Molti regolati lineari presentano tensioni di rumore dell’ordine dei 50-500 µV alla loro uscita. L’origine di questo rumore è sia esterna (p. es. il ripple residuo dovuto alla limitata reiezione dei disturbi di ingresso del regolatore) che interna (il rumore bianco e il rumore 1/f generati dal riferimento di tensione e dall’amplificatore d’errore).
Malgrado il ripple possa essere facilmente attenuato anteponendo un moltiplicatore di capacità, il rumore generato internamente dal regolatore stesso è molto più difficile da eliminare senza compromettere la regolazione d’uscita.
Un’interessante soluzione al problema consiste nella cancellazione attiva del rumore. Questo approccio richiede due soli elementi circuitali: un pozzo di corrente tensione-dipendente e un resistore.
Cancellazione attiva del rumore nei regolatori di tensione
Il trucco è molto semplice: si pilota il pozzo di corrente in modo che il suo assorbimento \(i_L\) sia proporzionale, istante per istante, alla tensione di rumore \(v_n\) all’uscita del regolatore. Questa corrente viene quindi fatta scorrere su un resistore \(R_s\) che la converte in una caduta di tensione, la quale segue fedelmente l’andamento della tensione di rumore nel tempo.
Ora arriva il bello: se si dimensiona il pozzo di corrente tensione-dipendente in modo che la sua transresistenza corrisponda esattamente a \(R_s\), ovvero se si fa in modo che \(i_L(t)\equiv v_n(t)/R_s\), allora la caduta di tensione su \(R_s\) cancella, istante per istante, la tensione di rumore, fornendo una tensione in uscita perfettamente ripulita.
Da un punto di vista teorico, la cancellazione elimina qualsiasi segnale AC presente all’uscita del regolatore, incluso il rumore sviluppato ai capi dell’impedenza d’uscita del regolatore a causa delle correnti di carico AC. Malgrado la resistenza d’uscita in DC sia ora uguale a \(R_s+R_o\), l’impedenza d’uscita in AC del regolatore viene annullata e rimpiazzata da \(R_s\), che può essere mantenuta molto piccola.
Schema di un circuito di cancellazione del rumore
Un’applicazione è rappresentata nel circuito seguente. All’ingresso non-invertente di un amplificatore differenziale è applicata la tensione di rumore attraverso \(C_1\), più una componente continua di +35 mV utile ad assicurare che il circuito non funzioni mai con una polarità negativa. L’amplificatore differenziale pilota un pozzo di corrente (\(Q_3\) e \(R_L\)) che, grazie al feedback negativo sull’ingresso invertente, segue fedelmente la tensione di rumore in ingresso (\(R_5\) ha la sola funzione di ridurre la dissipazione su \(Q_3\)).
Ponendo \(R_L\equiv R_s\), su entrambi i resistori si ha sostanzialmente la stessa caduta di tensione che, essendo una replica fedele del rumore in ingresso, ne determina la cancellazione. Senza alcuna taratura del circuito, questo porta ad un’attenuazione di circa –20 dB del rumore in ingresso.
La cancellazione migliora ulteriormente portando \(R_L\) a 0,9 Ω, poiché questo compensa in parte gli effetti legati al limitato guadagno d’anello aperto dell’amplificatore d’errore e al \(\beta\) limitato di \(Q_3\), portando l’attenuazione del rumore a ben –30 dB.
Le densità spettrali di rumore misurate all’uscita mostrano una riduzione impressionante, di circa −40 dB alle frequenze intermedie, in tutti i regolatori testati.
Il valore di \(R_s\) è abbastanza basso da garantire una caduta di tensione di soli 50 mV per un assorbimento di 50 mA. Il suo valore dovrebbe essere ridotto per correnti maggiori o per ridurre l’impedenza d’uscita del circuito se si prevede la presenza di correnti di carico alternate significative.
Bellissimo articolo
Io posseggo un amplificatore per chitarra FENDER BLUES JUNIOR e ho notato un certo rumore di fondo anche in assenza di segnale in ingresso.
Quale potrebbe essere la soluzione visto che utilizzandolo in casa a bassi volumi il rumore puo’ essere fastidioso durante le registrazioni. grazie
Ciao Roberto,
le cause del rumore di fondo possono essere sostanzialmente due: il ronzio e il fruscio.
Il ronzio è in genere causato da scarso filtraggio dell’alimentazione e/o da qualche schermatura non perfetta, ma anche da possibile presenza di ossido nei connettori.
Hai verificato se il ronzio persiste anche regolando il gain al minimo, oppure con il connettore di ingresso cortocircuitato?
Inoltre l’amplificatore è collegato a una buona presa di terra?
Il ronzio è presente anche con l’amplificatore non collegato a nessun altro apparato?
Se la risposta a questo quessito è affermativa il problema riguarda l’amplificatore per chitarra e quindi va fatto riparare da un tecnico competente; mentre se la risposta è no il problema è da ricercarsi in qualche loop di massa tra vari apparati.
Nel caso il rumore sia un fruscio probabilmente è qualche componente che necessita la sostituzione.
In ogni caso un po’ di fruscio di fondo, sopratutto con il gain al massimo e l’ingresso non collegato, è normale in qualunque amplificatore.
Essendo un amplificatore valvolare all’interno sono presenti delle tensioni estremamente pericolose o letali.
Un consiglio: non operare all’interno se non si hanno le dovute competenze in materia di sicurezza elettrica; tenendo conto che i condensatori elettrolitici possono restare carichi per diverso tempo anche dopo lo spegnimento.
Ciao,
ho realizzato questo circuito con un LM317, ha tolto il rumore.
ti volevo chiedere su tensione negative, LM337, come lo realizzo?
ho un alimentazione duale composta da LM317 e LM337, sul 317 ho risolto con il tuo circuito ma sul LM337?
sapresti aiutarmi?
Grazie.
Salve Natale,
lo schema per il regolatore negativo può essere ottenuto semplicemente invertendo tutte le polarità (usando quindi transistori PNP di tipo BC327). Questa versione non è stata testata.
Interessante argomento: ma è possibile applicare una cosa del genere a tutti gli alimentatori con regolatori 78/79XX o Lm317/337? Magari senza sapere in anticipo l’assorbimento sull’uscita (in modo da costruire un apposito alimentatore, anche duale, per usi audio, quindi silenziosissimo!)?
Ciao Filippo,
una corretta progettazione dell’alimentatore non può prescindere dalla conoscenza dettagliata delle caratteristiche del carico. Questo circuito, essendo connesso all’uscita del regolatore, consente un eccezionale filtraggio del rumore prodotto da quest’ultimo, ma ne riduce la regolazione del carico (aumenta, cioé, la resistenza e impedenza d’uscita). Pertanto, i massimi vantaggi si hanno solo se il carico presenta un assorbimento costante e prevedibile; in caso contrario, può portare addirittura ad un aumento del rumore sulla linea di alimentazione rispetto a quello che si avrebbe usando il solo regolatore.
Ciao,
N
vorrei alimentare il chip di un DAC con alimentazione dedicata. il circuito in questione , vale anche per il 5V ? nel caso qualcuno può postare la variante per i 5V