Effelog

Lo specchio di corrente (current mirror in inglese) è una configurazione circuitale composta da due BJT molto utilizzata negli amplificatori lineari e nei circuiti integrati analogici.
I due transistor hanno le basi connesse insieme, la differenza è che uno dei due transistor è connesso a diodo, quindi ha collettore e base cortocircuitati.
Se si applica una determinata corrente sul collettore del BJT connesso a diodo, per la proprietà di questo circuito questa corrente verrà replicata anche sul secondo BJT (come fosse uno specchio) così da poterlo usare, ad esempio, come generatore di corrente.

Ipotizziamo di voler realizzare un generatore di corrente per polarizzare uno stadio di amplificazione, per fare questo utilizzeremo uno specchio di corrente composto da due transistor PNP.
Abbiamo a disposizione una alimentazione di 12V e vogliamo ottenere una corrente di circa 5mA.
Il problema è che sulla nostra alimentazione da 12V è sovrapposto un disturbo a "dente di sega" di 1Vpp e 100Hz di frequenza, pensato per simulare il comportamento di un alimentatore non stabilizzato con un ripple molto alto.

Se simuliamo il circuito dello specchio di corrente otteniamo questo risultato:


Non molto confortante, la corrente in uscita fluttua seguendo la tensione di alimentazione di quasi 0.5mA (picco-picco).
Di sicuro una polarizzazione così instabile avrà pesanti effetti sul circuito e probabilmente anche sul segnale in uscita dall'amplificatore.

Effettuiamo una semplice modifica, dividiamo la resistenza di riferimento in due e inseriamo un condensatore da 47uF fra il nodo centrale del partitore e l'alimentazione.


Risultato: la fluttuazione sulla corrente in uscita dallo specchio di corrente si è ridotta di oltre un fattore 10, rendendola meno pericolosa per lo stadio amplificatore da polarizzare.
Questa modifica per migliorare la reiezione ai disturbi dello specchio di corrente è nota da molto tempo, ma non viene usata così spesso come ci si aspetterebbe, almeno a guardare gli schemi di molti amplificatori audio.

Il Raspberry Pi è un Single Board Computer dotato di processore con architettura ARM che ha avuto un grandissimo successo, dato il suo costo molto contenuto. La scheda è nata presso i laboratori dell'Università di Cambridge, quindi con un "pedigree" di tutto rispetto.
Guardando una delle fotografie ad alta risoluzione della scheda mi sono saltati subito all'occhio una serie di errori (abbastanza banali) di progettazione del PCB.

Riporto di seguito la foto con gli orrori errori:


1) Serpentine sulle piste differenziali
Le piste differenziali sono una coppia di piste che devono viaggiare accoppiate fra loro, ad una distanza precisa e costante per tutto il percorso sulla scheda. Questo è dovuto alla necessità di garantire una ben precisa impedenza caratteristica delle piste.
Realizzare così tante serpentine su una sola delle tracce del differenziale, se da un lato permette di recuperare una differenza di lunghezza fra le piste (si fanno proprio delle serpentine sulla pista più corta per allungarla), rischia di compromettere la geometria delle piste e di alterare l'impedenza caratteristica.

2) Componenti passivi sulle piste differenziali sfalsati
Eventuali componenti passivi devono essere posizionati nello stesso punto del differenziale e non uno prima e uno dopo perché su di esso transitano segnali ad alta frequenza.
Inoltre, un piazzamento del genere causa deleterie variazioni nella distanza tra le tracce.

3) Stub sulle piste differenziali
Anche in questo caso i componenti passivi sono malamente piazzati e creano una "T" sulla pista del differenziale, questa "T" più correttamente chiamata "stub" (termine che deriva dalla teoria delle linee di trasmissione) causa un deterioramento del segnale che transita sulle piste del PCB. Invece, sui due componenti superiori il tratto del differenziale si allarga oltremodo.

Cosa causano tutti questi errori? Semplicemente deteriorano la qualità del segnale presente sulle piste, la cosiddetta "integrità del segnale". Dato che il percorso del segnale è molto breve probabilmente l'effetto negativo non è evidente, ma gli errori sono veramente banali e sarebbe stato molto facile evitarli.

Ah! La signal (dis)integrity...

Smontare le "cose" è un hobby che ho da quando ero bambino, così tutte le volte che mi passa per le mani qualche vecchio apparecchio guasto ci ficco il naso dentro. Se la riparazione è fattibile (o conveniente) lo rimetto in sesto, altrimenti lo cannibalizzo per altri scopi, non prima di aver analizzato quello che hanno escogitato i progettisti di tale oggetto.

Ultimamente mi ritrovo con un vecchio televisore CRT "tetesco ti crande Cermania" da smontare. La particolarità di questo apparecchio era di avere un diffusore smontabile posizionato sul lato superiore. Proprio dentro questo diffusore c'era una piccola sorpresa (almeno per lo smontatore).
All'interno del diffusore di legno (!!!) ho trovato i componenti mostrati di seguito: due mid-woofer da 100 mm con relativo filtro cross-over.


La cosa mi ha stupito perché generalmente, dentro i televisori, si trova componentistica abbastanza economica, specialmente nella sezione audio. Per i diffusori si usano piccoli altoparlantini con cono in carta e sospensione in foam (una specie di schiuma poliuretanica pressata, se non sbaglio) o direttamente in carta corrugata. Tanto economici, quanto rapidi a rovinarsi.

Gli speaker utilizzati in questo apparecchio, invece sono due bei "mid" con cono sempre in carta, ma sospensione nella più pregiata gomma butilica, magnete correttamente dimensionato e schermatura ben fatta.
Anche la presenza di un filtro cross-over dovrebbe far riflettere sull'obiettivo qualitativo che i progettisti si erano prefissati.
Nei televisori comuni non sono presenti sistemi multi via, ma altoparlanti larga-banda, quindi i filtri sono inutili.
Il cross-over utilizzato usa componenti di pregio ed è pure di una certa complessità, avendo due gruppi LC in cascata (passa basso del 2° ordine) ed un gruppo RC di equalizzazione.

Ho già una mezza idea su come riciclarli. Potrei realizzare un paio di "Near field monitor" per sentire la musica al PC. Ho giusto un paio di tweeter Ciare recuperati dai vecchi coassiali della (mai troppo rimpianta) Y10.

Vedremo cosa riuscirò a combinare. Una cosa però è certa, questo livello di qualità difficilmente riusciremo a ritrovarlo nell'attuale elettronica di consumo.