Effelog

Molti sostengono che le lampade a LED rappresentino il futuro dell'illuminazione. Già oggi si cominciano a vedere alcune applicazioni di questa tecnologia, ad esempio nei semafori, nei lampeggiatori di emergenza, nelle torce portatili o nelle luci spot domestiche.
Con i LED ed un po' di elettronica si possono fare tantissime cose, lampade multicolori (cercate su google "led mood lamp"), giochi di luce, finto fuoco, luci stroboscopiche, quindi è arrivato il momento di sperimentare!


Guarda caso ho una manciata di LED bianchi e rossi ed alcuni controllori PIC...

Una delle ragioni per cui Linux, fino ad ora non sia riuscito ad espandersi nel mercato dell'informatica è da ricercare, secondo me, nella ridotta disponibilità di software tecnico professionale. Esempi eclatanti sono i software di CAD e CAE che in genere risultano essere disponibili solo per la piattaforma di Redmond.

Se i software di CAD convenzionale, per la piattaforma del pinguino, sono pochi, ancora meno sono i CAD dedicati al campo elettronico. Fra i pochi disponibili sotto Ubuntu ho potuto provare KiCAD, una suite completa per il disegno elettronico sviluppata in Francia.
La suite comprende un software per il disegno degli schemi elettrici ed uno per il disegno (sbroglio) dei PCB ed alcune utility per la creazione dei simboli e la gestione dei package.
Le librerie non sono molto complete, ma i componenti di più comune utilizzo sono già presenti e comunque c'è la possibilità di crearsi manualmente il simbolo.
Lo sbroglio supporta i PCB a due strati e comprende anche serigrafie e mascheratura del solder resist.

Per provare il software mi sono messo a disegnare una versione rivista e corretta del programmatore di PIC di FiserTek.


Diciamo che KiCAD nell'uso non è rapido come OrCAD o PowerLogic, ma alla fine si riesce comunque ad ottenere dei risultati più che soddisfacenti.
Buono sbroglio a tutti.

"Come funziona un treno?" Una domanda semplice, che riguarda un mondo dove fino agli anni '80 l'industria italiana godeva di grande considerazione. Ovviamente non mi riferisco a delle sbuffanti locomotive a vapore o dei rombanti locomotori diesel, parlo invece della tecnologia più comune, quella elettrica.
Un locomotore elettrico, ad una prima analisi, sembrerebbe qualcosa di semplice, in fondo il suo funzionamento si basa su: un sistema per captare l'alimentazione (pantografo), un motore elettrico ed un sistema di regolazione della velocità. In realtà non è così semplice.

Un locomotore elettrico è una macchina progettata per trainare convogli passeggeri che possono superare le 600 tonnellate, per non parlare dei lunghissimi treni merci, ancora più pesanti. Per svolgere questo genere di compiti, un locomotore deve avere una potenza dell'ordine dei MegaWatt.
Prendiamo ad esempio un e656, la sua potenza continua è di 4.2 MW, a cui corrisponde, data la tensione della linea di 3000V nominali, una corrente dell'ordine delle migliaia di ampere.
A questo punto, è facile comprendere come, la gestione di potenze e correnti di quest'ordine di grandezza, non sia per niente facile.

I locomotori, dal dopoguerra fino agli anni '80, hanno utilizzato esclusivamente motori in corrente continua (MCC)*.
Questo genere di macchine elettriche, presentano una coppia in avviamento molto elevata, che effettivamente è molto utile per un locomotore, ma a questa coppia elevata corrispondono correnti assorbite molto alte.
A causa di queste correnti, l'avviamento di un MCC di elevata potenza non può essere eseguito alimentandolo subito alla tensione nominale altrimenti, i fenomeni elettromagnetici conseguenti sarebbero talmente elevati da danneggiarlo meccanicamente.

I locomotori con MCC sono dotati di un apposito sistema elettrico che permette di regolare la tensione applicata all'armatura del motore, in modo da regolarne la velocità e allo stesso tempo limitare la corrente assorbita, perché non diventi pericolosa.
In presenza di più motori, la tecnica più semplice per variare la tensione applicata è quella di cambiare la loro modalità di connessione. Un classico locomotore italiano è dotato di 6 assi, ognuno motorizzato con uno (o due accoppiati) MCC, quindi in fase di avviamento i motori, attraverso interruttori di potenza, contattori, vengono connessi in serie in modo da far cadere, su ognuno di essi, un sesto della tensione di alimentazione. Una volta avviato il treno si potrà poi riconfigurare i contattori per connettere i motori in parallelo.

Nonostante la possibilità di variare la connessione dei motori, la tensione di avviamento e di conseguenza la corrente, è comunque troppo elevata e allora si può ridurre tale valore interponendo fra alimentazione e motore un reostato, cioè un dispositivo con resistenza regolabile.
Il reostato posto in serie ai motori agisce da partitore di tensione, maggiore è la sua resistenza e minore sarà la tensione applicata all'armatura dei motori e viceversa. Il reostato è composto da una serie di pacchi di resistenze di valore fisso, con posti in parallelo altri contattori. Il valore di resistenza massima si ha quando tutti i contattori sono aperti, via via che vengono chiusi la resistenza totale del reostato diminuisce. Quando tutti i contattori sono chiusi si ha la completa esclusione del reostato e quindi i motori risultano collegati direttamente alla tensione di alimentazione.


Ricapitolando, in fase di avviamento il locomotore avrà i motori connessi in serie e il reostato completamente inserito, in questo modo, attivando la locomotiva, la corrente di spunto sarà elevata, ma comunque entro i limiti di funzionamento della macchina. In fase di avviamento le correnti sono dell'ordine delle centinaia di ampere e la potenza dissipata sul reostato può raggiungere i 500 kW.
Accelerando, la corrente sui motori inizierà a diminuire e si potrà iniziare ad escludere il reostato per aumentare progressivamente la tensione sui motori e quindi la velocità.
Una volta escluso completamente il reostato, per ottenere un ulteriore aumento di velocità sarà necessario cambiare la configurazione dei motori che passeranno al parallelo, con il reostato che verrà nuovamente reinserito. Il passo successivo vedrà la progressiva esclusione del reostato come già fatto per la configurazione serie.
In alcune locomotive una ulteriore variazione di velocità può essere attuata agendo sull'avvolgimento di eccitazione per mezzo di appositi shunt.
In fase di decelerazione i motori si trasformano in generatori e la potenza sviluppata viene dissipata sul reostato.

Come intuibile, l'accelerazione di un locomotore di questo tipo avviene a passi discreti, perché ogni azione sul reostato o sulla configurazione dei motori genera una brusca variazione di coppia.
Questo tipo di azionamento nonostante sia vecchio è ancora molto diffuso fra i rotabili nazionali, a causa probabilmente della notevole affidabilità.
I punti deboli di questi locomotori** si limitano: alla notevole dissipazione di potenza sul reostato ed all'uso di contattori, che devono essere dotati di appositi sistemi spegni arco per poter interrompere correnti continue di centinaia di ampere.

Nella prossima puntata l'azionamento a chopper serie...

In questi giorni, mi son messo a cercare il manuale di servizio del mio vecchio lettore CD Yamaha CDX-390 (tanto per tenermi occupato e non pensare ad altri problemi), attualmente "parcheggiato" in garage in attesa di deciderne la sorte*.
Il lettore è finito in garage dopo pochi anni di servizio perché non riusciva più a leggere la TOC dei CD, infatti una volta inserito un disco questo veniva miseramente risputato fuori dando errore.
Il malanno del vecchio Yamaha è al laser che, per usura, genera un fascio meno potente mettendo in difficoltà il meccanismo di tracciamento della testina. Le soluzioni sono due: o si aumenta la corrente sul diodo laser, o si aumenta il guadagno dei trasduttori per migliorare il segnale ricevuto (a parole sembra molto facile...).

Di trovare il service manual non se ne parla, visto che l'unico file che trovo è corrotto, però riesco a reperire lo schema elettrico del lettore.
Rapida occhiata e sullo schema individuo un bel trimmer con il quale regolare la corrente sul diodo, peccato che sia posizionato direttamente sul gruppo ottico e in un punto irraggiungibile senza smontare tutto (ma porc...).

Tralasciando la riparazione, ci troviamo davanti ad un progetto votato alla massima economia: pochi componenti e tutti integrati.
Infatti, la gestione del segnale digitale è svolta da un unico integrato LSI della Panasonic, mentre quella del display da un microcontrollore NEC.
Lo stadio di alimentazione è realizzato con un regolatore integrato duale (neanche sapevo esistessero), con il quale vengono stabilizzate le due tensioni che alimentano tutte le parti del lettore.
Ebbene sì, non esistono due alimentazioni una per gli stadi analogici ed una per quelli digitali, ma per risparmiare è tutto insieme.

Lo stadio di uscita è composto da un operazionale doppio (NJM2068), che implementa un filtro attivo VCVS del 2° ordine**.


La risposta in frequenza simulata mostra una frequenza di taglio posta a circa 50 kHz con una lieve enfasi alla alte frequenze ed una variazione di fase consistente di circa 50° a 20 kHz.
Forse è proprio da questo che dipende il suono un po' freddo dell'apparecchio, mentre la causa dello scarso ritmo e del basso poco controllato è da ricercare, probabilmente, nel sistema di muting.
Per disabilitare l'uscita il CDX-390 usa due Bjt per canale connessi ad una serie di tre resistori che portano la resistenza d'uscita dello stadio ad oltre 1 kohm, valore ben lontano dall'ideale.
L'economia a tutti costi non ti permette di usare stadi di uscita a discreti, capaci di uscire con una bassa impedenza e sistema di muting a relè che sicuramente avrebbe inficiato meno sulla qualità del segnale.
Lo stesso convertitore D/A, integrato nel chip LSI Panasonic, è una scelta "povera", sicuramente meno performante di un circuito integrato dedicato.
Insomma un lettore mediocre, ben costruito, ma senza nessuna raffinatezza tecnologica.

Nelle settimane scorse, vista la moda dei mini computer tipo EeePC e Aspire One che ha contagiato molti miei amici, è nata una piccola discussione sull'utilizzo di queste nuove tipologie di prodotti a bordo di un auto.
In parole povere, alla base c'era l'idea di usare un mini computer come l'AspireOne (per gli amici Aspirino) per realizzare un carputer*, da integrare nella plancia dell'auto.

La discussione si è articolata più che altro sul "come alimentare il carputer", dall'impianto elettrico dell'auto.
Una possibilità è quella di usare un inverter, ormai facilmente reperibile, per generare il 230V (corrente alternata) da distribuire ai classici alimentatori in dotazione con i computer, ma questa soluzione presenta dei limiti in termini di efficienza elettrica, ingombro e sicurezza.
La soluzione più semplice è utilizzare un convertitore DC/DC che, partendo dai 12V nominali della batteria, generi le tensioni continue necessarie al computer.

Il convertitore da scegliere dipende, ovviamente, dal dispositivo da alimentare, se è una scheda tipo mini-ITX, serve un dispositivo capace di generare in uscita le stesse tensioni di un normale computer (12V, 5V, 3.3V, 5Vsb, etc.), utilizzando invece un Aspire One è necessaria una tensione di 19V con la quale caricare la batteria interna.

Di conseguenza utilizzando un Aspire One il problema si ridurrebbe a convertire la tensione di batteria da 12V a 19V, per mezzo di uno stadio elevatore, anche chiamato booster.
Uno schema di questo stadio può essere il seguente, che ho disegnato ieri mentre provavo il simulatore spice**:


Senza entrare nel dettaglio, basta utilizzare un classico controllore PWM current mode (come il vecchio UC3843) per realizzare un circuito a commutazione in grado, per mezzo di una bobina, di elevare e mantenere stabile la tensione a 19V.
Il circuito mostrato è solo la base, allo schema devono essere aggiunte le protezioni classiche degli alimentatori: OCP (protezione da sovracorrenti), OVP (protezione da sovratensioni), OTP (protezioni termiche).
Nel progetto si deve, inoltre, verificare il corretto funzionamento del convertitore per un range di tensioni in ingresso abbastanza ampio, visto che la batteria può variare, a seconda dello stato di carica dai 10V fino ai 14V.

Un convertitore DC/DC ad uscite multiple come quello necessario per un CarPC mini-ITX probabilmente utilizzerà, in ingresso, uno stadio come quello presentato, per generare una tensione interna più alta di quella di batteria.
Questa tensione interna poi sarà prelevata da altri stadi di regolazione che l'abbasseranno al valore necessario (12V, 5V, 3.3V, etc.). In questo modo si ha un doppio vantaggio: è possibile garantire le corrette tensioni di uscita anche se la tensione di batteria è bassa (inferiore ai 12V) ed è possibile immagazzinare più energia nei condensatori a parità di capacità, rispetto ad uno stadio senza booster.

In questo articoletto, cercherò di esporre alcune considerazioni sugli amplificatori audio a ponte, mostrando gli eventuali pro e contro di questa configurazione.

La configurazione a ponte si realizza utilizzando due stadi amplificatori (in genere i due canali di un ampli stereo) pilotati da due segnali in controfase fra loro. Questo permetterebbe (in teoria) di aumentare la potenza fornita al carico, rispetto a quella dei due singoli stadi di amplificazione.

Vediamo un esempio reale per capire meglio il funzionamento. L'autoradio, che tutti abbiamo in macchina, contiene un amplificatore alimentato dai 12V di batteria dell'auto.
L'amplificatore modula la tensione di alimentazione di 12V in funzione del segnale in ingresso. Ciò implica che il segnale in uscita avrà una tensione picco-picco massima pari a quella di alimentazione (ipotizziamo non ci siano cadute sullo stadio di uscita).

Di conseguenza la potenza in uscita massima, trasferita al carico R, sarà:


Quindi se V_cc = 12V e R = 4 ohm allora la potenza massima sarà pari a 4.5W efficaci. Poco non trovate?

Se invece utilizziamo una configurazione a ponte come la seguente le cose cambiano:


In questa configurazione la tensione applicata sul carico sarà:


Abbiamo un duplice vantaggio:
- la componente continua del segnale non scorre nel carico*
- l'ampiezza del segnale in uscita è raddoppiata.

Raddoppiando la tensione, la potenza fornita quadruplica arrivando ai famosi 20+20W dei classici autoradio, infatti:


In teoria un amplificatore, al dimezzarsi dell'impedenza, dovrebbe raddoppiare la potenza fornita, nella realtà non è così. Un amplificatore da 50W su 8 ohm dovrebbe fornire 100W su 4, ma in realtà, misurando, ne otteniamo ad esempio solo 90W e su 2 ohm solo 160W.

Cosa c'entra con la nostra configurazione a ponte?
Semplice, ognuno dei due amplificatori vede come impedenza di carico la metà di quella nominale, quindi invece di 4 ohm ogni amplificatore è come se lavorasse su 2 ohm, dove le sue prestazioni sono peggiori.

Di conseguenza ogni amplificatore della configurazione a ponte deve essere dimensionato per lavorare su metà dell'impedenza di carico nominale, richiedendo un'alimentazione più robusta e stadio di uscita dimensionato per gestire maggiori correnti.

In conclusione:

Vantaggi**
- può lavorare con alimentazione singola
- si può utilizzare componentistica con tensioni di lavoro più basse (quindi più economica)
- non richiede condensatori di disaccoppiamento in uscita.


Svantaggi**
- richiede il doppio della componentistica (due stadi amplificatori)
- problematico con impedenze di carico molto basse
- differenze fra i due amplificatori determinano asimmetrie del segnale in uscita
- le uscite sono flottanti e entrando in contatto con una massa possono mandare in corto uno dei due amplificatori.

Siamo nel 2009, il CD è obsoleto, ormai la musica si ascolta con i lettori MP3.
Un disco rigido da 1 TB può contenere migliaia di album, i tempi nei quali si riempivano interi scaffali di sottili dischi in vinile è passato.

In questo mondo digitale la musica è soltanto un insieme di bit che prendono la forma del dispositivo di memoria che la contiene. Registrare un MP3 è solo una monotona serie di operazioni su computer.

La stessa cosa non si può dire nel caso degli LP, più comunemente chiamati vinili dalla materia con la quale sono realizzati. Il vinile richiede un processo produttivo davvero affascinante (IMHO) che permette di registrare musica all'interno di un microscopico solco (detto appunto microsolco).

Quando il digitale non esisteva, i due unici supporti di registrazione per la musica erano il disco analogico ed il nastro magnetico (musicassette e bobine).

Per produrre un vinile si parte proprio da una bobina ottenuta dopo l'ultima fase di "mixing" (o missaggio) presso lo studio di registrazione. Utilizzando un tornio di precisione si incide un disco di alluminio, ricoperto di lacca, per mezzo di una testina pilotata dal segnale elettrico della registrazione. Questo disco di alluminio è definito "master".

Il master a questo punto viene lavato, pulito dalla lacca e ricoperto da un sottile strato di argento per mezzo di un processo chimico. Questo strato di argento serve nel successivo passaggio dove il disco subisce un processo di elettrolisi galvanico con correnti crescenti (da poche decine fino a 200A).
Con il processo galvanico si ricopre la superficie incisa di alluminio con uno strato di nichel. Una volta separato, lo strato di nickel, avrà la forma di un disco, simile al master, ma inciso in negativo.

Il disco di nickel, detto matrice, verrà utilizzato per stampare una facciata del disco in vinile. L'operazione di stampa si effettua con una pressa che comprime, l'impasto di vinile e le etichette fra le due matrici corrispondenti ai due lati del vinile. Dopo questa operazione si rimuove il vinile in eccesso ed il disco è pronto per essere imbustato e venduto per poter ricreare la magia della riproduzione del suono.

Per chi è curioso di vedere la produzione di un disco in vinile, su youtube un utente ha inserito un video molto interessante: How Vinyl Records Are Made (Parte 1 e Parte 2).

Visto che sono in fase di "riorganizzazione informatica" mi sono messo a fare un censimento dei vari cavi di rete che ho disseminato in casa. Apparentemente sembrano tutti uguali, in realtà non è così.

Molte informazioni si ottengono leggendo la marcatura. Oltre alla classica indicazione della categoria (cercate almeno un cat. 5e) è indicata anche la tipologia di costruzione.
Le due tipologie principali di cavo sono indicate dalle seguenti sigle:

- UTP - Unshielded twisted pair: coppia twistata non schermata

- FTP - Fully Shielded twisted pair: coppia twistata interamente schermata

La differenza è nella schermatura, assente nel primo caso, che consente di aumentare la reiezione ai disturbi esterni e allo stesso tempo minimizzare l'emissione di disturbi da parte del cavo stesso. Tale caratteristica consente di preservare la qualità del segnale, specialmente in caso di collegamenti a lunga distanza (50-100m).

E se nel cavo non è presente nessuna scritta? Un modo per capire se il cavo è schermato oppure no è quello di guardare i connettori. In genere un cavo schermato ha i connettori ricoperti, su i tre lati, da una lamina di metallo conduttore che serve, appunto, per collegare la schermatura alla massa della scheda di rete o dello switch.

Ennesima spippolazione hardware del mio vecchio PC, dopo aver abbattuto la frequenza di BUS a 100MHz e sostituito un condensatore (vedi quì), oggi mi è venuta voglia di abbassare la tensione di alimentazione del core.
Agendo sui jumper della scheda, ora il pregevole Athlon 1700+ da 1466MHz 1100MHz viene alimentato a 1.65V anzichè 1.75V.

Vediamo se riesce ad andare avanti così senza che si bruci qualcosa...

Ultimamente il mio "muletto", ossia il computer che uso più spesso per ogni tipo di lavoro (nessun riferimento a programmi di condivisione file) ha incominciato a dare segni d'instabilità.
Già questa estate ero stato costretto ad abbassare la frequenza di bus della scheda madre, una QDI Kudoz 7, da 133MHz a 100MHz, per limitare la dissipazione ed evitare che il processore AMD Athlon 1700+ (1466MHz) si cuocesse.


Questa tecnica di "downclocking" aveva ridotto la capacità di calcolo, ma allo stesso tempo riportato il PC a funzionare entro i limiti corretti.

In questi ultimi giorni però le schermate blu sono incominciate a "fioccare" con una regolarità impressionante, continui errori nell'accesso alla memoria e riavvii improvvisi.
Pensavo fosse il sistema operativo andato a "donnine allegre", ma quando gli errori sono comparsi anche nell'installazione con xUbuntu, mi è venuto il dubbio che il problema fosse hardware piuttosto che software.

La conferma l'ho avuta dal mio spacciatore hardware di fiducia dove scopro che le kudoz 7 e successive dopo qualche anno di attività tendono a guastarsi.
Potevo "volarla nel bidone" come si dice in gergo, peccato che fosse l'unica scheda madre dotata di connessione seriale presente in casa.
Quindi, da bravo perito, smonto il tutto e analizzo la malata ed individuo tre condensatori elettrolitici in perdita, il più grave dei quali (con perdita di elettrolita) era proprio nelle vicinanze dei banchi di RAM.
Il condensatore in questione era ormai fuori specifica e la sua capacità non era più sufficiente per filtrare la tensione destinata alla RAM che di conseguenza non lavorava correttamente causando errori al sistema.

Saldo in parallelo un condensatore volante da 100uF e verifico che le anomalie erano scomparse.
A questo punto era necessario sostituire il condensatore rotto, un Fujicon da 1000uF/6.3V 105°C a basso ESR; l'unico componente vicino come caratteristiche che avevo disponibile era un 1000uF/25V (!!!) 85°C.
Il condensatore da 25V era ovviamente quattro volte più grande di quello originale e con un po' di saldatore e qualche parolaccia la sostituzione è andata a buon fine e la scheda QDI è tornata a funzionare correttamente.


Il risultato è alquanto buffo... ma funziona.

Avvertenze:
La riparazione descritta deve essere effettuata da persone competenti, quindi sconsiglio di improvvisarsi tecnici elettronici, se non sapete dove mettere le mani e come usare gli strumenti rischiate di danneggiare definitivamente la scheda madre. Poi non venite a rifarvela con me!

Il fatto che la mia scheda madre presentasse un problema ad alcuni condensatori, non significa che tutte le schede della stessa (o di qualsiasi) marca presentino lo stesso tipo di guasto e quindi siano riparabili allo stesso modo.

La sostituzione di un condensatore non va fatta con uno qualsiasi (nel mio caso era più un esperimento che una riparazione), ma si deve cercare un componente il più simile possibile a quello originale.
Nei circuiti a commutazione, come quelli dei PC, è necessario utilizzare condensatori a basso ESR, non molto facili da reperire. Utilizzando modelli standard per usi generici si corre il rischio di non veder funzionare correttamente la scheda madre.