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Alimentazione e Modulazione del Ripple

Indice Argomento Corrente

1 - Rumore in uscita per modulazione del ripple nello stadio di alimentazione

2 - La reiezione dei disturbi di alimentazione da parte dell'amplificatore finale di potenza

3 - Misura della reiezione dei disturbi di alimentazione da parte dell'amplificatore finale di potenza single-ended

4 - Misura della reiezione dei disturbi di alimentazione da parte dell'amplificatore finale di potenza push-pull

1 - Rumore in uscita per modulazione del ripple nello stadio di alimentazione

Questo è un problema che si presenta in tutti gli amplificatori in classe "AB" alimentati con la rete di distribuzione elettrica utilizzando un alimentatore classico (non switching).
Negli amplificatori in classe "A" a riposo il ripple è già massimo, quindi il difetto è subito evidente.
Gli amplificatori a batteria ne sono completamente ed ovviamente esenti, motivo per cui alcuni costruttori in passato hanno adottato questo tipo di approccio.
Gli alimentatori stabilizzati sono quasi immuni a questo problema ma anche raramente utilizzati per alimentare amplificatori di potenza.
Se noi accendiamo l'amplificatore e mettendo l'ingresso del segnale in cortocircuito misuriamo il rumore in uscita possiamo determinare facilmente il rumore a vuoto dell'amplificatore, ovvero nella migliore condizione possibile, quando l'alimentazione deve fornire la minor potenza.
In questo caso il rumore in uscita dovuto al ripple è praticamente inesistente anche con uno stadio di alimentazione particolarmente scarso come prestazioni.
Molto diverso è il caso in cui l'amplificatore deve produrre una notevole potenza in uscita, potenza tale da scaricare i condensatori dello stadio di alimentazione di una percentuale rilevante della loro energia immagazzinata nel lasso di tempo che intercorre fra una semionda e l'altra della tensione della rete elettrica.
In questo caso il segnale in uscita sarà modulato dalla tensione del ripple in misura della sua capacità di reiezione dei disturbi di alimentazione.
Questo problema si acuisce con l'invecchiamento dei condensatori e quindi con la perdita di capacità (essiccazione del dielettrico) dei condensatori elettrolitici di alimentazione.

A sinistra due immagini che raffigurano l'andamento del ripple in funzione dell'assorbimento. Sopra l'assorbimento è basso, i condensatori si scaricano poco e la differenza fra V1 e V2 che rappresenta il ripple è esigua. Nella figura in basso l'assorbimento più alto scarica di più i condensatori e la differenza fra V1 e V2 è più marcata.

Questo vuole che il ripple sia funzione dell'assorbimento, quindi zero con assorbimento zero e massimo con assorbimento massimo.
Ovviamente la soluzione è dotare l'amplificatore di una grande riserva di energia, ovvero di condensatori molto grandi, che quindi non si scaricano quasi per niente anche in presenza di assorbimenti elevati.

2 - La reiezione dei disturbi di alimentazione da parte dell'amplificatore finale di potenza

Si tratta di un dato comunemente misurato negli amplificatori e anche negli alimentatori che quantifica la capacità di un dispositivo di limitare la propagazione di un disturbo presente sull'alimentazione.
all'uscita.

Questa è la formula per determinare il power supply rejection ratio o PSRR. DeltaValim è la tensione picco picco del ripple sulla alimentazione mentre DeltaVuscita è la variazione di tensione picco-picco all'uscita.

Anche in presenza di un ripple di alimentazione consistente alcuni tipi di circuito sono relativamente immuni.
In genere hanno una buona reiezione del ripple gli amplificatori con forte reazione negativa unita ad un basso guadagno in tensione, in quanto il ripple tende ad essere annullato dalla reazione negativa.
Hanno invece una bassa reiezione del ripple gli amplificatori single-ended specie se non hanno un anello di reazione globale.
Questi ultimi assorbono a riposo la stessa corrente media di quando sono al massimo carico quindi stressano particolarmente l'alimentatore anche in condizioni di riposo.
Quindi occorre curare l'alimentazione in special modo di questi ultimi che sono anche gli amplificatori più apprezzati dagli audiofili e quindi destinati ad un pubblico molto esigente.

3 - Misura della reiezione dei disturbi di alimentazione da parte dell'amplificatore finale di potenza single-ended

Questo tipo di misura è facile da eseguire con l'aiuto dell'oscilloscopio su un amplificatore single-ended.
Praticamente basta rilevare i valori con un oscilloscopio semplicemente mettendo in cortocircuito gli ingressi dell'amplificatore.

4 - Misura della reiezione dei disturbi di alimentazione da parte dell'amplificatore finale di potenza push-pull

La misura si complica un po' sugli amplificatori push-pull.
Questi ultimi a riposo assorbono solamente la corrente di bias che è abbastanza bassa rispetto alla corrente alla massima potenza.
In questo caso ci sono due possibilità: aumentare agendo sulla taratura la corrente di bias ed eseguire in queste condizioni la misura oppure pilotare l'ingresso con un segnale sinusoidale di frequenza molto più alta di quella del ripple in modo da poter poi discriminare facilmente i due segnali e poi misurare il valore del ripple in uscita utilizzando un analizzatore di spettro audio (facilmente implementabile con un computer e un apposito software che sfrutta la scheda audio).