Splitter per alimentatore 12V a +/- 6V

[Gerardo Emanuele Giorgio]

Visto che qualcuno inizia a postare delle schematiche di circuiti ho pensato di contribuire anche io con un progetto di una tematica che ritengo interessante:
le masse virtuali.
Molti circuiti analogici funzionano con una doppia tensione di alimentazione, +/- 12 volt, 24 volt, 35 volt ecc... con una tensione centrale di riferimento spesso indicata come 0 volt o ground. Ma spesso e volentieri ci ritroviamo la casa piena di alimentatorini con varie tensioni di uscita e nessuna di queste ha il riferimento centrale.
L'idea dunque è quella di creare un riferimento centrale o massa virtuale a partire da un ingresso X Volt in modo da ottenere in uscita +X/2 Volt / 0 Volt / -X/2 Volt
Il seguente circuito prende in ingresso 12 volt (magari dall'alimentatore del pc) e la divide in +/- 6 volt.

Sebbene in teoria sia sufficiente usare un divisore resistivo basta un po di esperienza in campo elettronico per giungere alla conclusione che non è certo la soluzione piu performante. Se i carichi tra le tensioni e la massa virtuale non sono equilibrati la tensione della massa virtuale passa da 0 volt ad un valore che puo essere calcolato tramite le leggi dell'elettrotecnica.
In poche parole il vostro audio non ha piu valor medio nullo ma avrà un bias positivo o negativo.
Lo stadio iniziale del circuito è un divisore di tensione con due condensatori che fanno da tampone. Il centro di questo divisore viene messo in ingresso ad un operazionale che per comodità ho scelto con ingresso a jfet.
L'altro ingresso (invertente) viene collegato alla massa virtuale.
L'uscita dell'opamp è collegata all'ingresso di uno stadio amplificatore in classe AB la cui uscita è la massa virtuale.
Date le leggi degli opamp ideali, il TL071 (essendo configurato come inseguitore di tensione con feedback dallo stadio di uscita) faticherà come un matto per tenere la tensione della massa virtuale pari a quella del divisore di tensione. Lo stadio finale invece fa da buffer di corrente.
I due condensatori in uscita simulano due batterie in serie e aiutano a mantenere stabili le tensioni anche quando è richiesto un picco di corrente.

Dunque passiamo alle considerazioni. Il circuito è capace di erogare (in teoria!) massimo 1 ampere. E' possibile (aggiungendo una o piu coppie di transistor) aumentare la corrente ma io non lo ritengo saggio in quanto è assurdo progettare un amplificatore di potenza con soli 12 volt (tra l'altro provenienti da uno splitter). Inoltre aggiungendo all'infinito si arriva poi al punto che la corrente erogata dal TL071 (massimo 20mA) non è piu sufficiente ad accendere i transistor di uscita.
Se serve potenza oltre i 500mA io consiglio l'utilizzo di un alimentatore dedicato.

Lista dei materiali:
C1 1000u 10V Electrolitic
C2 1000u 10V Electrolitic
C3 100u 10V Electrolitic
C4 100u 10V Electrolitic
D1 1N914
D2 1N914
Q1 BD140
Q2 BD139
R1 2.2k
R2 2.2k
R3 1 Ohm 1Watt
R4 1 Ohm 1Watt
R5 100
R6 220k
R7 220k
U1 TL071

Invece dello stadio di uscita potrebbe essere usato un buffer di corrente (prodotti da motorola, intersil ecc...) però il problema è che in italia ste cose o non si trovano o costano un botto (perche sono per audiofili...).
Per chi ha bisogno di meno corrente (100ma) i transistor si possono sostituire con una qualsiasi coppia complementare low power 2N3xxx, BD5xx eccetera eccetera.
Si puo anche ridurre la corrente di quiescenza dei transistor raddoppiando il valore delle resistenze.
Un operazionale migliore da al circuito prestazioni migliori. I parametri da considerare sono però le correnti di bias e di offset all'ingresso. Minori sono migliori saranno le prestazioni (fino ad un certo punto ovviamente). Io consiglio di non spendere troppo e soprattutto di non comprare operazionali "wideband da 30MHz ultralowtutto". Primo perche sono sprecati, secondo perche potrebbero oscillare. Se proprio non resistete e dovete usare un OPA627 inserite un condesatore di bypass tra uscita dell'operazionale e R5 collegato verso la massa virtuale. IMPORTANTISSIMO: l'operazionale deve essere UNITY GAIN STABLE.

Opamp             R5
    O---------||||||----O
          |
        ----
        ---- C (10pF)
          |
          |
        ---- Vgrnd

I transistor devono essere montati su un dissipatore adeguato per TO-126. I vari overclocker del forum sapranno che un dissipatore non è mai abbastanza grande ma non bisogna esagerare: se potete sovradimensionate un po.
Un upgrade considrevole sarebbe l'utilizzo del Rail Splitter prodotto da Texas Instruments al posto del divisore resistivo R7-R6. Ma in italia non si trova facilmente.
A proposito, R7 e R6 devono essere piu uguali possibile. Consiglierei resistenze all'1%. Nel caso che non sia possibile trovarle basta usare un trimmer al posto di R6 o R7 (oppure di entrambi usando tutti e 3 i pin del trimmer).
Se si usa il trimmer come resistenza variabile ne basta uno da 300-330K. Se lo si usa come divisore di potenziale ne serve uno da circa 500k (basta che il valore ohmico totale superi 440k).
Il trimmer compratelo possibilmente multigiro (è piu preciso nella regolazione).

IMPORTANTISSIMO: Il segnale ground dell'alimentazione principale non deve stare a contatto con VGROUND!

Per ora sto in fase di stesura del pcb, tra un po inizio la sperimentazione. Se qualcuno vuole contribuire al progetto (con altri splitter magari) è il benvenuto.

Dimenticavo, per la costruzione del circuito è strettamente necessario un tester capace di misurare le resistenze e le tensioni in continua. Possibilmente il beta o l'hFE dei transistor per accoppiarli meglio.
Usando un trimmer come divisore resistivo collegare la sonda rossa alla massa virtuale e quella nera al ground dell'alimentazione. Selezionare la modalità di tensione continua (ordine di grandezza 20V) e con un cacciavite regolare il trimmer finchè sul display del tester non appare 6V (o la metà della tensione di alimentazione usata).
Un ultima considerazione: la tensione in ingresso nn credo sia possibile farla scendere sotto i 5 volt, piu che altro per limitazione dell'operazionale.

[cicciociccio]

Ciao Gerardo.
Ottimo Post!
Ti volevo chiedere... partendo da un'ali da +/-12v da pc, voglio ottenere tensioni di +/-15v e +/-6v, l'ultima è facile perchè già hai postato lo schema ma se volessi ottenere anche i +/-15v?
Sarebbe molto utile perchè ho dei moduli per sintetizzatori da alimentare, che vanno da +/-12v a +/-15v a seconda dei casi.

[Kewell]

Confesso di capirci poco in queste cose ,ma mi fido ciecamente dell'opinione di cicciociccio e quindi ti faccio, a mia volta, i complimenti.