Reti di Zobel e Compensazione della impedenza (cc)

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Reti di Zobel e Compensazione della impedenza (cc)

#1 Messaggio da MarioBon »

La rete di Zobel è composta da un condensatore ed una resistenza connessi in serie.
Immagine
A destra si vede l'andamento asintotico dell'impedenza che parte da infinito e quindi scende fino a raggiungere il valore di R.
Viene impiegata, collegata in parallelo al carico, come rete di compensazione. Il suo scopo è quindi mantenere la stabilità dell'amplificatore. Dato che il carico che sarà applicato all'ampli non è noto, la rete di Zobel viene sovradimensionata.
In realtà la rete di Zobel dovrebbe essere calcolata rispetto al particolare carico collegato all'amplificatore, compresi i cavi, e non è detto che sia sempre necessaria.
In ogni caso la rete di zobel riduce il quadagno ad anello aperto alle frequenze alte. Negli amplificatori retroazionati tensione-tensione (ampli per HiFi) la riduzione del guadagno ad anello aperto provoca:

- riduzione della banda passante
- aumento della distorsione
- aumento della impedenza di uscita (riduzione del fattore di smorzamento)
- riduzione della impedenza di ingresso

Osservndo l'uscita di un amplificatore si possono trovare cose si questo tipo:
Immagine
La figura qui sopta mostra un amplificatore non invertente, retroazionato con una rete di compensazione in uscita composta da due reti di Zobel (rossa e blu) e una cella RL parallelo (verde).

Tutto ciò contribuisce a diminuire il guadagno ad anello aperto. In ogni modo queste reti alterano (in peggio) il fattore di smorzamento alle alte frequenze.
Alcuni tipi di amplificatori in classe D sono particolarmente sensibili all'impedenza del carico. In questo caso, più che una rete di Zobel potrebbe essere necessario compensare l'impedenza del carico.
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Re: Reti di Zobel e Compensazione della impedenza (cc)

#2 Messaggio da MarioBon »

Negli altoparlanti dinamici l'impedenza della bobina mobile contiene una componente induttiva importante che varia con la frequenza. Può essere approssimata con una rete di Foster. Più sezioni R//L sono presenti tanto più il modello è preciso. Va detto che sarebbe necessario introdurre in serie anche dei gruppi RLC parallelo per dar conto dei piccoli picchi causati dai break-up.
Nella figura che segue si vede il grafico che contiene: l'impedenza dell'altoparlante (modulo e fase) sovrapposta all'impedenza del modello elettrico dell'altoparlante. In rosso l'errore amplificato. La sintesi della rete di compensazione viene fata da Quebek in modo automatico (con certi criteri).
Immagine
Nella parte bassa è rappresentato il circuito sintetizzato. Per la simulazione del filtro cross-over questo modello è più che sufficiente. Si noti che la parte reale dell'impedenza dell'altoparlante non vale semplivente RE ma aumenta con la frequenza quindi, applicando la compensazione, l'amplificatore sarà chiamato ad erogare più corrente (se ne dovrebbe tenere conto anche nel calcolo del rendimento).
Il grafico che segue mostra l'impedenza del woofer senza compensazione dell'impedenza e con la compensazione (completa) dell'impedenza della bobina mobile.
Immagine
E' evidente che calcolare il cross-over sulla impedenza compensata (costante) è più facile ma questo richiede ben quattro componenti in più. Anche qui, per risparmiare due componenti, si usa solo un resistore ed un condensato e si "esagera" un po' (aumentando il valore del condensatore).
Più componenti ci sono nel cross-over, più questi devono essere precisi (tolleranze ridotte) per non introdurre differenze sensibili tra i canali destro e sinistro.
Nei filtri passa basso del secondo ordine capita di vedere un resistore di valore attorno a 1 ohm in serie al condensatore. Questo resistore non serve a compensare l'impedenza ma piuttosto a smorzare la risonanza che il filtro genera con l'induttanza della bobina mobile.
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Re: Reti di Zobel e Compensazione della impedenza (cc)

#3 Messaggio da MarioBon »

Qui di seguito un esempio di compensazione dell'impedenza di un diffusore a due vie. Si tratta di una sovracompensazione che richiede 5 componenti e che aisce da circa 200 Hz in su.
Immagine
Verde: impedenza non compensata
Grigio: impedenza della rete di compensazione
Blu: impedenza compensata
C'è da dire che il risultato "sonoro" non è stato all'altezza delle previsioni. Probabilmente l'impedenza nell'intorno della risonanza (sotto i 200Hz) che non è stata compensata è quella che continua a dare fastidio.
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Re: Reti di Zobel e Compensazione della impedenza (cc)

#4 Messaggio da MarioBon »

Vediamo come calcolare l' impedenza di compensazione: dette
Z l'impedenza da compensare
Zc l'impedenza di compensazioneil parallelo di Z e Zc deve dare come risultato una impedenza costante ovvero una resistenza R. Ne segue che:

Immagine

Al denominatore di Zc si legge (Z-R) e questa quantità, essendo Z complessa si azzera quando si annullano comptemporaneamente la sua parte reale e la sua parte immaginaria. Affinchè sia garantita la realizzabilità fisica, la parte reale di Z dovrà essere maggiore di R. Questa è l'unica condizione da rispettare: R deve essere maggiore della parte reale di Z.
Per il resto, qualsiasi sia il risultato, sarà possibile sintetizzare la rete di compensazione con impedenza Zc. Fortunatamente i calcoli necessari li fa il computer.
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Re: Reti di Zobel e Compensazione della impedenza (cc)

#5 Messaggio da MarioBon »

Teo Marini, in un OT su un altro 3D ha posto questa domanda:
Teo Marini ha scritto:A proposito della Rete Zobel...
Se la volessi adottare nel mio sistema multi-amplificato, per i woofers, da quanti watt dovrebbero essere sia la R che la C, considerando che i finali sono i Behringer EP4000? :)
Se gli altoparlanti sono direttamente collegati ai finali (senza filtri passivi) una rete di Zobel rischia di servire a poco se non di far danni. Io non la metterei.

Woofer: la rete di Zobel non corregge il "difetto" più importante ovvero il picco di risonanza
per quanto rguarda le frequenze più alte vedi oltre
Medio: il medio sarà tagliato oltre la sua frequenza di risonanza quindi il picco di impedenza è come se non ci fosse. Alle frequenze alte l'impedenza è induttiva "la più amata dai transistor". In tali condizioni la corrente richiesta diminuisce al crescere della frequenza e la fase è comunque "benigna" (sicuramente meno di 45° massimo, più preobabilmente meno di 30°). Aggiungendo una rete di Zobel l'ampli è costretto ad erogare più corrente al crescre della frequenza.
Tweeter dinamico: come il medio.
I neo10 hanno impedenza resistiva e anche se li colleghi in quasi serie l'impedeza rimane compresa tra 6 e 14 Ohm (viste le tolleranze) con fase "benigna" (poca roba).

Supponiamo di usare una rete di Zobel (RC serie). La resistenza dovrebbe dissipare almeno un quarto della massima potenza continua erogata dall'ampli. Se si trova in condizioni di difficile dissipazione anche di più. Tocca usare le resistenze corazzate (che sono a filo). Il condensatore potrebbe essere anche un 400 Volt lavoro ma di ottima qualità.

Per concludere:
non c'è una vera necessità e c'è il rischio (reale) di fare peggio. Tra l'altro costerebbe anche cara.
Vedi tu. Chirurgo avvissato...

Le reti di Zobel si usano quando ci sono filtri passivi per convincere gli altoparlanti a "seguire" una data risposta, In quel caso si usa, in genere, una sovracompensazione dell'impedenza (con una resistenza più piccola della RE dell'altoparlante). Dato poi che meno componenti ci sono nei filtri e meglio è, si cerca proprio di non metterle.

Quando si deve poter attenuare un medio o un tweeter e per fare questa operazione si sceglio un LPad, allora, per evitare che la risposta in frequenza dipenda dalla particolare posizione del potenziometro, è opportuno compensare l'impedenza dell'altoparlante. Del resto, se si usa un LPad, significa che sono già stati fatti dei compromessi.
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Re: Reti di Zobel e Compensazione della impedenza (cc)

#6 Messaggio da MarioBon »

Dopo questo lungo discorso dovrebbe essere chiaro perchè si debbano preferire, per sistemi di altoparlanti non dotati di tweeter elettrostatici, i cavi a bassa capacità (e quindi con induttanza elevata).
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