ESTABILIZADOR DE ALTA TENSION Y FILTRADO CON MOSFET

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#1 por juanf el 09/05/2012
Una parte muy importante de un amplificador de válvulas es la fuente de alimentación. Es crucial para la calidad de todo el sistema. La mayoría de estos amplificadores tienen problemas como zumbidos o ruido de fondo que en ocasiones puede llegar a ser bastante molesto. Pero para resolver esos problemas podemos añadir un poco de filtrado un tanto especial. Pongamos por ejemplo una fuente de alimentacion de las que se usan normalmente en amplis valvulares.

estabilizador-6.jpg

La entrada de la FUENTE DE ALIMENTACION se muestra en el diagrama del circuito utiliza cuatro diodos 1n4007, como rectificadores para proporcionar a todas las etapas la corriente continua (DC) necesaria. Alimentados con 360 V CA produce la alta tensión principal (HT) de aproximadamente 515V. El conjunto de condensadores electrolíticos, C3, C4, C5 y C6, están dispuestos en dos series de condensadores conectados en serie. La razón para esta conexión en serie es porque cada uno de ellos tiene una tensión nominal de 400 V y sin embargo la HT de la alimentación es de 515V. Mediante la conexión de los condensadores en serie el voltaje de trabajo se duplica hasta 800 V, pero al mismo tiempo el valor efectivo queda reducido a la mitad, es decir el conjunto de condensador formado por C3 y C4 tendría un valor de 165 UF y soportaría una tensión de 800 v después hay instalados otro par idéntico de forma paralela para conseguir 330 UF en total con un voltaje de 800V.


Como norma de seguridad se han colocado R3 y R4 de 220k por las cuales se descargan los condensadores de la tensión de trabajo cuando el amplificador se desconecta. El tiempo de descarga al ser una capacidad tan grande pude tardar unos tres minutos aproximadamente, y como norma no se debe de manipular ninguna parte del amplificador sin haber esperado como mínimo 5 minutos ya que se pude producir una descarga eléctrica en muchos casos mortal.
Pero como podemos observar en esta imagen la tension de salida por muchos condensadores que pongamos siempre tendriamos un pequeño rizado.

IMG00128-20120307-0059.jpg

Para resolver esto tenemos el siguiente circuito el cual está basado en un MOSFET de canal N para entregar un voltaje estable y prácticamente libre de hummm a las etapas de previo y de potencia de amplificadores de válvulas (y otros, por supuesto).
Con un diseño de circuito bastante simple y con un costo bastante reducido comparado con filtros en base a circuitos CLC, CRC, con choques que son bastante pesados y costosos.
Aquí esta el esquema:

estabilizador-1.jpg

El voltaje rectificado y filtrado de la etapa anterior (+HT)
Por medio de R2 de 56k y la cascada de diodos zener DZ2 DZ3 y DZ4 se establece un voltaje de referencia y se filtra por C1 y C2.
Por otro lado, R2, C1 y C2 también aseguran que la tensión de referencia y a su vez la tension de salida se eleva poco a poco a la tensión deseada, cuanto mas grande sea el condensador c1 c2 y mas grande sea la resistencia mas tiempo tarda en alcanzar la tension en la salida, solo cabe señalar que no se debe de sobrepasar la resistencia en mas de 470k, ya que el circuito podria hacerse inestable.
En el siguiente grafico de una simulación del circuito se muestra como la tensión se va elevando poco a poco evitando dañar las válvulas por los picos de tensión en el momento del encendido.

estabilizador-2.jpg

El voltaje de referencia alimenta la Puerta del MOSFET a través de R1. La tensión de T1 por lo tanto, está fijado a un voltaje de aproximadamente la tensión de referencia, menos el voltaje del umbral de GS del MOSFET ,es decir, el voltage de salida sera igual a la suma de los zener ,menos unos 2 voltios , asi por ejemplo si ponemos los zener a 400 voltios la tension de salida será unos 398 voltios estabilizados y filtrados.
D1 es necesario para asegurar que el voltaje máximo de GS del Mosfet nunca se supere, limitando la corriente de R3 a través de DZ1 en caso de cortocircuito.
El voltaje de salida en este esquema está ajustado por la combinación de DZ2 DZ3 y DZ4 a 510V.
C17 y C16, aseguran una buena acumulación de tensión de reserva para cuando la etapa de potencia la necesite, sobre todo para realzar los graves.
Aquí la simulación del circuito.
El voltaje de entrada, en el cual se ve el rizado de la tensión y los picos producidos por la carga y descarga de los condensadores de filtro.

estabilizador-3.jpg

Y en este otro, después del MOSFET, en el cual se ve que es totalmente limpia.

estabilizador-5.jpg

Espero que le sirva a alguien.
Saludos

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#2 por Poltrota el 09/05/2012
La verdad que esto me interesa barbaridades, porque el Ga 15 emite ese zumbido caracteristico debido a la mal filtrado. A parte como bien dices, desde el primer dia tengo un latigazo de tension en una valvula.

El problema viene a que no se donde poner exactamente el circuito que propones. EL Esquema del harley benton es este:

index.php?controller=forum&action=view_attachment&attachment_id=20956

Si me pudieras hechar un cable. Muy buena la solucion que porpones. ME engancho al hilo!!

AQUI TENEIS LA WEB DE MI GRUPO

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#3 por mahony el 09/05/2012
Seguro que sirve!!, Juan F= cuando mencionas: "D1 es necesario para asegurar que el voltaje máximo de GS del Mosfet nunca se supere, limitando la corriente de R3 a través de DZ1 en caso de cortocircuito" te refieres a la etapa anterior de filtrado o a R1=200 omios de esta estapa?
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#4 por tumbalobos el 09/05/2012
Buen aporte, si señor, desconocia que hubiese mosfets con esas tensiones y corrientes de trabajo . Por lo demas parece la tipica fuente de alimentacion regulada por zener, eso si poniendo en serie tantos como la tension de trabajo que se necesite.
De que potencia son los zener ?....
Saludos, te sigo .
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#5 por phakkito el 09/05/2012
de todas maneras, puntualizar que este tipo de circuito no se emplea en todos los amplificadores de valvulas, y en escasos amplificadores de guitarra.....

que somos un poco propensos ha hacer el cuento la lechera... :D

Esto deriva de un montaje en un amplificador HIFI, donde se busca una estabilidad en red electrica, fuente de alimentacion etc.

Ademas otro apunte, estos amplificadores su ganancia es muy muy baja respecto a los amplificadores de guitarra.

En HIFI.. se trabaja bajo la secuencia,previo, etapa de potencia, por separado.

saludos...


PD. he querido puntualizar juanf, de todas maneras si me equivoco, puedes corregirme.

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#6 por juanf el 09/05/2012
Hola, compañeros, paso a responder dentro de mis posibilidades, en el harley GA15, yo lo pondria entre el fusible y R-40, pero colocando otro condensador de 47uf 450v antes de la entrada, entonces quedaria fusible-c de 47uf 450v-circuito estabilizador-c39 .
Otra opcion si siguiera haciendo ruido seria rectificarle la tension de filamentos y en ultimo lugar referenciarla a positivo.
Pero tambien hay que determinar si el ruido es del filtrado de la alimentacion, que tambien pueden ser mas cosas, por ejemplo un mal cableado de tierra, algun retorno de masa que haya por ahi etc.
En lo referente a D1 es un zener normalmente entre 8 a 15voltios y su mision es proteger el mosfet para que no se supere la tension maxima entre el gate y el surce que aguante el mosfet, en caso de que esto se pruduzca esa tension quedaria limitada por el zener a traves de R1=200 ohmios.
Tumbalobos, la potencia de los zener con 1w tiene de sobra ya que no son realmente los que tienen bajar la tension, lo que hacen es fijar una tension de referencia para el mosfet, que es el que realmente baja y estabiliza la tension, por eso siempre tendremos en la salida un par de voltios menos que la tension que fijen los zener, por las perdidas del mosfet.
Bueno ya por ultimo decir que como dice predator estos circuitos solo los montan equipos high end de muchos €, pero ello no quiere decir que no los utilicemos en nuestros amplis de guitarra, por ejemplo en un soldano SLO-50 que me hice siempre tenia un poco de ruido de fondo sobre todo en el canal overdrive, por otro lado al ser un ampli high gain es normal, pero al ponerle este circuito ha mejorado muchisimo, y por lo que vale el circuito unos 8€ creo que merece la pena y mucho ponerselo a cualquier ampli de valvulas sea HI-Fi o de guitarra, y en lo que no estoy de acuerdo es en lo que dice Predator que estos amplificadores su ganancia es muy muy baja respecto a los amplificadores de guitarra, quizas lo contrario yo por norma monto este circuito en amplificadores de 50 watios en adelante ya que cuanto mas potencia mas ruido de fondo e incluso, cuando son high end ,hasta los filamentos los estabilizo de esa forma con mosfet, deberias ver unos amplis que estoy haciendo con las KT-120, de unos 100w, trabajando con una tension de 600voltios estabilizada con mosfet, los filamentos igual y todas las alimentaciones del ampli.
Asi que yo creo que es buen circuito, primero como estabilizador y luego como, para en el encendido lento y sin picos como proteccion de las valvulas, para cualquier ampli valvular.
Saludos

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#7 por phakkito el 10/05/2012
juanf escribió:
y en lo que no estoy de acuerdo es en lo que dice Predator que estos amplificadores su ganancia es muy muy baja respecto a los amplificadores de guitarra


era yo en un momento de pruebas juanf :D :D :D

veamos juan, no confundamos ganancia con potencia... son conceptos diferentes.

Un ampli HIFI, su ganancia total es mucho mas baja que un amplificador high gain como tu soldano... la relacion en db amplificados es muchísimo mas baja.
De hecho unos admiten una señal de entrada mas alta que otros, precisamente la señal que entrega el previo a esa etapa.


A mas potencia mas ruido... en cualquier amplificador.. es la relacion señal ruido... que no se puede quitar nunca... lo que puedes hacer, tal como tu haces, es tener una relacion señal ruido muy muy baja.

Puntualizo, que no pongo en duda este circuito, solo indicar que tiene un uso, pero no es la panacea.

Por ponerte un ejemplo...un JCM800 con este circuito montado (power scaling en realidad, pero esta basado en lo mismo), queda totalmente aseptico (hifi?) lo que se ganaba en ruido de fondo, se perdia en ciertos timbres, sagg, compresion, ataque..... quedaba muy lineal.

saludos

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#8 por juanf el 10/05/2012
Efectivamente no se puede confundir la ganancia con la potencia, pero claro casi todos los amplis que hago aunque sean hifi muchos de ellos se utilizan a su vez para guitarra de ahi que yo no haya puntualizado bien.

Por otro lado parece raro que en un amplificador por llevar este circuito que al fin y al cabo lo que hace es filtrar y estabilizar pueda perder ciertos timbres , yo casi lo achacaria mas a los condensadores de filtro que se utilizen, que si pueden cambiar esos timbres que comentas, dependiendo de cuantos microfaradios le pongamos, por ejemplo si los comdensadores son de pocos uf en un golpe de volumen al faltar tension, se comprime el sonido, o si son mas grandes tambien tendremos mas bajos por tener mas tension en reserva, asi como el tipo de condensador, si es mas rapido o menos etc., por otro lado tambien dependeria de donde se coloque el estabilizador, si es solo en el previo o previo y potencia, pero como todo, el tema esta en buscar un equilibrio y si en un determinado ampli esta mejor utilizarlo en un sitio u otro, o no utilizarlo directamente, todo es relativo, en el soldano que tengo fue una gran solucion y no he notado ninguna diferencia en cuanto a calidad de sonido pero si mucha en el ruido, tambien dependera mucho de como este construido, e incluso de la tolerancia de los componentes, algunos no tienen ruido ninguno y otros siendo el mismo circuito y la misma construccion si lo tienen.
Pero bueno tampoco, por el precio de unos cuantos componentes creo que si se tiene ruido y queremos proteger las valvulas de los picos de tension en el arranque, merece la pena probarlo.

Alguien escribió:
Puntualizo, que no pongo en duda este circuito, solo indicar que tiene un uso, pero no es la panacea.


En eso estoy de acuerdo, no hay circuitos perfectos, solo intentamos mejorarlos con el minimo coste.
Saludos.

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#9 por phakkito el 10/05/2012
Exacto juanf... por eso lo de puntualizar, y con tu ultimo post corroborandolo... no es la panacea para ruidos etc... que muchas veces vienen de factores externos a la fuente.

Respecto a lo de los timbres, en guitarra y mas vintage, el factor de amortiguamiento de el transformador incide, al igual que la capacidad de los condensadores a usar... hay un ejemplo en los plexis, donde el uso de condensadores de 50uf o de 100uf tiene detractores y fanaticos :D :D

Donde si le veo una gran utilidad es en amplificadores para metal y amplificadores de bajo, de hecho los hay precisamente por todos los puntos que indicas.
profundidad de punch, bajo ruido real, linealidad en la ganancia de las etapas etc.

un saludo compañero.


PD. siento si ha alguien le parece una interferencia en el post, pero es todo lo contrario, valoro todo el trabajo realizado por juanf, y se que se lo curra y trabaja sobremanera. Solo intento dar puntos de vista al respecto.

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#10 por juanf el 10/05/2012
Hola, phakkito te queria decir que no es necesario que pusieras la PD. estamos en un foro de amigos y aqui estamos para ver , aceptar y discutir las cosas desde cualquier punto de vista, solo así es como podemos evolucionar, según mi forma de ver.
Por otro lado te invito a que hagas el circuito, lo pruebes, y nos comentes tus impresiones y si crees que de alguna forma se puede mejorar, que con tu experiencia seguro que si, claro todo esto si tienes tiempo.
Saludos

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#11 por phakkito el 10/05/2012
#10 ya juanf, no lo decia por ti precisamente, pero la condicion de mod, hace que algunos vean mas que ganas de colaborar, como si regañase yo ha alguien :D :D...
tu, los que llevan tiempo aqui, y yo, sabemos que no es asi..... pero no esta mal un aviso a navegantes....


Respecto al circuito, lo conozco, lo uso a menudo... incluso un medidor de valvulas que me he hecho, lo he implementado, en este caso, algo parecido, pero no con mosfet, si no con transistor NPN de alto voltaje y gran intensidad.... es un circuito que regula la tensión e intensidad a entregar de 500 a 250v y de 100mA a 500mA, cortocircuitable, y con un fusible electrónico de rearme.

Los sistemas de regulacion de fuente en AT se usan mucho en HIFI... como bien dices, pero se centran mucho en la etapa driver, ya que este se calcula para no sobre pasar limites. Esto seria distorsion, y claro esta, distorsionar, nada de nada.. :D

un saludo

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#12 por David el 10/05/2012
juanf, has probado el circuito a plena carga?

Viendo las simulaciones no me termina de cuadrar los resultados. Hay muy poco margen entre la tensión de entrada con rizado y la tensión de salida que obtienes. Si estás trabajando muy al límite, en cuanto tengas un pico de carga por parte del ampli, la demanda de corriente va a hacer que la tensión a la entrada del regulador descienda por debajo de esos 510V que has configurado, lo que a su vez va a hacer que el regulador deje de actuar y se te cuele ruido.

Por otra parte con el regulador lineal hay que tener cuidado dependiendo de la tensión de alimentación (la del enchufe) que se tenga. Si se diseña el circuito suponiendo una tensión de 230V, como luego en el enchufe haya 220V, la tensión después de rectificar también va a caer bastantes voltios, por lo que el regulador puede que no llegue a polarizarse, y por tanto, que no actúe.

Yo en vez de ese circuito utilizaría un diseño basado en un girador por ser lo más semejante a los chokes que existe. Con eso te aseguras un buen filtrado; no depender de la tensión de línea de la casa/local donde estés tocando (en el sentido de que el girador siempre actúa, no se puede despolarizar); minimizar las pérdidas de potencia en el mosfet, lo que también reduce el calentamiento; y evitar el sonido HIFI.

De todas maneras el circuito está de puta madre, las cosas como son; pero yo creo que para un ampli de guitarra no es lo más adecuado.
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