C.S.E.C.S.E. 9.9.11

CIRCUITI ELETTRONICI CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICIANALOGICI

Lezione n° 9Lezione n° 9• Amplificatori di potenzaAmplificatori di potenza

– Classe “B”Classe “B”– Classe “A-B”Classe “A-B”

• ProgettoProgetto– Amplificatori audioAmplificatori audio

C.S.E.C.S.E. 9.9.22

RichiamiRichiami

• Amplificatori di potenzaAmplificatori di potenza– Amplificatori aperiodiciAmplificatori aperiodici– Amplificatori accordatiAmplificatori accordati

• Rendimento & EfficienzaRendimento & Efficienza• Classe AClasse A• Classe BClasse B• Classe CClasse C

C.S.E.C.S.E. 9.9.33

Rendimento & EfficienzaRendimento & Efficienza

• RendimentoRendimento

• Fattore di merito (o cifra di merito) Fattore di merito (o cifra di merito) [Efficienza[Efficienza-1-1]]

1Potenza sul carico100 %

Potenza assorbitaU

E

P

P

*max

1max

Potenza max dissipata da ciascun elemento attivo

Potenza max fornita al caricoD

mP

FP

C.S.E.C.S.E. 9.9.44

Classe B con accoppiamento a Classe B con accoppiamento a TrasformatoreTrasformatore

Q1

Vs Vcc

RS

RL

Q2

Ic1

Ib1

Ic2

Ib2

Is ILIs

IL

C.S.E.C.S.E. 9.9.55

Classe B a simmetria Classe B a simmetria complementarecomplementare

• Push-PullPush-Pull

+

--VS

-VCC

VCC

RL

Q1

VU

+

--Q2

RS

C.S.E.C.S.E. 9.9.66

Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento

• QQ11 semionda positiva semionda positiva

• QQ22 semionda negativa semionda negativaVU-VCESAT

-V VI

VU

-VU+VCESAT

V

+

--VS

-VCC

VCC

RL

Q1

VU

+

--Q2

RS

C.S.E.C.S.E. 9.9.77

Rendimento 1Rendimento 1

• Trascurando la non linearità si ha la Trascurando la non linearità si ha la conduzione per 180°conduzione per 180°

• Semiperiodo positivoSemiperiodo positivo

• Semiperiodo negativoSemiperiodo negativo

tIi MRL sin

DCCCEM

T

MDC IVPI

tdtIT

I

2

0

sin1

DCCCEE IVPP

C.S.E.C.S.E. 9.9.88

Rendimento 2Rendimento 2

• Potenza erogata totalePotenza erogata totale

Potenza utilePotenza utile

RendimentoRendimento

L

MCCMCCDCCCEEE R

VVIVIVPPP

22

2

L

MMM

R

VIVP

22

2

1

%5.7844 max

1

CC

M

E V

V

P

P

C.S.E.C.S.E. 9.9.99

Potenza dissipata dai BJTPotenza dissipata dai BJT

• Potenza dissipata dai BJTPotenza dissipata dai BJT

• Potenza dissipata MAXPotenza dissipata MAXL

M

L

MCCED R

V

R

VVPPP

2

2 2

1

L

CCD

CC

L

M

L

CC

M

D

R

VP

VVM

R

V

R

V

V

P

2

2

max

2

20

2

L

MCCE R

VVP

2

L

M

R

VP

2

2

1

C.S.E.C.S.E. 9.9.1010

Fattore di meritoFattore di merito

• RisultaRisulta

• Potenza dissipata da ciascun BJTPotenza dissipata da ciascun BJT

202.02

42

22

2max1

max

2

2

max

2

max1

P

PF

R

VP

R

VP

Dm

L

CCD

L

CC

max1max121 2.0 PFPPP mDQDQ

C.S.E.C.S.E. 9.9.1111

DistorsioniDistorsioni

• Distorsione di crossover Distorsione di crossover

t

Vi VU

C.S.E.C.S.E. 9.9.1212

Eliminazione del CrossoverEliminazione del Crossovermediante reazionemediante reazione

• Si usa il principio del “diodo ideale”Si usa il principio del “diodo ideale”

+

--

-VCC

VCC

RL

Q1

VU

+

--

Q2

RS

VS

C.S.E.C.S.E. 9.9.1313

Eliminazione del CrossoverEliminazione del Crossovermediante Classe ABmediante Classe AB

• Schema di principioSchema di principio

-VCC

VCC

RL

Q1

VU

+

--

Q2

VS

RA

RB

D1

D2

C.S.E.C.S.E. 9.9.1414

OSSERVAZIONIOSSERVAZIONI

• La caduta sui diodi elimina la La caduta sui diodi elimina la distorsione di Crossoverdistorsione di Crossover

• I transistori d’uscita sono spesso delle I transistori d’uscita sono spesso delle coppie DARLINGTONcoppie DARLINGTON

• La caduta sui diodi deve essere uguale La caduta sui diodi deve essere uguale alla somma delle Valla somma delle Vcut-incut-in dei Transistori dei Transistori

• Le resistenze di polarizzazione riducono Le resistenze di polarizzazione riducono l’amplificazionel’amplificazione

C.S.E.C.S.E. 9.9.1515

Classe AB a trasformatoreClasse AB a trasformatore

Q1

Vs

RS

RL

Q2

Vcc

R1

R2

C.S.E.C.S.E. 9.9.1616

Riduzione dell’attenuazioneRiduzione dell’attenuazione

Q1

Vs

RS

RL

Q2

Vcc

R1

R2

C1

NO!!!!!

C.S.E.C.S.E. 9.9.1717

PROGETTOPROGETTO

•

C.S.E.C.S.E. 9.9.1818

SPECIFICHESPECIFICHE

• Amplificatore audio caratterizzato da :Amplificatore audio caratterizzato da :– PU = 100 WPU = 100 W– RL = 4 RL = 4

• Richiesta protezione contro Richiesta protezione contro cortocircuiti cortocircuiti – Non permanentiNon permanenti

V 28.28

A 07.7252

2

2

LMM

L

UM

MLU

RIV

R

PI

IRP

C.S.E.C.S.E. 9.9.1919

SchemaSchema

Q1

Q7

Q8

Q3

RP1

RP2

RA

RE6

RK

RL 4

Q5Q6

VCC1

VCC2

CS

R2

RS

R1 RB

Q4

RE4

VS Q2

RE5

C.S.E.C.S.E. 9.9.2020

Push - PullPush - Pull

Q1

RL 4

VCC1

35 V

VCC2

35 V

Q2

C.S.E.C.S.E. 9.9.2121

Protezioni contro cortocircuitiProtezioni contro cortocircuiti

Q7

Q8

RP1

RP2

C.S.E.C.S.E. 9.9.2222

Moltiplicatore di VMoltiplicatore di VBEBE

Q3RA

RB

C.S.E.C.S.E. 9.9.2323

Carico dinamicoCarico dinamico

RE6

RK

Q5Q6

RE5

C.S.E.C.S.E. 9.9.2424

PreamplificatorePreamplificatore

CS

R2

RS

R1

Q4

RE4

VS

C.S.E.C.S.E. 9.9.2525

Parametri MAX per BJT (1)Parametri MAX per BJT (1)

• Classe AClasse A

+

--VS

VBB

RB

CA

VCC

RL

Q

VU

+

--

IC

VCE

VCC

VCC

Rc

C.S.E.C.S.E. 9.9.2626

Parametri MAX per BJT (2)Parametri MAX per BJT (2)

• BJT BJT

CCEBBECCE

BBECBECCB

EBECCBD

IVIVIVIVIVIV

IVIVP

IC

VCE

VCEmax

ICmax

max

max

C

CEIV

C.S.E.C.S.E. 9.9.2727

Parametri MAX per BJT (3)Parametri MAX per BJT (3)

• CaratteristicheCaratteristiche

+--VS

VBB

RB

CA

VCC

RL

Q

VU

+

--

2

2

CCCCC

CCRC

CCCE

CCCCCE

IRIVPDIRPIVP

IRVV

C

CCD

C

CCC

CCCCC

D

R

VP

R

VI

IRVI

P

4

2

02

2

max

ICVCC/RCVCC/2RC

PD

C.S.E.C.S.E. 9.9.2828

1 Scelta dei FINALI1 Scelta dei FINALI

• Coppie DARLINGTON complementariCoppie DARLINGTON complementari VVCE CE > 2 V > 2 Vcccc

IICmax Cmax > I > IMM

• NPN MJ3001NPN MJ3001 VVCE CE = 80 V; I= 80 V; ICC = 10 A; = 10 A;

PPDD =150 W; h =150 W; hfefe > 1000 > 1000

• PNP MJ2501PNP MJ2501 VVCE CE = -80 V; I= -80 V; ICC = -10 A; = -10 A;

PPDD =150 W; h =150 W; hfefe > 1000 > 1000

Q1

Q2

C.S.E.C.S.E. 9.9.2929

2 Scelta delle V2 Scelta delle VCCCC

• Dall’equazioone alla maglia d’uscitaDall’equazioone alla maglia d’uscita

• VCC > 32 per essereVCC > 32 per essere

sicuri di non avere sicuri di non avere

saturazioni o interdizionisaturazioni o interdizioni• VCC più bassa possibileVCC più bassa possibile

per ridurre la potenzaper ridurre la potenza

dissipatadissipata

V 35

V 08.325.12.04.17.028.28

2 05

CC

CC

ECEsatMCC

V

V

IRVVVVV

Q1

Q7

87.5 m

RL

4

Q5

VCC1

RE5 I0

C.S.E.C.S.E. 9.9.3030

3 Scelta delle correnti3 Scelta delle correntiPolarizzazione in classe A – B Polarizzazione in classe A – B

• Serve a garantire il funzionamento in Serve a garantire il funzionamento in

classe A – Bclasse A – B• Basso valore per ridurreBasso valore per ridurre

la dissipazione di potenzala dissipazione di potenza

sui finali sui finali

Q1

RP1

RP2

Q2

IQ0

mA 200 QI

C.S.E.C.S.E. 9.9.3131

4 Correnti dei transistori4 Correnti dei transistoriQQ11; Q; Q22 e Q e Q33

• Corrente di base max di QCorrente di base max di Q11

• Corrente di base di Q2Corrente di base di Q2

• Corrente di Q3Corrente di Q3

Q1

Q3

RP1

RP2

Q2

IBQ1

IM

mA 1.71

max1 fe

MBQ h

II

IM

IBQ2

ICQ3

mA 1.7max1max2 BQBQ II

mA 10

mA 9.22

max1min3max3

max1min3

BQCQCQ

BQCQ

III

II

C.S.E.C.S.E. 9.9.3232

5 Correnti di Polarizzazione5 Correnti di Polarizzazione

• Corrente in RA e RB (partitore pesante) Corrente in RA e RB (partitore pesante)

• Generatore di correnteGeneratore di corrente

• Corrente di riposo di Q4Corrente di riposo di Q4

• Correte Max di Q4Correte Max di Q4

• Correte min di Q4Correte min di Q40

RA

RE6

Q5Q6

RB

RE5 I0

mA 110max3 CQRBRA III

I0

mA 11110max30 RACQ III

Q4

RE4

mA 1104 II qCQ

mA 1.18max20max4 BQCQ III

mA 9.3max10min4 BQCQ III

Q2

Q1

C.S.E.C.S.E. 9.9.3333

6 Scelta dei transistori 6 Scelta dei transistori rimanenti (’)rimanenti (’)

• QQ33 BJT di potenza per essere accoppiato BJT di potenza per essere accoppiato termicamente a Qtermicamente a Q11 e Q e Q22

BD175-16 BD175-16

VVCE CE = 45 V; I= 45 V; IC C = 3 A; h= 3 A; hfe fe = 100 = 100

• Q4Q4

BSP43BSP43

VVCE CE = 80 V; I= 80 V; ICC= 1 A; = 1 A;

hhfe fe = 150; PD = 2 W= 150; PD = 2 W

Q3

Q4

mA 11;4 CCE IVV

W33.1;mA 19;V 70 DCCE PIV

C.S.E.C.S.E. 9.9.3434

6 Scelta dei transistori 6 Scelta dei transistori rimanenti (’’)rimanenti (’’)

• QQ55 e Q e Q66 Q Q55 = Q = Q6 6

BSP33BSP33

VVCE CE = -80 V; I= -80 V; ICC= -1 A; = -1 A;

hhfe fe = 150; PD = 2 W= 150; PD = 2 W• QQ77

2N22222N2222

VVCE CE = 30 V; I= 30 V; ICC= 0.5 A; h= 0.5 A; hfefe=100 =100 • QQ88

2N29072N2907

VVCE CE = -30 V; I= -30 V; ICC= -0.5 A; h= -0.5 A; hfefe=100 =100

Q7

Q8

Q5Q6

mW 770;mA 11;V 70 DCCE PIV

1; 3 BQCCE IIVV

2;3 BQCCE IIVV