c.s.e.9.1 circuiti elettronici analogici lezione n° 9 amplificatori di potenzaamplificatori di...
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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C.S.E.C.S.E. 9.9.1111
DistorsioniDistorsioni
• Distorsione di crossover Distorsione di crossover
t
Vi VU
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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
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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
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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
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C.S.E.C.S.E. 9.9.1515
Classe AB a trasformatoreClasse AB a trasformatore
Q1
Vs
RS
RL
Q2
Vcc
R1
R2
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C.S.E.C.S.E. 9.9.1616
Riduzione dell’attenuazioneRiduzione dell’attenuazione
Q1
Vs
RS
RL
Q2
Vcc
R1
R2
C1
NO!!!!!
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C.S.E.C.S.E. 9.9.1717
PROGETTOPROGETTO
•
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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
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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
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C.S.E.C.S.E. 9.9.2020
Push - PullPush - Pull
Q1
RL 4
VCC1
35 V
VCC2
35 V
Q2
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C.S.E.C.S.E. 9.9.2121
Protezioni contro cortocircuitiProtezioni contro cortocircuiti
Q7
Q8
RP1
RP2
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C.S.E.C.S.E. 9.9.2222
Moltiplicatore di VMoltiplicatore di VBEBE
Q3RA
RB
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C.S.E.C.S.E. 9.9.2323
Carico dinamicoCarico dinamico
RE6
RK
Q5Q6
RE5
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C.S.E.C.S.E. 9.9.2424
PreamplificatorePreamplificatore
CS
R2
RS
R1
Q4
RE4
VS
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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