AMPLIFICATORE IN CLASSE AB DA 28W RMS

NE555   Semplice Amplificatore in Classe AB con Potenza Massima di 28W RMS Corrispondenti a 56W Musicali. Costruito con Pochi Componenti Presenta Ottime Prestazioni…

 
 
 
 




 

INTRO

Gli amplificatori in classe AB sono usati per ottenere elevate potenze senza pregiudicare le caratteristiche dell’amplificatore. I classici amplificatori a transistor sono composti da un transistor PNP e uno NPN, nella categoria di amplificatori in classe AB, il transistor NPN amplifica le semionde positive, quello PNP quelle negative. Se ben progettato, non vi sono “pause” tra le due diverse semionde riducendo la distorsione.

Un altro vantaggio di questa classe di amplificatori è la potenza assorbita che è molto piccola riducendo le dimensioni del blocco di alimentazione rispetto la classe A e riducendo la dimensione delle alette di raffreddamento.

Alcuni schemi di amplificatori in classe AB sono usati anche per gli HI-FI. Le caratteristiche di questo schema sono:

NE555

Il seguente schema è alimentabile con due diverse tensioni, una 20Volt garantendo una potenza di circa 9W RMS su 8ohm e 18 su 4ohm. La potenza assorbita è molto piccola a riposo mentre sotto carico dipende dall’impedenza dell’altoparlante usato. La banda passante copre l’intera gamma di suoni udibili e garantisce una banda piatta in banda passante e una fase lineare che garantisce una bassa distorsione.

L’amplificazione di tensione è di 11 volte e questo permette di calcolare la massima tensione di picco in ingresso: Vin(pk-pk)=VDD/11, quindi nel caso con tensione di alimentazione 30V si può avere in ingresso massimo 2.55V picco picco ovvero 900mV RMS, mentre con l’alimentazione a 20Volt la tensione massima in ingresso è 600mV RMS.

 




 

SCHEMA

Lo schema è il seguente:

NE555

Appare subito evidente il numero esiguo di componenti, infatti vi sono solo 3 transistor di cui due di potenza, un amplificatore operazionale e una manciata di altri componenti passivi.

Il condensatore C2 è un condensatore di accoppiamento e blocca la possibile componente continua del segnale audio di ingresso mentre il partitore resistivo formato R5 e R6 permette di avere una componente continua pari a VDD/2 sul pin non invertente dell’amplificatore operazionale per polarizzarlo.

L’uscita dell’amplificatore operazionale giunge a due diodi di segnale che fanno passare la semionda negativa verso il transistor NPN Q1 e la semionda positiva verso il transistor PNP Q2. La resistenza R1 e R2 servono per polarizzare i diodi D1 e D2 e la base dei transistor.

Il segnale giunge tramite le resistenze R4 e R3 all’uscita. Queste due resistenze proteggono i transistor diminuendo la tensione VBE in caso di sovracorrenti.

Il segnale in uscita giunge tramite la rete di retroazione formata da R8, R7, C7 e C8 al piedino negativo dell’amplificatore operazionale.

Il transistor Q3 insieme a R11 e R12 garantiscono di avere una corrente a riposo molto piccola andando a bilanciare la tensione sulle basi dei transistor Q1 e Q2.

Il condensatore C1 fa giungere verso l’altoparlante solo la componente alternata mentre R10 e C4 filtrano le componenti ad alta frequenza. I condensatori C5, C8 e C3 evitano che l’amplificatore va in autoscillazione.

In particolare il condensatore C7 della rete di retroazione va a creare un filtro passa basso in modo tale da non amplificare le autoscillazioni smorzandole.

Per quanto riguarda i componenti, l’operazionale scelto è un NE5532 che ha alimentazione massima di 30V e garantisce una bassissima distorsione. Questo può essere sostituito con uno equivalente come un LM358 o con un amplificatore operazionale rail to rail con maggiore tensione di alimentazione così da aumentare la potenza in uscita.

I transistor di potenza sono la coppia BD241B e BD242B e anche essi possono essere sostituiti con transistor equivalenti come i BD329/BD330 o altri.

 





 

ALIMENTAZIONE

Come detto nell’introduzione lo schema può essere alimentato con due diverse tensioni. Il circuito di alimentazione a 20V è il seguente:

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Il trasformatore ha il primario a 230V e il secondario a 16V (alcuni trasformatori riportano 15V, vanno bene pure) mentre la potenza deve essere intorno i 30VA considerando correnti di picco intorno i 1.7A e la tensione di 16V. Il ponte di diodi deve avere una corrente DC di 2A, ovviamente quella di picco sarà tale da sopportare i picchi richiesti dal circuito. Per garantire una tensione di ripple molto piccola un condensatore di filtro da 6800µF è usato. Per l’alimentazione a 20V anche un condensatore da 4700µF può essere usato senza problemi vista la reiezione al modo comune dell’amplificatore operazionale.

Il circuito per l’alimentazione a 30V è il seguente:

NE555

Il trasformatore ha il primario a 230V e il secondario a 23V mentre la potenza deve essere intorno i 50VA considerando correnti di picco intorno i 2A e la tensione di 23V. Il ponte di diodi deve avere una corrente DC di 2A, ovviamente quella di picco sarà tale da sopportare i picchi richiesti dal circuito anche in questo caso visto che vi è un aumento di soli 100mA circa. Per garantire una tensione di ripple molto piccola un condensatore di filtro da 6800µF è usato.

In tutti e due i casi non è richiesto un dissipatore per il ponte di diodi.

 

RISULTATI
La distorsione armonica non è stata rilevata dalla simulazione visto un problema di convergenza in essa che in realtà non si presenta. È stato usato un distorsimetro per misurarla ottenendo un valore intorno allo 0.1% utilizzando il valore massimo di tensione di ingresso, mentre il valore diminuisce se la tensione di ingresso è più piccola.
La banda passante è la seguente:

NE555

Il segnale in ingresso e in uscita, misurati con l’oscilloscopio hanno la seguente forma:

NE555

Si può notare che non vi è la distorsione che si nota nella simulazione.
Il circuito montato su breadboard ha la seguente configurazione:

NE555

 

POTENZA E SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO

I transistor Q1 e Q2 assorbono una buona quantità di potenza quindi hanno bisogno di un sistema di raffreddamento. Si possono usare due diversi dissipatori, uno per ogni transistor oppure uno solo e si connettono i transistor con due miche isolanti per evitare corto circuiti. In particolare al massimo i transistor assorbono 12W.

Considerando che i transistor usati hanno una resistenza termica del case del transistor di 1.5°C/W con una temperatura massima di giunzione di 175°C, inoltre considerando che con la mica isolante si ha una resistenza termica di contatto di 1°C/W si può calcolare la resistenza termica del dissipatore considerando una temperatura ambiente di 30°C. Supponendo di volere una temperatura massima di giunzione di 130°C che è accettabile visto che è la temperatura di giunzione e non del case e inoltre è minore di quella massima, effettuando i calcoli si ottiene la seguente resistenza termica del dissipatore:

Rtermica_dissipatore = (Tmax_desiderata-Tamb)/Potenza_max – Rt_case – Rt_contatto =

(130-30)/12 – 1.5 -1 = 5.5°C/W circa

Serve quindi un dissipatore da 5.5°C/W se si usa una tensione di 30V e un altoparlante con resistenza di 4ohm.

Se si usa una configurazione differente si possono usare dissipatori più piccoli e si può misurare la potenza massima considerando il transistor Q1 nella simulazione e aspettando un tempo di 1s per far si che tutti i transitori siano conclusi.
 

DOWNLOAD

Potete scaricare le simulazioni del circuito al seguente LINK!!!





 

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AMPLIFICATORE IN CLASSE AB DA 28W RMS ultima modifica: 2016-11-09T11:18:41+00:00 da ne555

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