{"id":1038,"date":"2021-01-21T09:28:43","date_gmt":"2021-01-21T08:28:43","guid":{"rendered":"https:\/\/www.brunopelle.it\/?p=1038"},"modified":"2021-01-21T09:28:44","modified_gmt":"2021-01-21T08:28:44","slug":"quale-alimentatore-per-gli-amplificatori-di-potenza","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.brunopelle.it\/?p=1038","title":{"rendered":"Quale alimentatore per gli amplificatori di potenza"},"content":{"rendered":"\n

Quello che cercher\u00f2 di esaminare saranno le diverse tipologie di alimentazioni che abbiamo avuto modo di testare e utilizzare nelle nostre realizzazioni e che hanno condizionato le nostre scelte finali. Partendo dal presupposto che tutti gli amplificatori di potenza richiedono una fonte di alimentazione adeguata e poich\u00e9 gli amplificatori hanno un’efficienza inferiore al 100%, la quantit\u00e0 di potenza richiesta all’alimentazione per essere immediatamente disponibile \u00e8 sempre maggiore di quella fornita agli altoparlanti.<\/p>\n\n\n\n

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Tipologie di alimentazione:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

I metodi pi\u00f9 comuni per alimentare un amplificatore si possono riassumere in:<\/p>\n\n\n\n

1- alimentazione semplice non regolata;<\/p>\n\n\n\n

2 – alimentazione lineare regolata (stabilizzata) ;<\/p>\n\n\n\n

3 – alimentazione switching.<\/p>\n\n\n\n

Alimentazione semplice non regolata – <\/strong>Si tratta di una realizzazione semplice, affidabile e ragionevolmente economica. E\u2019 costituita dal tradizionale trasformatore di rete in rame e ferro, raddrizzatore a ponte e livellamento con condensatori elettrolitici di capacit\u00e0 elevata. Non c\u2019\u00e8 possibilit\u00e0 di instabilit\u00e0 o interferenza di HF. Soddisfa la richiesta di fornire maggiore potenza sui transienti e picchi dell’amplificatore. Di contro la potenza su 4 \u03a9 non \u00e8 il doppio di quella su 8 \u03a9 perch\u00e9 la tensione di alimentazione diminuisce con l’aumento della richiesta di potenza. L’alimentatore fornisce sempre la massima potenza possibile. L’ondulazione in uscita in CC non \u00e8 difficile da gestire e si possono facilmente ottenere livelli di ronzio di pochi mv. Il trasformatore di rete \u00e8 relativamente pesante e ingombrante. L’assenza della tecnologia switching non significa totale assenza di emissioni di RF. Il raddrizzatore a ponte genera raffiche di RF a 100 Hz, quando i diodi sono inattivi, che aumentano con l’aumentare della corrente assorbita.<\/p>\n\n\n\n

Alimentazione lineare regolata – <\/strong>Con la tensione di alimentazione regolata l\u2019amplificatore pu\u00f2 avvicinarsi a una sorgente di tensione perfetta, che darebbe il doppio della potenza su un carico da 4 \u03a9 rispetto a quello da 8 \u03a9; tuttavia, bisogna considerare le perdite dipendenti dal carico nella fase di uscita. Una tensione di alimentazione regolata fornisce all\u2019amplificatore una potenza di uscita audio assolutamente coerente alle specifiche del progetto rispetto le variazioni della tensione di rete, pu\u00f2 essere progettata in modo che non sia presente alcuna ondulazione sull’uscita in CC (in altre parole, il ripple \u00e8 inferiore ad altre forme di alimentazione). Il cablaggio dell’amplificatore di potenza \u00e8 facilitato, se i regolatori mantengono un’alimentazione completamente pulita, anche alle improvvise richieste di corrente, altrimenti, ci sar\u00e0 la possibilit\u00e0 di diafonia tra i canali. Quest\u2019ultima pu\u00f2 essere ridotta con regolatori separati per ogni canale. Esiste la possibilit\u00e0 di implementare un circuito di spegnimento elettronico in caso di guasto in CC dell’amplificatore, questo fa si che si potrebbe fare a meno del rel\u00e8 di protezione in uscita; tuttavia, questa soluzione aggiunge circuiti significativi senza la garanzia che un dispositivo simile in caso di guasto nei regolatori lasci gli altoparlanti fuori pericolo. Inoltre \u00e8 una realizzazione complessa e quindi potenzialmente meno affidabile. Il sistema di amplificazione complessivo \u00e8 pi\u00f9 complicato. Il numero di componenti pi\u00f9 elevato ne riduce l’affidabilit\u00e0 complessiva nel tempo. Se l’amplificatore di potenza si guasta a causa di un dispositivo di uscita, probabilmente anche il relativo dispositivo di regolazione pu\u00f2 guastarsi. Comparativamente costoso. \u00c8 probabile che l’impedenza di uscita del regolatore aumenti con la frequenza e questo pu\u00f2 dar luogo ad alcuni spiacevoli tipi di instabilit\u00e0 in HF. La dissipazione di potenza complessiva, per una data uscita, \u00e8 notevolmente aumentata a causa della perdita di tensione attraverso il sistema di regolazione. La risposta alle richieste di corrente transitoria \u00e8 probabilmente pi\u00f9 lenta.<\/p>\n\n\n\n

Alimentazione switching – <\/strong> La maggior parte dei vantaggi sono simili a quelli della regolazione lineare . Il ripple pu\u00f2 essere inferiore rispetto ad alimentatori semplici, anche se mai basso come un regolatore lineare. Tipico un livello picco picco da 20mV. Non vi \u00e8 alcun trasformatore di rete pesante e questo significa un notevole risparmio di peso. Pu\u00f2 essere predisposto per spegnersi se nell’amplificatore si sviluppa un pericoloso offset in CC. Gli alimentatori in modalit\u00e0 Switching sono una fonte prolifica di interferenza di frequenza. Questa \u00e8 estremamente difficile da eliminare completamente dall’uscita audio. L’ondulazione in uscita a 100 Hz \u00e8 significativa e richiede precauzioni nella progettazione degli amplificatori. L’alimentatore \u00e8 pericoloso se non correttamente rivestito, poich\u00e9 \u00e8 presente un’elevata tensione in CC. La risposta alle probabili richieste di corrente transitoria \u00e8 relativamente lenta.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 1 – Posizionamento del trasformatore toroidale nel contenitore metallico<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Il trasformatore<\/strong> di alimentazione<\/strong> – Il trasformatore modifica la tensione di rete con una tensione inferiore necessaria per le linee di alimentazione in CC. Questo \u00e8 solitamente l\u2019elemento pi\u00f9 pesante di un amplificatore di potenza ad alte prestazioni. Le dimensioni e il peso aumentano in proporzione alla potenza espressa in VA (Volt Ampere). Ma le dimensioni per un dato valore di VA possono variare notevolmente con la tecnologia e il disegno, quindi la potenza di un alimentatore non dipende solo dalle dimensioni del trasformatore. Da tenere conto che negli amplificatore di fascia alta il trasformatore \u00e8 sovradimensionato con l\u2019intento di migliorare la qualit\u00e0 del suono. Il sovradimensionamento aiuta anche ad abbassare l’impedenza della sorgente. Un nucleo sovradimensionato \u00e8 meno sensibile alla saturazione parziale quando sono presenti anche piccole tensioni armoniche sull’alimentazione in CA. I trasformatori negli amplificatori audio ad alta potenza possono facilmente irradiare campi magnetici in CA particolarmente forti, a 50 \/ 60Hz e alle frequenze armoniche dispari, ad es. 150Hz e 250Hz per cui per ridurre tali dispersioni conviene utilizzare trasformatori toroidali o C core . Inoltre, sempre per ridurre le dispersioni, si possono utilizzare schermi di rame intorno e sopra gli spazi vuoti del trasformatore. L\u2019assemblaggio nel contenitore metallico pu\u00f2 essere fatto in posizione orizzontale o verticale a seconda le esigenze prestando attenzione a non creare anelli metallici (fig.1<\/em>). Potrebbe essere necessario anche ruotarlo per ridurre l\u2019effetto della dispersione del campo magnetico eventualmente captato dalle elettroniche poste a ridosso del trasformatore.<\/p>\n\n\n\n

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Ponte raddrizzatore<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Raddrizzatori<\/strong> – Bisogna considerare che normalmente i raddrizzatori al silicio sono piuttosto lenti e la loro incapacit\u00e0 di interrompere il flusso di corrente limita la loro efficacia a frequenze al di sopra di 5-20 kHz. La rettifica produce armoniche che contengono proprio tali frequenze, anche se in piccola quantit\u00e0. La commutazione lenta comporta la produzione di piccole raffiche di RF due volte ogni ciclo. Questa oscillazione di RF \u00e8 comunemente in grado di “passare attraverso” il trasformatore, per apparire sul cavo di rete che conduce all’amplificatore, da cui \u00e8 possibile la conduzione o una leggera radiazione ad altre apparecchiature collegate. Le emissioni RF devono essere ridotte, sia per soddisfare le normative EMC (direttiva europea che riguarda le apparecchiature elettriche ed elettroniche che possono creare perturbazioni elettromagnetiche), sia se si vogliono realizzare apparecchiature di fascia alta e migliorare la qualit\u00e0 del suono. Una soluzione pu\u00f2 essere l\u2019utilizzo di diodi raddrizzatori pi\u00f9 veloci e pi\u00f9 puliti come quelli di tipo Schottky; un’altra soluzione pu\u00f2 essere quella di smorzare i picchi delle oscillazione con piccoli condensatori (ad esempio da 10nF) posizionati vicino ai terminali del ponte (Es. schema fig.2<\/em>). L’ESR dei condensatori deve essere molto basso poich\u00e9 la sorgente di rumore ha un’impedenza bassa.<\/p>\n\n\n\n

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Condensatori elettrolitici di grande capacit\u00e0<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Condensatori<\/strong> elettrolitici<\/strong> di alta capacit\u00e0<\/strong> – I condensatori elettrolitici, che oltre al livellamento agiscono da serbatoio di corrente, in funzione della loro elevata capacit\u00e0 sono realizzati in alluminio e hanno delle tolleranze considerevoli oltre ad un ESR (resistenza equivalente in serie) e ESL (induttanza equivalente in serie) elevata. Nei circuiti di alimentazione contribuiscono alla distorsione armonica preesistente sull’alimentazione di rete. L’effetto \u00e8 peggiore quando la capacit\u00e0 (\u03bcF) \u00e8 alta e l’impedenza in serie dell’alimentatore \u00e8 bassa rispetto l’impedenza della sorgente di rete. L\u2019utilizzo di condensatori con basso ESR \u00e8 la soluzione migliore e nel caso di alte capacit\u00e0 il valore ESR pu\u00f2 mantenersi pi\u00f9 basso, in particolare a frequenze alte, utilizzando pi\u00f9 condensatori di minore capacit\u00e0 collegati in parallelo. Trovare condensatori a basso ESR non \u00e8 facile perch\u00e9 non sempre i costruttori ne indicano le specifiche complete. In rete \u00e8 possibili trovare un elenco di “Bad Cap manufacturers” per farsi un’idea di ci\u00f2 che si sta acquistando. Da considerare anche che i condensatori hanno ore di lavoro limitate (MTBF) che dovrebbero essere indicate dai costruttori.<\/p>\n\n\n\n

Metodi di alimentazione<\/strong> – Per gli amplificatori, ci sono sostanzialmente tre possibilit\u00e0 di alimentazione:<\/p>\n\n\n\n

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a) Con trasformatore doppio<\/strong> (dual mono)<\/strong>. Ogni amplificatore ha la propria alimentazione, completamente isolata. I due canali possono gestire segnali completamente diversi in ogni istante. L’isolamento dei componenti condivisi pu\u00f2 migliorare notevolmente la profondit\u00e0 e la stabilit\u00e0 dell’immagine sonora. Per perseguire correttamente questo obiettivo, idealmente non si dovrebbe condividere nemmeno lo stesso cavo di alimentazione, o addirittura il collegamento alla stessa rete elettrica.<\/p>\n\n\n\n

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b) Trasformatore con primario condiviso<\/strong>. Costituito dall\u2019avvolgimento primario condiviso e dagli avvolgimenti secondari separati. La separazione \u00e8 solo galvanica o “ohmica”; in realt\u00e0 i due secondari sono legati attraverso il loro nucleo comune e entrambi saranno soggetti alle variazioni reciproche legate ai picchi di assorbimento dei due canali dell\u2019amplificatore.<\/p>\n\n\n\n

c) Con trasformatore condiviso.<\/strong> Sistema pi\u00f9 economico che pu\u00f2 variare da un unico ponte e condensatori di livellamento comuni per i due canali, all\u2019utilizzo di due ponti collegati all\u2019uscita dell\u2019avvolgimento secondario del trasformatore. Qui i due alimentatori “stereo”, anche se isolati, sono collegati tra loro dai diodi o ponte raddrizzatore. Questo causa una piccola perdita di efficienza e affidabilit\u00e0 in cambio di un grande miglioramento della ridondanza. Gli effetti sonori sono imprevedibili poich\u00e9 l’isolamento viene perso sui transienti. La fornitura di potenza comune dell\u2019alimentatore, che potrebbe essere stimata il doppio di quella necessaria per singolo canale, \u00e8 disponibile per entrambi i canali. Per una buona sonorit\u00e0 \u00e8 necessario una grande cura nel cablaggio di massa e di messa a terra.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 2 – Classico esempio di alimentatore non regolato<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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Fig.3 – Schema a blocchi semplificato di alimentatore per amplificatore di potenza di elevata qualit\u00e0<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Quale alimentatore scegliere<\/strong>. Mentre nei circuiti che non richiedono un eccessivo assorbimento di corrente non vi \u00e8 dubbio che il migliore compromesso \u00e8 l’alimentazione stabilizzata ( es. pre amplificatori, dac ecc), negli amplificatori audio la scelta \u00e8 condizionata dalla potenza e dall’affidabilit\u00e0 nel tempo. L’utilizzo di un alimentatore regolato pu\u00f2 essere una scelta ragionevole in amplificatori con potenze inferiori a 20-40 watt in classe AB e non pi\u00f9 di 20 in classe A. Un buon compromesso, che consente di avere i vantaggi dell’alimentazione stabilizzata e di quella non regolata, \u00e8 la doppia alimentazione dell’amplificatore di potenza. In pratica l’alimentazione stabilizzata va ad alimentare tutti gli stadi che precedono lo stadio finale ( es. stadio di ingresso, stadio pilota ecc.) mentre l’alimentazione semplice non regolata viene utilizzata per alimentare lo stadio finale. Questa soluzione soddisfa due condizioni essenziali: la prima garantisce maggiore stabilit\u00e0 e basso rumore di alimentazione al circuito pilota e di ingresso; la seconda garantisce allo stadio finale l’utilizzo della massima potenza erogabile dall’alimentazione, anche nei picchi di potenza su carichi di bassa impedenza. Ovviamente stiamo parlando di alimentazione dual mono con trasformatori toroidali separati o al massimo alimentazione separata dove il trasformatore condivide solo l’avvolgimento primario. La scelta del trasformatore dipende molto dalla potenza che si vuole ottenere dall\u2019amplificatore e dal carico che deve pilotare. Per essere chiari la potenza necessaria per un carico di 4 \u03a9 \u00e8 doppia di quella necessaria per un carico di 8 \u03a9. Se poi consideriamo che il diffusore non \u00e8 un carico resistivo e ha un’impedenza che varia al variare della frequenza; sovradimensionare il trasformatore diventa la regola. Ad esempio per la realizzazione di un amplificatore da 100 Watt per canale su 8\u03a9 e circa 180 su 4\u03a9 ci siamo fatti costruire dei trasformatori da 400 VA (Volt Ampere) per una realizzazione dual mono. Le uscite dell\u2019avvolgimento secondario sono: 2×36 V e 2×45 volt. La prima uscita, di maggiore potenza, serve per l’alimentazione semplice, non regolata, dello stadio finale (fig.2) mentre la seconda uscita verr\u00e0 utilizzata per l’alimentazione regolata dello stadio di ingresso e stadio pilota (fig.3<\/em>). La potenza di uscita del trasformatore \u00e8 di circa 10 Ampere per ramo su 36 V. Questo significa che l’amplificatore disporr\u00e0 di sufficiente corrente non solo per i carichi di 8\u03a9 ma anche di 4\u03a9 e con la riserva dei condensatori di livellamento \u00e8 in grado di rispondere anche ad eventuali picchi su impedenze minori. Tenendo conto che la potenza necessaria per un uscita di 100 Watt su un carico di 8 \u03a9 \u00e8 di 3,53A e di 7,07A su un carico di 4\u03a9 per una uscita di 200 Watt; la potenza di 10A erogata dal trasformatore \u00e8 pi\u00f9 che sufficiente. Su un carico di 2\u03a9 ,per ottenere 400 Watt, la corrente necessaria sarebbe di 14,15A. Chiaramente questo \u00e8 un ragionamento ipotetico che non tiene conto delle perdite. Nella realt\u00e0 avremo qualche watt in pi\u00f9 su 8\u03a9 e qualche watt in meno su 4\u03a9. Il peso del trasformatore \u00e8 di circa 3 Kg che ovviamente raddoppia nella configurazione stereo. E’ facile intuire che il peso complessivo di un amplificatore di potenza in classe AB, una volta terminato, potr\u00e0 raggiungere facilmente i 20 Kg o pi\u00f9. Per quanto riguarda i condensatori una regola \u00e8 quella di utilizzare 1.000\u03bcF per Ampere per cui, nel nostro caso, prendendo in esame l’assorbimento di corrente su 4\u03a9 possiamo assumere una capacit\u00e0 di 10.000\u03bcF per ramo di alimentazione (+ -) o addirittura, prendendo come riferimento l’assorbimento massimo su 2\u03a9, 15.000\u03bcF sempre per ramo di alimentazione. La tensione livellata in uscita dell’alimentatore che va ad alimentare lo stadio finale \u00e8 di (+ -) 50,76 Volt per ramo (36×1,41) per cui la tensione minima di lavoro dei condensatori deve essere di 60 Volt. La realizzazione di un buon alimentatore pu\u00f2 incidere anche del 50 % sul costo finale di un amplificatore.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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