BP221

Scheda di alimentazione a basso rumore con moltiplicatore di capacità

La scheda di alimentazione BP221 è stata progettata per fornire un’alimentazione non stabilizzata a basso rumore ai circuiti audio che operano con piccoli segnali, come i preamplificatori phono o di linea. La tensione di uscita a basso rumore può essere stabilizzata usando regolatori esterni oppure aggiungendo un diodo Zener opzionale direttamente sulla scheda.

La soluzione più semplice per realizzare un T-Phonum MKII in due telai

La scheda di alimentazione BP221 può essere usata come circuito di pre-regolazione per alimentare un T-Phonum MKII (opz. A).

Inserendo la scheda BP221 e il trasformatore in un contenitore separato, i componenti più rumorosi (trasformatore e raddrizzatori) vengono segregati lontano dai circuiti di segnale.

In questo modo, nel contenitore dello stadio phono entra un’alimentazione pulita. Questa viene poi stabilizzata dai regolatori inclusi sulla scheda del T-Phonum MKII (opz. A) che, essendo vicinissimi agli op-amp, garantiscono una regolazione rapida ed efficace.

Caratteristiche principali

Raddrizzatore
a basso rumore

Diodi ultraveloci e una rete di snubbing garantiscono una commutazione rapida e pulita, migliore di quella tipicamente ottenuta usando condensatori in parallelo ai diodi.

Moltiplicatore di
capacità standard

Un moltiplicatore di capacità con filtro del primo ordine fornisce un’ottima attenuazione del ripple e dei disturbi provenienti dalla rete elettrica.

Regolazione Zener
opzionale

Diodi Zener opzionali possono essere implementati sulla scheda per ottenere una tensione d’uscita prevedibile, senza sacrificare le prestazioni di rumore grazie al moltiplicatore di capacità stesso.

Circuito stampato
a basso rumore

Connessioni di massa a stella e piani di potenza di grandi dimensioni garantiscono che il circuito stampato non degradi le prestazioni di rumore del circuito.

Progetto

La tensione alternata viene raddrizzata da un ponte di diodi ultraveloci (D1, D2, D5 e D6), la cui commutazione risulta significativamente meno rumorosa rispetto ai diodi tradizionali. Due reti di smorzamento (R1, C1 e R5, C5) dissipano l’energia immagazzinata nelle induttanze di dispersione del trasformatore, prevenendo il transitorio sulla tensione del secondario che si verifica nell’istante in cui il raddrizzatore smette di condurre.

Schema elettrico dell’alimentatore a basso rumore BP221 basato sul moltiplicatore di capacità. La tensione d’uscita può essere stabilizzata con l’uso di diodi Zener opzionali.

La tensione continua raddrizzata e livellata viene filtrata dal ripple e dai disturbi in ingresso da un moltiplicatore di capacità basato su un filtro passa-basso del primo ordine (R2, R3, C3 e R6, R7, C7) con una costante di tempo di ~1 s. Questa costante di tempo è circa cento volte maggiore del periodo del ripple, ed è capace di garantire un’attenuazione di oltre –50 dB alla frequenza del ripple.

Il moltiplicatore di capacità fornisce un’ottima riduzione dei disturbi in ingresso senza generalmente stabilizzare la tensione d’uscita, che quindi dipende dalla tensione di secondario del trasformatore impiegato. La tensione di uscita della scheda può essere stabilizzata ricorrendo a regolatori esterni, come ad esempio quelli inclusi nel T-Phonum MKII (opz. A). Questa è sicuramente la soluzione più comune, adatta ad ogni circuito che includa nativamente uno stadio di regolazione.

Scheda di alimentazione a basso rumore BP221 (foto a scopo illustrativo, la scheda finale potrebbe differire).

In alternativa, la tensione d’uscita della scheda BP221 può essere regolata tramite l’aggiunta di diodi Zener opzionali (D3, D7) direttamente sulla scheda, come descritto nel paragrafo seguente. Questo può essere utile in casi specifici dove, per esempio, sia necessario ridurre la dissipazione sui regolatori di tensione finali oppure dove sia richiesta una doppia tensione. Diversamente dai circuiti convenzionali, l’aggiunta di un diodo Zener non degrada le prestazioni di rumore del sistema, dal momento che la tensione stabilizzata dallo Zener viene efficacemente filtrata dallo stesso filtro passa-basso del moltiplicatore di capacità, che risulta attivo già da 0,3 Hz.

Tensione d’uscita

Normalmente, la scheda di alimentazione BP221 viene usata per fornire un’alimentazione pulita e a basso rumore utile ad alimentare regolatori di tensione esterni. In tal caso, la tensione d’uscita della scheda dipende dalla tensione di secondario del trasformatore.

La tabella riporta i valori di tensione approssimativi che si ottengono all’uscita della scheda di alimentazione BP221 per varie tensioni di secondario.

Secondari del trasformatoreTensione continua d’uscita
(non stabilizzata)
Regolatori esterni impiegabili
2 × 12 V±13 VFino a ±9 V (p. es. 7809/7909)
2 × 15 V±17 VFino a ±12 V (p. es. 7812/7912)
2 × 18 V±22 VFino a ±15 V (p. es. 7815/7915)
2 × 24 V±30 VFino a ±24 V (p. es. 7824/7924)

I regolatori di tensione integrati di tipo tradizionale (p. es. LM78xx/LM79xx, LM317/LM337) richiedono un’alimentazione superiore di almeno ~2,5 V rispetto alla tensione regolata d’uscita. Pertanto, l’ultima colonna indica i regolatori impiegabili in funzione di varie tensioni di secondario.

Regolazione tramite diodi Zener interni

Aggiungendo una coppia di diodi Zener opzionali (D3, D7) alla scheda di alimentazione BP221, è possibile ottenere una tensione d’uscita prevedibile senza degradare le prestazioni di rumore. La tabella seguente illustra i diodi Zener consigliati per varie tensioni d’uscita e per varie tensioni del secondario del trasformatore.

Tensione sul secondario
12 V 15 V 18 V 24 V
Tensione d’uscita 12 V BZX85C13
15 V BZX85C16
17 V BZX85C18
23 V
BZX85C24

Il circuito è stato progettato in modo che l’aggiunta di un diodo Zener tra quelli indicati non richieda ulteriori modifiche agli altri componenti: tutte le opzioni riportate in tabella garantiscono una corrente di funzionamento ottimale del diodo Zener, che risulta compresa tra 5 mA e 30 mA, e una dissipazione di potenza entro i margini di sicurezza (<600 mW) su tutti i componenti interessati.

In ogni caso, è normale aspettarsi una leggera variazione della tensione d’uscita in funzione dell’assorbimento del carico e delle tolleranze dei componenti.

Costruzione

Il circuito stampato è stato attentamente disegnato per fornire le massime prestazioni, ricorrendo a connessioni a stella e piani di potenza di grandi dimensioni disposti su entrambe le facce del circuito.

Disposizione dei componenti sulla scheda di alimentazione BP221.

Le dimensioni della scheda sono di 80 mm × 71 mm, mentre gli interassi tra i fori sono di 72 mm × 64 mm. Nel caso il circuito venisse impiegato come regolatore di tensione con diodi Zener, il calore prodotto dai transistori deve essere smaltito tramite opportuni dissipatori, il cui funzionamento è favorito dalla presenza di appositi fori di areazione sul circuito stampato.


Appendice

Modifiche per tensioni non standard

La scheda di alimentazione BP221 può funzionare con molte diverse combinazioni di diodi Zener e tensioni di secondario del trasformatore senza richiedere ulteriori modifiche agli altri componenti del circuito. Tuttavia, nel caso fosse richiesta una combinazione di Zener e trasformatore diversa da quelle precedentemente indicate, il circuito può essere modificato scegliendo un diodo Zener con una tensione superiore di ~0,7 V rispetto a quella desiderata (a causa della \(V_{BE}\) di Q1 e Q2) e agendo su R2 ed R6 come segue: \[R_2=R_6=R_Z\approx\frac{(v_{sec}\sqrt{2}-2V_D)-V_Z}{I_Z}\] dove \(v_{sec}\) è la tensione efficace sul secondario del trasformatore, \(V_D\) è la caduta di tensione sui diodi (~0,7 V), \(V_Z\) è la tensione di Zener e \(I_Z\) è la corrente sullo Zener (~5-30 mA, valore suggerito ~10 mA). La potenza dissipata da questi resistori è pari a: \[P_{R_Z}\approx R_{Z}I_Z^2\] mentre la potenza dissipata dallo Zener è pari a: \[P_Z=V_ZI_Z\]

È importante verificare che le potenze dissipate siano inferiori alle massime potenze ammesse per i vari componenti, altrimenti è necessario ridurre \(I_Z\).

Autore: bsproj

Appassionato di musica e progettazione elettronica.

Un commento su “BP221”

  1. Molto efficace, l’ho usato come scheda di alimentazione prima dei 7815-7915. Miglioramento netto ed evidente su tutti i fronti. Upgrade semplice che conferma l’efficacia di una buona alimentazione.

    Giuseppe

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