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Alimentazione e Diafonia

Indice Argomento Corrente

1) La diafonia negli amplificatori stereo

2) Le cause della diafonia e i parametri che la influenzano

4) Valutazione della diafonia introdotta dall'alimentatore

5) Alimentazione e Diafonia: possibili soluzioni

1 - La diafonia negli amplificatori stereo

Una delle principali cause della diafonia, ovvero della interazione reciproca fra i canali che peggiora l'immagine stereo peggiorando di fatto la separazione fra i canali stessi è da imputare all'alimentatore, o meglio alla fluttuazione della tensione di alimentazione in funzione dell'assorbimento.
Il tutto è dovuto alla inevitabile impedenza serie dell'alimentatore che seppur bassa è sempre maggiore di zero.
La diafonia è un problema che nei migliori amplificatori si supera con la configurazione dual-mono, ovvero separando di fatto completamente l'amplificatore stereo in due unità distinte monofoniche, quindi con due alimentatori distinti.
Questo è l'approccio migliore, ma anche il più costoso.
Va ricordato che la diafonia e la soppressione del ripple sono due parametri diversi dello stesso alimentatore e possono avere una correlazione fra loro, ma non è scontato.
Potremmo avere un basso ripple in uscita ma una grande diafonia o viceversa un ripple alto ma una diafonia molto bassa.
Di seguito analizzeremo le cause della diafonia e le possibili soluzione mirate ad attenuarla il più possibile.

2 - Le cause della diafonia e i parametri che la influenzano

La causa della diafonia è l'impedenza parassita serie dell'alimentatore.

I fattori che influenzano la diafonia sono principalmente due:

L'impedenza serie dell'alimentatore in tutto l'arco delle frequenze di lavoro dell'amplificatore stereo finale di potenza
L'induttanza serie parassita dei condensatori di livellamento
La reiezione dei disturbi di alimentazione da parte dell'amplificatore finale di potenza in tutto l'arco delle frequenze di lavoro principalmente dovuta alla controreazione locale e globale
La potenza assorbita dall'amplificatore

3 - Misura della diafonia

Nel caso di un amplificatore stereo basta mettere in corto circuito l'ingresso di un canale e applicare del segnale tale da portarlo alla massima potenza sull'altro, misurando la tensione in uscita del canale con l'ingresso in corto circuito.
E' possibile calcolare anche il fattore di reiezione dell'alimentazione eseguendo nel contempo una misura sulla fluttuazione della tensione di alimentazione.

4 - Valutazione della diafonia introdotta dall'alimentatore

La misura è opportuno eseguirla per tutta la banda passante dell'amplificatore perché ci possono essere comportamenti anomali ad alcune frequenze specifiche in corrispondenza delle frequenze di risonanza di alcuni componenti o alcuni circuiti come ad esempio l'induttanza e il condensatore del filtro pi greco dell'alimentatore che formano un filtro risonante con una frequenza di accordo specifica.
In corrispondenza di dette frequenze l'ondulazione della tensione di alimentazione aumenta di svariate volte (in funzione del fattore di merito del circuito LC risonante serie).
In fase di progetto le risonanze di detti componenti devono essere calcolate in modo che non ricadano su una frequenza presente nella banda passante dell'amplificatore.
Come dato aggiuntivo da una misura di questo tipo si ricava una indicazione abbastanza precisa circa lo bontà dell'alimentatore.
Questo ci permette anche di "curare" alcuni comportamenti inappropriati dell'alimentatore.
La misura è opportuno eseguirla (adottando un valore appropriato per R2 nello schema sotto) ad una potenza prossima a quella massima che fornirà l'amplificatore per avere un parametro omogeneo di riferimento.

Sopra il disegno di un generico alimentatore di cui vogliamo misurare l'impedenza serie alle varie frequenze comprese nella banda passante dell'amplificatore che alimenta.
Rpsa è la impedenza parassita serie dell'alimentatore.
Il gruppo T1-R1-R2-Gen costituisce il carico variabile di prova.
Gen è un generatore di funzioni settato per produrre un'onda quadra di frequenza e simmetria variabile.
Essendo noto il valore di R2 possiamo determinare la corrente che passa quando il transistor è in conduzione, con l'oscilloscopio (Osc.) calcoliamo di quanto si abbassa la tensione dell'alimentatore e di conseguenza l'impedenza parassita serie Rpsa.
Ovviamente a parità di tensione fornita all'uscita più piccola è Rpsa e maggiore è la bontà dell'alimentatore.
Questo vale per tutti gli alimentatori, da quelli per l'anodica delle valvole a quelli degli amplificatori a transistor e mosfet.
In un alimentatore di questo tipo che non ha filtri particolari per limitare il ripple il comportamento di Rpsa al variare della frequenza è abbastanza prevedibile, sarà maggiore alle alte frequenze (per via dell'induttanza parassita di C1).
Per tutte le frequenze centrali il comportamento sarà quello migliore.
In questo genere di alimentatori Rpsa è abbastanza bassa ed è solo funzione del cablaggio e del condensatore C1 (che in genere è costituito da più capacità messe in parallelo).
Una bassa diafonia in questo caso si paga con un alto ripple residuo, essendo quest'ultimo poco filtrato.

L'alimentatore di cui sopra vedete lo schema, rispetto al precedente ha in più il gruppo L1-C2 che forma un filtro pi greco per limitare il ripple.
In questo genere di alimentatore si ha un ripple residuo più basso ma una impedenza serie più alta, dovuta alla componente resistiva di L1 (resistenza ohmnica del filo con cui è avvolta l'induttanza) che fa sentire la sua influenza alle basse frequenze e soprattutto l'induttanza parassita di C2 che agisce soprattutto alle alte frequenze.
Inoltre L1 e C2 costituiscono un circuito risonante serie la cui frequenza di risonanza non deve essere compresa nella banda passante dell'amplificatore che l'alimentatore alimenta, pena una ondulazione eccessiva della tensione di alimentazione.
E' auspicabile, ai fini del corretto filtraggio che la frequenza di risonanza di questo gruppo LC sia più bassa della più bassa frequenza audio, quindi inferiore a 20 Hz.
E' possibile sostituire L1 migliorandone le caratteristiche con un circuito simulatore di induttanza.

5 - Alimentazione e Diafonia: possibili soluzioni

La soluzione migliore per ridurre praticamente a zero la diafonia consiste nel creare un alimentatore completamente separato per ogni canale dell'amplificatore, soluzione adottata da amplificatori di alta gamma (e di alto costo).
In questo modo si sposta il problema sulla rete di alimentazione che difficilmente sarà un elemento di feedback rilevante.
Adottare uno stabilizzatore di tensione per alimentare gli stadi finali, oppure uno stabilizzatore di tensione indipendente per ogni canale.
Utilizzare amplificatori con un'alta reiezione dei disturbi di alimentazione.
Questo taglierebbe fuori, nel caso delle valvole, tutti gli amplificatori single ended con un basso tasso di controreazione che hanno una bassa reiezione dei disturbi di alimentazione.
Adottare dei condensatori di filtro dell'alimentazione della più grande capacità possibile frazionato il più possibile, ovvero composto dal maggior numero di condensatori singoli con in parallelo alcuni condensatori a film plastico di piccola capacità.

6 - Compromessi

In genere un buon alimentatore è molto costoso, negli apparati economici si preferisce utilizzare delle soluzioni circuitali che vertono sulla controreazione per aumentare la reiezione sia per quello che riguarda il ripple che la diafonia.

Negli amplificatori single ended senza controreazione in cui la reiezione è molto bassa è obbligatorio avere un buon alimentatore. In genere si utilizzano filtri pi greco ad una cella o più.
Negli amplificatori push pull in cui la reazione negativa è obbligatoria in genere si tende ad utilizzare filtri di alimentazione più semplici e meno costosi utilizzando solo dei condensatori di livellamento.
Le modifiche migliorative di ogni alimentatore prevedono l'aumento della capacità di livellamento, ma anche della sua qualità impiegando soluzioni circuitali che riducono l'induttanza serie dei condensatori di livellamento, mettendone diversi in parallelo e impiegando piccole capacità con induttanze parassite serie molto basse.

Nell'immagine sopra la tipica diafonia prodotta dall'induttanza serie dei condensatori di livellamento. La curva blu è il segnale in uscita sul canale a cui è applicato il segnale in ingresso, in rosso sull'altro.
Come si nota alle basse frequenze la diafonia è bassa, alle alte frequenze molto più alta e si mantiene proporzionale al segnale in uscita.
La curva è stata prodotta per frequenze comprese fra 20Hz e 100KHz.