Filtri di Alimentazione: Ingresso a Induttanza, LC, Pi Greco e RC
Ingresso a induttanza, pi greco e stadi RC in cascata: ondulazione a ogni nodo, risonanza del filtro e sovraelongazione all’accensione.
Fra il raddrizzatore e quello che deve essere alimentato c’è il filtro, ed è il pezzo di alimentatore su cui si ragiona di meno. Eppure decide tre cose in una volta: quanta ondulazione resta, quanta tensione si perde per strada, e quanto brutalmente vengono trattati i diodi e il trasformatore. Un ingresso a condensatore dà la tensione più alta e le correnti di picco peggiori; un ingresso a induttanza dà una tensione più bassa ma stabile, correnti gentili e una regolazione molto migliore.
Il circuito qui è una scala vera: raddrizzatore, un condensatore facoltativo sul primo nodo, e fino a tre stadi fatti da un’induttanza o una resistenza più il loro condensatore. A ogni passo si risolve la rete intera con l’analisi nodale, quindi gli stadi si caricano fra loro come nella realtà, e il regime si trova risolvendo la condizione di periodicità invece di aspettare che il transitorio si esaurisca.
Rete, raddrizzatore e carico
Il filtro
Ogni nodo può avere il suo carico, come in un alimentatore vero: i finali sul primo nodo utile, il driver sul secondo, la preamplificazione sull’ultimo. Le correnti si sommano andando verso il raddrizzatore, ed è per questo che la caduta su un’induttanza la pagano tutti mentre quella su una resistenza di disaccoppiamento la paga solo chi sta a valle.
Il primo elemento decide tutto il carattere dell’alimentatore. Con il condensatore la tensione sale verso il valore di cresta; con l’induttanza si assesta intorno a nove decimi dell’efficace, ma solo se l’induttanza è sopra il valore critico.
| stadio | elemento serie | induttanza / resistenza | R della bobina (Ω) | condensatore (µF) | carico sul nodo (mA) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 |
Perché l’ingresso a induttanza dà meno tensione e tutti lo usano lo stesso
Con il condensatore in testa i diodi conducono solo sulla cresta, per una fettina di periodo, e il condensatore si carica quasi al valore di picco: la tensione continua è alta, ma la corrente passa in impulsi stretti e violenti, e appena il carico cambia la tensione si sposta parecchio.
Con l’induttanza in testa, se il suo valore supera quello critico, in una raddrizzazione a doppia semionda i diodi conducono sempre: una coppia del ponte o una delle due metà del secondario è in conduzione in ogni istante. La corrente nel trasformatore diventa molto meno impulsiva, il valore efficace si riduce rispetto al caso con condensatore in testa, e la tensione d’uscita si assesta sulla media della sinusoide raddrizzata, cioè circa nove decimi dell’efficace. Si perde un terzo abbondante di tensione e si guadagna una regolazione che il filtro capacitivo non può avvicinare, oltre a un trasformatore che a parità di potenza erogata viene sollecitato in modo più favorevole.
La topologia a singola semionda non viene trattata come choke input: senza un percorso di ricircolo esplicito la corrente dell’induttanza non può restare continua. Per la semionda il tool consente quindi solo l’ingresso a condensatore.
Le tensioni ai nodi
Un periodo di rete: la sinusoide raddrizzata e la tensione a ogni nodo del filtro. L’ondulazione si riduce di stadio in stadio.
Induttanza critica
È il confine fra i due mondi. Sopra, i diodi conducono senza interruzione e la tensione d’uscita non dipende più dal carico; sotto, la conduzione si spezza e la tensione risale verso quella del filtro capacitivo, muovendosi con il carico.
Risposta del filtro
Un filtro LC è un circuito risonante, e la sua risonanza sta quasi sempre sotto la frequenza dell’ondulazione da eliminare: va bene così, purché non ci finisca sopra qualcos’altro. Il guaio arriva quando la risonanza è poco smorzata e capita vicino a una frequenza che l’alimentatore vede davvero — la rete, un motore, il segnale stesso attraverso il carico.
Attenuazione dal primo nodo all’uscita, con la risonanza e le armoniche dell’ondulazione marcate.
All’accensione
Un filtro LC poco smorzato, acceso a freddo, si comporta come un pendolo a cui si dà una spinta: la tensione sul condensatore d’uscita non sale fino al valore di regime, ci passa sopra. Su un alimentatore valvolare, dove il regime è già alto e i condensatori sono scelti stretti, è il modo classico di farli morire il primo giorno.
I primi periodi dopo l’accensione, partendo da condensatori scarichi: massimo e media a ogni periodo.
Quanto paga ingrossare il componente
Ondulazione residua in uscita al variare del componente scelto, con il punto in cui ti trovi. Dove la curva si appiattisce, aumentare non serve più.
I componenti
Cosa guardare quando si sceglie l’induttanza
- L’induttanza dichiarata vale alla corrente nominale. Su un nucleo di ferro, sotto quella corrente il valore è più alto e sopra crolla: un’induttanza usata al doppio della sua corrente non fa più il suo mestiere, e la conduzione si spezza proprio quando servirebbe continua.
- La resistenza continua non è un dettaglio: dieci henry per un centinaio di ohm, con cento milliampere, sono dieci volt persi e un watt che scalda la bobina.
- L’induttanza va messa nel ramo positivo, non nel ritorno di massa: sul ritorno, la sua caduta finisce in serie a tutti i riferimenti di massa del circuito.
- Il campo disperso di un’induttanza da alimentatore è tutt’altro che trascurabile: tenerla lontana e ruotata di novanta gradi rispetto al trasformatore d’uscita, o si ritrova il ronzio proprio là dove si stava cercando di toglierlo.