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Progettazione Di Un Alimentatore Duale Lineare


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Ciao a tutti ragazzi.

Mi sto cimentando nella costruzione di un alimentatore da banco LINEARE con dei componenti di recupero che ho nel mio laboratorietto.

In particolare vorrei ottenere la massima corrente possibile in uscita ed anche una tensione di uscita abbastanza elevata, utilizzando degli integrati LM317 e LM337. Non mi interessa che l alimentatore scaldi visto che lo utilizzerei per provare i circuiti che realizzo per tempi limitati, e dunque la dissipazione di potenza non deve essere vista come un problema, ameno che ovviamente non si parli di centinaia di watt buttati via da transistor.

Come avete capito vorrei un alimentatore con alimentazione duale.

Ho a disposizione un generoso trasformatore con secondario a presa centrale 55-0-55 e primario 0-220-380. Il trasformatore è il classico a lamierini da 350VA. Alimentando il trasformatore con la classica 220V momofase ovviamente l uscita a vuoto rispecchia i dati di targa. Alimentando il primario a 220V applicandoli tra la presa 0-380 si ottiene sul secondario 35-0-35.

A questo punto ho pensato che sarebbe utile sfruttare i 35-0-35 per applicare direttamente la tensione raddrizzata dal classico ponte di greatz agli integrati 317 e 337 in modo da fare un alimentatore di circa 5-40V potenziando la corrente di uscita con dei bjt.

L uscita 55-0-55 la vorrei usare invece per fare la seconda parte dell alimentatore, ovvero un range di tensione del tipo 40-75V. L alimentazione piu elevata dovrà dunque essere applicata ad un circuito cne potrei attivare per rendere flottanti gli lm317 e lm337 in modo che essi vedano una differenza tra ingresso e uscita costante di qualche volt, al fine di non distruggerli.

Il primo dubbio che pongo è il seguente. Ma il 317 e il 337 devono vedere una Vo-Vi max di 40V o comunque anche la Vi rispetto a massa può assumere valori entro certi limiti? Perchè se valesse solo la prima affermazione allora potrei semplicemente spezzare l alimentatore tra i due range di tensioni che ho scritto prima e avrei comunque la differenza ingresso uscita minore di quella massima dichiarata nel foglio tecnico. Certo che io problema arriverebbe nel momento in cui in uscita si dovesse presentare un corto e stessi utilizzando l uscita a tensiome piu elevata. A quel punto ovverei un Vo-Vi tremendamente elevata e addio integrati. Forse per questo motico credo che sarebbe comunque meglio rendere gli integrati flottanti quando impiego la tensione più elevata.

Il secondo quesito riguarda la corrente massima che posso fare erogare al mio trasformatore, dalla quale dipende tutta la parte di calcolo della potenza termica, quanti transistor boost di corrente mettere, ecc... mi rendo conto che nel caso di 35-0-35, sapendo che essi diventano circa 45-0-45 raddrizzati potrei prelevare una corrente massima di circa 4A per ramo. Ma il dubbio sorge ora. E se io volessi una uscita di 12V usando l ingresso dichiarato, quanti ampere al massimo potrei avere? Immagimo dipendano dalla sezione del filo del mio trasformatore, no? Ma come farei a calcolarli?

E poi mi dico: alimentando a 220V il ramo primario 0-380 mi viene da dire che la sezione di questo avvolgimento sia dimensionata per fare passare al massimo 0.92A. dunque, se applicassi i 220V, mi troverei a fare passare 1.6A. Non rischio di fare scaldare il trasformatore?

Ammetto di essere un po confuso sulla corrente massima che posso fornire al carico.

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Mi spiace deluderti, ma l'elemento principale che hai a disposizione, cioè il trasformatore, non e' adatto a lavorare con i regolatori a tre piedini.

Dovresti riprogettare tutto l'alimentatore a transistor ed integrati comparatori classici

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Come hai gia' notato, i regolatori a 3 piedini hanno una tensione massima in ingresso di 37 Volt (42 per il solo 7824)

Inoltre, abbassando l'alimentazione del 317 a 35 Volt non avresti mai 40 Volt in uscita.

Ultima considerazione:

Per avere alte correnti a tensioni sotto ai 20 Volt si usa collegare in parallelo due avvolgimenti a 20 Volt, mentre per ottenere tensioni alte si collegano in serie, il tutto gestito automaticamente da un rele' controllato da un comparatore.

Lo scopo e' di evitare di dissipare in calore 200 o piu Watt sui poveri finali.

Per usare tutta la potenza del trasformatore in tuo possesso dovresti usare la tecnica Switch Mode, con uno schema disegnato appositamente.

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Come hai gia' notato, i regolatori a 3 piedini hanno una tensione massima in ingresso di 37 Volt (42 per il solo 7824)

In realtà il datasheet dice "Input-Output differential voltage max = 40V". Non parla di "Max input voltage".

Ovviamente il problema è nel caso in cui, ad esempio, volessi in uscita 5V e applicassi in ingresso 50V. In quel caso sarei fuori dalle specifiche riportate nel datasheet.

Inoltre, abbassando l'alimentazione del 317 a 35 Volt non avresti mai 40 Volt in uscita.

Hai ragione. Ripensando a quello che dovrei fare, provo a modificare le mie intenzioni.

Le cose stanno in questo modo: sul secondario del trasformatore posso avere 35-0-35 alternati o 55-0-55 rispettivamente nel caso in cui applico la 220V sul primario al morsetto 0-380V o al morsetto 0-220V. Di conseguenza i 35-0-35 alternati diventerebbero 48-0-48 continui mentre i 55-0-55 diventerebbero 76-0-76 continui (con l'applicazione del classico ponte di greatz e capacità di livellamento).

A questo punto potrei spezzare in due range di tensione l'uscita del mio alimentatore, in modo da limitare la potenza dissipata dalla circuiteria interna:

  • il primo range lo farei ottenendo in uscita dal mio alimentatore al massimo 35-0-35. Questo range lo farei utilizzando i morsetti sul primario 0-380V in modo che sul secondario avrei i 35-0-35 che raddrizzati diventano 48-0-48.
  • il secondo range lo farei ottenendo in uscita dal mio alimentatore una tensione compresa tra 35-0-35 e 70-0-70 (o poco di meno). Questo range lo farei utilizzando i morsetti sul primario 0-220V in modo che sul secondario avrei i 55-0-55 che raddrizzati diventano 76-0-76.

Direi che risulta necessario in entrambi i casi impiegare un circuito che limiti la differenza di tensione tra ingresso e uscita dei due integrati. Per questo motivo credo che si possa rendere flottanti i due integrati impostando ai loro capi una tensione differenziale costante di qualche volt. Per fare ciò ho pensato che potrei utilizzare il metodo descritto nella application note della TI che riporto.

http://www.ti.com/lit/an/snva583/snva583.pdf

A parte il discorso del come costruire l'alimentatore, vorrei capire come fare a sapere la corrente massima che posso tirare fuori da quell'alimentatore in base alla tensione di uscita. Ipotizzando di poter avere componenti adeguatamente raffreddati, ecc ecc... La corrente massima sarebbe limitata da cosa? Se il mio circuito non dissipa alcuna potenza aspetto di trovarmi in uscita i 350 VA del trasformatore. Di coseguenza, per semplificare, se usassi solamente il ramo di tensione positivo, se avessi in uscita 35V potrei richiedere 10A. Ma se avessi in uscita 10V non credo di poter arrivare a 35A :D

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A parte il discorso del come costruire l'alimentatore, vorrei capire come fare a sapere la corrente massima che posso tirare fuori da quell'alimentatore in base alla tensione di uscita. Ipotizzando di poter avere componenti adeguatamente raffreddati, ecc ecc... La corrente massima sarebbe limitata da cosa? Se il mio circuito non dissipa alcuna potenza aspetto di trovarmi in uscita i 350 VA del trasformatore. Di coseguenza, per semplificare, se usassi solamente il ramo di tensione positivo, se avessi in uscita 35V potrei richiedere 10A. Ma se avessi in uscita 10V non credo di poter arrivare a 35A

Primo considerazione, quando alimenti il trafo sol 230 sui morsetti 230 puoi sfruttarlo effettivamente per i suoi 350VA, se lo alimenti sui morsetti 380V con una tensione di 230V , non è detto , in quanto se il primario del 380 è stato realizzato con una sezione di filo differente che quello del 230, potrebbe esser stato dimensionato per circa 0,92A , quindi hai circa 200 VA a disposizione. Considera anche che lavorando "sotto alimentato", la tensione al secondario ha una variazione maggiore passando da "vuoto " a "carico" che non quando il trasfo è alimentato correttamente.

Passando alle correnti, prima di tutto il secondario è 55 - 0 - 55 e ho ragione di credere che sia dimensionato per 3.2 A circa (350 / 110)...e nulla cambia alimentandolo sul lato 380, di sicuro non in meglio...

Poi raddrizzando i 55 - 0 hai circa 75V duali, quindi direi che non puoi prelevare più di 2.5A circa , essendo l'alimentatore lineare , questo dato rimane il limite ad ogni tensione di uscita , quello su cui stare attenti è che se prelevi , ammettiamo , 5V in uscita , ammettendo che la tensione dopo il ponte sotto carico scenda da 75 a 65 V (è solo per far 2 conti) , con 2,5A avrai da dissipare ben 150W in calore...

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se usassi solamente il ramo di tensione positivo, se avessi in uscita 35V potrei richiedere 10A. Ma se avessi in uscita 10V non credo di poter arrivare a 35A

Il massimo trasferimento di potenza in continua si ha solo con la tecnologia switching (per esempio: ingresso 40 Volt 5 Amp. possono diventare circa 10 Volt 20 Amp. meno le perdite di rendimento)

E' il sistema ideale ed economico per avere valori molto variabili in uscita, con condensatori piu piccoli rispetto al sistema lineare e semiconduttori a commutazione,bassa potenza dissipata in calore e alto rendimento.

Per contro richiede diodi veloci, trasformatori ed induttanze appositi ed una progettazione accurata.

Per fare un alimentatore molto versatile in tecnica lineare sarebbe meglio disporre di piu secondari da collegare in serie/parallelo per ottimizzare la potenza disponibile alla tensione desiderata (alte tensioni bassa corrente e viceversa) senza dissipare una enormita' in calore.

E' molto piu pratico avere piu alimentatori dedicati ad una particolare necessita' e con un range di tensione e corrente piu limitato.

Modificato: da patatino666
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Certo, effettivamente sono un po' un pirla a non aver pensato a quanto ha detto tesla.

Alla fine io ho comunque i famosi 2.5A sul secondario indipendentemente dalla tensione che voglio in uscita al mio alimentatore. Solo che se chiedo 5V tutta la potenza deve essere dissipata dai circuiti interni.

Dunque se io utilizzassi i due avvolgimenti per lavorare in un caso a tensioni più basse e nell'altro a tensioni più alte potrei forse risparmiare qualcosa in termini di potenza dissipata. Se ad esempio chiedessi 5V di uscita utilizzando il primario 0-380V avrei sul secondario 35V che raddrizzati diventano 48V che, sotto carico, mettiamo scendano a 45V. Se, come dice tesla, la potenza massima è di 200VA nel caso di alimentazione sul primario 0-380V avrei al massimo 2.2A circa prelevabili sul secondario. In questo caso, però, la dissipazione di potenza per i circuiti interni sarebbe di 110W, un po' di meno che non utilizzando il secondario a 55V.

Per patatino666.

So che la tecnologia migliore, per quel che riguarda il rendimento, è sicuramente l'impiego di DC-DC converter switching. Il fatto è che vorrei un lineare per garantire un'ottima linearità della tensione di uscita che alimenta i miei dispositivi, evitando armoniche e ripple vari :)

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Il fatto è che vorrei un lineare per garantire un'ottima linearità della tensione di uscita che alimenta i miei dispositivi, evitando armoniche e ripple vari

E' corretto, ma con la tecnica Switching e' piu semplice avere basso ripple in uscita, a patto di usare componenti adatti e soprattutto la frequenza corretta, piu alta possibile.

Solo mi sfugge il concetto di "linearita' della tensione in uscita" su un alimentatore DC !

Se intendi la regolazione della tensione si puo' usare un potenziometro da pannello multigiri o una doppia regolazione "coarse" e "fine", come si vede su certi prodotti professionali e non.

Modificato: da patatino666
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Per "linearità della tensione di uscita" intendo dire una tensione pulita, senza impulsi, con basso ripple. Non vorrei effettuare misure errate o avere dispositivi malfunzionanti a causa dell'alimentazione non ottimale.

A questo punto le alternative sono:

-SOLUZIONE LINEARE: cambiare trasformatore, impiegandone uno con tensione raddrizzata dopo il secondario < 40V (ponte di greatz + condensatore di filtraggio) in modo da non usare accrocchi vari e poter utilizzare direttamente la coppia LM317+LM337 con boost di corrente.

- SOLUZIONE SWITCHING: impiegare un circuito tipo step-down utilizzando il trasformatore che ho a disposizione, alimentandolo in modo corretto sul primario in modo da avere 55-0-55 sul secondario.

Modificato: da MusicIsLife
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Il mio scopo originale, in realtà, era quello di impiegare componenti che ho già in casa e limitare l'acquisto di componenti extra :P

Di LM317-337 ne ho a paccate :D Dovrei forse avere anche un LM723.

Provo a ravanare nella mia scatola di trasformatori per vedere se c'è qualcosa di interessante :)

Ma oggettivamente è meglio procedere con la realizzazione di un alimentatore lineare o va bene anche uno switching per i miei scopi?

A me interessano i seguenti punti:

  • alimentazione duale;
  • corrente >=2A per ramo;
  • tensione di uscita ben livellata ed esente nei limiti del possibile da spikes di varia natura.

Volendo ho a disposizione anche parecchi LM2576.

Ho addirittura pensato che potrei impiegare il trasformatore che vi citavo in partenza realizzando un alimentatore esclusivamente per tensioni elevate (tipo 35-70V duali) e realizzarne un secondo per tensioni più basse (<=35V) con un altro trasformatore attraverso LM317+LM337. In questo modo limiterei la dissipazione di potenza su entrambi i circuiti.

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Si potrebbe sapere che tipo di circuiti hai da alimentare?

Se sono amplificatori audio in genere è sufficiente alimentarli, quantomeno la sezione di potenza, con alimentatori non stabilizzati.

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Sicuramente amplificatori audio, ma anche circuiti con sensori, ecc...

Diciamo che mi piacerebbe costruire un alimentatore un po' tuttofare ed è per quello che puntavo ad avere anche un ampio range di tensione di uscita.

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Alimentatore lineare e "ampio range di tensione di uscita" sono due cose fondamentalmente antitetiche a meno di complicare i circuiti e commutare diverse prese del secondario di un trasformatore che le abbia oppure usare un preregolatore a monte del lineare.

L'altra via è, come già accennato da te, realizzare più di un alimentatore, ciascuno dedicato ad una gamma limitata di tensioni.

Modificato: da fede1942
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Ci sto pensando anch'io ad un alimentatore del genere.

- Duale che parta da zero e arrivi a 30V per ramo con 4-5A e corrente regolabile da 10mA a 5A.

- Deve avere il traking

- Deve avere il funzionamento serie

- Deve avere il funzionamento parallelo

- Il limitatore di corrente, nel funzionamento duale, deve intervenire sempre su entrambi i rami

Gli LM317-337 sono dichiarati 1,5A ma è la disspiazione che va tenuta sotto controllo.

Per correnti oltre il loro limite è necessario il current buffer che nel caso di 317 è basato su bjt pnp (*) di potenza....e non mi piace perchè non sono così comuni.

L'alternativa è usare i 337 con bjt npn e fare la regolazione negativa.

Se il trasformatore non è a presa centrale ma a secondari indipendenti si può ugualmente realizzare un duale con due 337

Ma come si realizza il traking? Non con un doppio potenziometro...please!

Ci vogliono due driver con op.amp.

Come si realizza il current limiter? Con la solita resistenza? E' una porcata! Quindi per un alimentatore serio i 317-337 non sono i più adatti. Meglio nonno uA723.

Come si mantiene la dissipazione entro limiti decenti e quindi poter prelevare almeno l'80% della corrente massima anche a valori di tensione d'uscita bassi?

O si accende un mutuo per un trafo con doppio secondario multi presa...oppure...un pre regolatore a commutazione che lavora almeno a 40KHz e ben schermato.

Con il pre reg. si può limitare il delta V al minimo indispensabile e, se si lavora bene su layout e schermature, la tensione in uscita è pulitissima.

Anche perchè....switching a parte...credete che quello che forniscono gli lm sia pulito? Non è così! Perchè se c'è un minimo di auto oscillazione, questa si trasferirà in uscita.

Poi sta storia degli switching sporchi...vale se si opera in ambito di RF....allora sì che rompono, ma in BF, a meno che non sia proprio un cadavere, non ci sono grandi problemi.

(*) si può raggirare la cosa usando un pnp di piccola potenza e poi pilotare un NPN di potenza.

Modificato: da dott.cicala
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O si accende un mutuo per un trafo con doppio secondario multi presa...oppure...un pre regolatore a commutazione che lavora almeno a 40KHz e ben schermato.

Secondario multi presa con selettore di gamma a triac.

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Secondario multi presa con selettore di gamma a triac.

Sicuramente avere un trasformatore con varie prese sul secondario sarebbe l'ideale. Purtroppo ormai farselo avvolgere costa esageratamente.

Un bell' alimentatore doppio con i suoi due trasformatori multipresa sarebbe il massimo.

Volendo, costerebbe meno un piccolo variac motorizzato da 2-300VA a trovarlo di recupero da qualche vecchia apparecchiatura industriale.

Costerebbe comunque meno anche comprandolo nuovo, non motorizzato e poi applicare un motorino o un passo passo da vecchia stampante comandato da un circuitino in base alla tensione di uscita richiesta.

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Si trovano dei 2-300VA a circa 60Euros e anche meno....però poi gli ingombri e i pesi salgono....cioè..per un 0-30V 0-5A duale si va sui 10-15Kg e anche più.

Ho qui sottomano l'alimentatore che ho chiamato...infinito...oppure the never ending power supply. Non l'ho mai ultimato. Mi manca la parte BT.

Il bello che ho tutti i componenti....già pronti da una vita.

E' così composto....occhio che potrei sparare le foto eh.... :superlol:

1) Sezione AT1: da 0 a 500V - 0-500mA

2) Sezione AT2: da 0 a 300V - 0-50mA

3) sezione BT da 0 a 30V - 0-5A duale con traking di tensione e corrente

possibilità modo serie 0-60V - 0- 5A

possibilità modo parallelo 0-30V 0-10A

Ogni sezione è indipendente. Il tutto visualizzato su lcd 4x20

non riesco a finirlo perchè ho gli interrupts....mi viene un'idea e passo ad alte cose....avrei bisogno di una badante russa...ma mia moglie non gradisce.

Preferirebbe buttare tutto.

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Mirko Ceronti
Allora ragazzi, l'esigenza di un alimentatore lineare che scaldi il meno possibile, m'ha sempre attizzato.
Bisognerebbe realizzare un circuito che legga la tensione raddrizzata e filtrata sull'ingresso dei regolatori a dissipazione (LM 317,337, 2N3055 o chi per loro) e che la mantenga superiore solo di quei 3 o 4 volt al massimo e non di più, per evitare cadute dissipative ciclopiche, che se ne vanno tutte in calore.
Quindi un regolatore intelligente che vari la tensione a monte dei regolatori, in funzione di quella a valle.
E magari che il regolatore a monte agisca sul primario del trasformatore.
Solo che usare un sistema a parzializzazione d'onda a 50 Hz tipo quello straconosciuto a Triac, comporterebbe sul secondario, una perdita di una grossa fetta di semisinusoide positiva a valle del ponte graetz, da tappare con enormi condensatori elettrolitici, con relative annesse feroci correnti di ricarica dei medesimi, visto il molto poco tempo che hanno a disposizione per tornare a riempirsi, quando la sinusoide viene parzializzata di parecchio.
Visto che già sul banco ho bell'è che pronto e collegato il circuito di questa discussione

Mi sono detto :
- perchè non eseguire una piccola modifica al volo, e pilotare un trasfo sul lato AC invece che un motore sul lato DC ?
Detto, fatto, preso un trasfo 220-:-24 da 100 Va, collegatolo come da schema sottoesposto, e pilotatolo a sinusoide switchingata (passatemi il termine) sui 9 Khz.
Poi visto che sovente mi capita di riparare qualche saldatrice ad inverter, tengo sempre nel cassetto dei diodi fast e tost :lol:(tosti in corrente) realizzo quindi un ponte graetz, e collego a valle 12.000 microfarad di condensatori da 105° tutti in parallelo, e quindi un bel carichetto come da schema.
Son 2 orette che ci gioco, e....non scossa nemmeno.
Certo, questo è solo un sasso lanciato, andrebbe quindi elaborato, ma direi che la mossa non è malvagia, il ripple un poco c'è, ma non siamo certo ai livelli di un'onda parzializzata.
Si potrebbe obiettare di mettere prima un alimentatore switching a monte di quello lineare, e di comandarlo come sopra dicevo, certo, ma è più complesso da realizzare.
Tutto qua
">http://Alim%20music%20life.jpg
Saluti
Mirko
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Però, siamo sempre lì. Il trasformatore ronza.

Si va a comandarlo con un segnale "sporco". A questo punto non è meglio passare addirittura al pwm?

Già alla frequenza di rete, in base alla capacità di filtro,e alla corrente assorbita, il tempo in cui conducono i diodi è tale da produrre "rumore" e quindi nemmeno un lineare è pulito. Perchè alla fine non solo conducono quando sono polarizzati direttamente, ma anche quando la Vak è maggiore a quella di conduzione.

Poi dipende dal livello del segnale di questo "disturbo" se si parla di uV o di mV c'è una bella differenza. Anche i regolatori lineari...disturbano.

Alla fine, la storia della tensione pulita, se lo switching è fatto bene e schermato benissimo, non si pone. Rimane invece la difficoltà di realizzazione.

C'è un'altra soluzione, oltre al variac e che comunque, riducendo la tensione in ingresso al trasformatore, si riduce anche la potenza erogata.

La soluzione è una batteria di trasformatori collegando i secondari in controfase. Se ad esempio ne ho uno da 55V e un'altro da 30V e collego i primari in fase e i secondari in controfase, ottengo 55-30=25, se invece li collego in fase avrò 75v....però a questo punto è meglio il variac e dimensionare i VA del trasformatore in modo tale che si possa prelevare la massima corrente alla minima tensione.

P.s. a me gli switching non piacciono molto, non per quello che buttano in uscita, che di solito è una tensione pulitissima con un bel po' di amper e molto stabile, soprattutto da funzionamento a vuoto a pieno carico, i lineari non reggono il confronto.

Quello che mi da fastidio è il casino che iniettano in rete, che poi ti rientra attraverso la rete in tutte le altre apparecchiature. I filtri non sono mai sufficienti, perchè, non per colpa loro, ma a causa della terra, che nelle abitazioni civili spesso è fatta con un filino da 2,5mmq con prese "in serie" alla faccia delle norme....

Modificato: da dott.cicala
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Livio Orsini
A questo punto non è meglio passare addirittura al pwm?

Dal punto di vista del rendimento e della praticità è sicuramente meglio.

A nche un PWM "ronza" solo che, se la frequenza è sufficientemente elevata risulta non avvertibile.

A parità di potenza il trasformatore è decisamente più piccolo e leggero, per contro è più delicato da costruire.

Oggigiorno i dispositivi di commutazione di potenza permettono di alvorare direttamente dalla tensione di rete senza grandi problemi.

Filtro di rete, ponte raddrizzatore, batteria di condensatori, mosfet chopper che pilota un trasfo da 300 W o più, in topologia di tipo forward e puoi avere un regolatore con ampia gamma di tensione di uscita e rendimento >80%. Come ricaduta tecnologiaca non trascurabile funzioneraà per tensioni di ingresso comprese tra 160 V e 260V senza problemi.

Se poi lo sfrutti come preregoaltore seguito da un regoaltore lineare a minima cdt avrai un bel dispsoitivo ad altro rendimento e con ripple e reiezione ai disturbi notevole, con un rendimento ancora soddisfaciente.

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Però, siamo sempre lì. Il trasformatore ronza

Dai , per quel che si sente ...comunque meglio uno zzzzzzz ai 50 (100) Hz che un fischio da oltre 10 kHz (che Ti fa impazzire anche il .....gato) . Sarebbe meglio una ''stufa'' ? I lineari sono più o meno come gli ampli classe A , Ti rendono il massimo a massima potenza , ma Ti fanno lo stesso da stufa a basse tensioni d'uscita (per la stessa corrente ).

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