Trasformatori larga banda surplus per
LF-ELF

Recentemente mi sono accorto che uno dei miei fornitori preferiti di materiale surplus aveva una grande disponibilità di moduli di amplificazione a larga banda con a bordo un paio di bei trasformatori “audio”. Visto l'elevato interesse che questi componenti rivestono nei sistemi riceventi per LF e VLF, non ho resistito alla curiosità e ne ho presi alcuni esemplari per verificarli.

Il modulo amplificatore

Illustrazione 1: Connettore dorato a 25 pin

Il modulo surplus completo è probabilmente databile attorno agli anni '80 e appare essere un amplificatore isolato di linea. Marcato GE elettronica SRL, è alto 3 unità rack e si collega al resto del sistema tramite un connettore a pettine a 25 pin sul fondo del circuito stampato. L'amplificatore è costituito da tre blocchi principali:

• preamplificazione a basso rumore (LM381)

• equalizzazione regolabile (tramite trimmer multigiri)

• amplificazione di potenza (push-pull di BD139/140)

Ingresso e uscita della parte attiva sono isolati tramite i due trasformatori in questione.

Una parziale ricostruzione del pin out del connettore posteriore ci indica:

I trasformatori

I trasformatori sono molto scarni di informazioni e recano sul loro involucro solo la scritta “PN_500” quello più piccolo e “PN_501.1” quello più grande. Occorre quindi smontarli ed analizzarli per capirne di più.

Ambedue paiono di ottima fattura, racchiusi in un contenitore metallico di schermo e completamente resinati all'interno per assicurarne un lunga durata nelle situazioni ambientali più avverse.

Visto il peso rilevante (rispetto alle dimensioni), hanno sede per una o due vite 3MA per essere vincolati al circuito stampato senza stressare troppo i reofori di collegamento elettrico.

PN_500 sopra	PN_500 sotto	PN_501.1 sopra	PN_501.1 sotto

PN_500

Ha dimensioni pari a 41x36x23mm e pesa 88g, pari a una densità (relativa) di 2,6 indice di buon riempimento del contenitore (considerando le ridottissime dimensioni), con “poca resina/aria e molto ferro/rame”. A titolo d'esempio ricordiamo le densità relative (indicative) dei principali materiali costituenti un trasformatore:

rame: 8,9

ferro: 7,8

resina: 1,8

plastica: 0,9

Dispone di due avvolgimenti, uno da 127Ω di resistenza e l'altro di 3,2Ω. A 1 kHz il rapporto di trasformazione vale 8:1, ben diverso dal rapporto delle resistenze degli avvolgimenti (40:1). Questo ci suggerisce che sono avvolti con fili di diametro circa doppio (per quello a bassa resistenza).

Vediamone ora la risposta in frequenza sia su carico ad alta impedenza (1MΩ) sia su 50Ω

Risposta di PN_500 da 1 Hz a 10kHz su 1 MΩ	Risposta di PN_500 da 100Hz a 1MHz su 1 MΩ

Risposta di PN_500 da 1 Hz a 10kHz su 50Ω	Risposta di PN_500 da 100Hz a 1MHz su 50Ω

La risposta è piatta da 7Hz a 500kHz (nel caso di alta impedenza) che si riducono a circa 100kHz nel caso dei 50Ω. Al di sotto dei 7Hz la risposta cade velocemente, così come la risposta in LF, oltre i 50-100kHz dipende (ovviamente) molto dal carico applicato.

PN_501.1

Ha dimensioni pari a 52x68x30mm e pesa ben 432g, pari a una densità (relativa) di 4,1!

Dispone di tre avvolgimenti indipendenti, uno (A) da 48Ω di resistenza, uno (B) da 6,5Ω e il terzo (C) da 1,2Ω. A 1 kHz i rapporti di trasformazione valgono 1:1, (48Ω / 6,5Ω) e 2:1 (48Ω / 1,6Ω)

Vediamone ora la risposta in frequenza sia su carico ad alta impedenza (1MΩ) sia su 50Ω fra gli avvolgimenti A e B.

Risposta di PN_501.1 da 1 Hz a 10kHz su 1 MΩ	Risposta di PN_501.1 da 100Hz a 1MHz su 1 MΩ

Risposta di PN_501.1 da 1 Hz a 10kHz su 50Ω	Risposta di PN_501.1 da 100Hz a 1MHz su 50Ω

La risposta è circa piatta da 10Hz a 100kHz con un apprezzabile roll off alle alte frequenze quando il carico scende. Alle frequenze più basse il decadimento di prestazioni è “mite” e lascia l'opportunità di sperimentare il componente anche in ELF.

Chiosa: la distorsione

Nei trasformatori è sempre molto interessante analizzare l'aspetto distorsione, tipico tallone d'Achille di questi componenti.

Nella banda utile è generalmente inferiore allo 0,1% per tutti e due i componenti che sostanzialmente si equivalgono. Più in basso i comportamenti sono significativamente differenti e vale la pena approfondire il tema misurando in parallelo le distorsioni al variare della frequenza, a pari livello in ingresso, carico e ben lontani dalla saturazione del nucleo:

Che espressi in forma grafica:

non lascia scampo al componente più piccolo, PN_500 che perde nettamente il confronto con il PN_501.1, molto più adeguato a lavorare alle frequenze più basse.

Per chi volesse “vedere” cosa esce dai due trasformatori alla minima frequenza misurata, ecco i relativi spettri:

Analisi spettrale del segnale in uscita dal PN_500. Notare la terza armonica solo 20dB sotto la fondamentale	Analisi spettrale del segnale in uscita dal PN_501.1. Notare la terza armonica attenuata quasi 40dB rispetto la fondamentale

Il componente PN_501.1 è quindi idoneo anche per ricezione delle ELF e ad esempio, delle risonanze di Schumann (v. Radio Rivista 03/2013).

Altri aspetti

Fattori comuni dei due componenti sono la schermatura (con relativo pin dedicato di connessione) che aumenta l'immunità dei componenti ai campi magnetici esterni (in primis quello dovuto alla rete elettrica) e l'elevato isolamento. Testati infatti a 500V continui per 60” non hanno mostrato problemi, dimostrandosi quindi ottimi proprio per isolare impianti d'antenna dai ricevitori LF/ELF.

Conclusioni

I due componenti analizzati appaiono di ottima fattura e capaci di lavorare delle ELF fino alle LF, permettendo di risolvere il comune problema di isolamento dell'impianto di antenna per quelle frequenze dal ricevitore. Se si desidera lavorare nelle ELF il componente PN_501.1 è decisamente preferibile per via della ridotta distorsione.

Prezzo molto contenuto, affidabilità ed elevato isolamento completano un quadro molto interessate. Buoni esperimenti a tutti quindi!