoltre la polarizzazione fissa  del transistor Q1 che si trova ad avere in base una tensione che è la giusta metà della tensione di alimentazione V2 ricavata dal partitore R3 ed R4 fa si che Q1 veda Q2 come carico sull'emettitore e cerchi di tenerlo alla tensione di V2 / 2 quindi su Q2 cade al massimo V2 / 2 Volt. Lo stesso vale per Q1.
In questo modo possiamo gestire una tensione di 600V con 2 transistor la cui V_ce0 è di 300V
La trattazione teorica e matematica di questo circuito risulta abbastanza complessa, ma  non è questo quello che al momento ci interessa.
Quello che adesso ci interessa è che abbiamo creato un primo componente da 600V.

Parte 2

Uno dei regolatori di tensione più semplici ed efficaci che possiamo cotruire è il classico schema con operazionale e transistor in configurazioen inseguitore di emettitore.


Sarebbe bellissimo avere un regolatore del genere che potesse funzionare con delle tensioni  fino a 500V.
Purtroppo la tensione di alimentazione di un operazionale è di +/- 15V e solo raramente  si raggiungono tensioni superiori,  ma mai di 300V o più.
Quindi la soluzione non c' a meno che non inventiamo un operazionale per alte tensioni.
Quello che ci serve è un operazionale che abbia un buon fattore di amplificazione differenziale, sia veloce, stabile, resista a tensioni superiori a 300V ed abbia pure un CMRR abbastanza decente.
Non è un gioco da ragazzi, ma con le informazioni di cui sopra e qualche altro semplice concetto, possiamo ottenere qualche valido risultato.

Continua nella seconda Parte

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