AMPLIFICATORE A CLASSE G DA 40W

Schema di un Amplificatore a Classe G con Potenza di 40W con Finale a Darlington. Inoltre verrà Illustrata la classe G degli Amplificatori…

 
 
 
 



 

INTRO

Gli amplificatori a classe G sono una speciale famiglia di Amplificatore che sfrutta 4 diverse tensione per ottenere un finale con una elevata efficienza energetica. Inoltre una efficienza maggiore vuol dire un minore riscaldamento dei finali e quindi un dissipatore più piccolo.

Sostanzialmente consiste in un finale a classe AB con un transistor NPN in più nel ramo superiore e un PNP in più nel ramo inferiore. Uno schema semplificato è il seguente:

I transistor interni sono alimentati la tensione HPVdd(lv) e HPVss(lv) ovvero nell’esempio +25V e -25V mentre i transistor esterni sono alimentati tra HPVss(hv) e HPVdd(hv) ovvero +50V e -50V. Questo permette di avere una differente tensione di alimentazione in funzione del segnale di uscita.

Infatti se la tensione di uscita è compresa tra +25V e -25V è inutile utilizzare +50V e -50V perché i transistor avrebbero una tensione collettore emettitore maggiore e quindi un assorbimento maggiore. Quando la tensione di uscita è maggiore di + o – 25V viene utilizzata l’alimentazione a +50 e -50V.

Serve il doppio dei transistor per i finali ma l’efficienza è maggiore come si può vedere dal grafico sottostante:

Inoltre le due differenti alimentazioni, solitamente una il doppio dell’altro, forniscono corrente una per volta grazie alla presenza dei diodi D5 e D6 che bloccano l’alimentazione a bassa tensione quando quella ad alta tensione fornisce la potenza.

Per quanto riguarda l’amplificatore da noi realizzato si è scelto di utilizzare una tensione positiva e negativa  12V e una a 24V. Le caratteristiche dell’amplificatore sono le seguenti:

Visto che tutti i transistor supportano 50V e oltre è possibile aumentare la tensione di alimentazione fino a 15V per la tensione bassa e 30V per la tensione alta. Inoltre misurando la tensione VCE di tutti i transistor è possibile anche valutare un ulteriore aumento di tensione.

 



 

SCHEMA

Lo schema è il seguente:

La tensione audio entra dalle boccole “Vin Audio” e viene filtrata da C6, R16, R17 e C7. Q10 e Q11 formano lo specchio di corrente per l’amplificatore differenziale composto da Q13 e Q8 mentre Q7 è il generatore di corrente che fornisce la tensione di polarizzazione.

D9, D8, D7, R13 e i condensatori C3 e C2 generano la tensione di polarizzazione per il generatore di corrente. L’uscita del differenziale viene prelevata e amplificata in corrente da Q12 che viene polarizzato in corrente da Q5.

R12 e R11 controllano la corrente di polarizzazione dei due stadi sopra indicati.

R8, R9, R10 e Q5 servono per equilibrare il ramo superiore e quello inferiore del finale, infatti R10 va ruotato finchè non si trova il punto di minimo assorbimento (quindi bisogna misurare la corrente di VDD1 e VSS1 e trovare il punto di minimo assorbimento di corrente).

Tutto il resto del circuito (D4, D3, D5, D6, Q1, Q2, Q3, Q4, e i vari resistori e condensatori) formano il finale di potenza del classe G.

I diodi D1 e D2 sono diodi Schottky che controllano la tensione di alimentazione, in particolare sono stati usati questi diodi per ridurre la dissipazione di potenza vista la loro minore tensione di accensione. Questi diodi devono tollerare una corrente di almeno 2A quindi scegliete un qualsiasi diodo Schottky da 2° e tensione inversa superiore a VDD2-VDD1.

Per quanto riguarda i diodi D6 e D4 bisogna usare diodi con una bassa tensione di accensione, ad esempio con un normale diodo switching come l’1N4148 (Vreverse=75V, 150mA continua, Vforward=1V) la distorsione armonica è 0.15%, con un diodo a Schottky a bassa tensione di accensione (Vreverse=30V, 300mA continua, Vforward=0.4V) si arriva a 0.07%. Bisogna usare un qualsiasi diodo per applicazioni switching con la più bassa possibile tensione di accensione.

 

SCHEMA ALIMENTATORE E CONSIDERAZIONI TERMICHE

Lo schema dell’alimentatore è il seguente:

Si può semplicemente utilizzare un trasformatore con uscita duale a 10V RMS e 20V RMS e utilizzare due ponti raddrizzatori separati con i condensatori di filtraggio. La tensione VDD2/VSS2 ha due condensatori di filtraggio invece di uno perché vi è un assorbimento doppio.

Il ponte di diodi D1 deve avere una corrente massima di 2A almeno mentre D2 superiore o uguale a 3A. La potenza del 10+10V deve essere superiore a 30VA mentre per quanto riguarda i 20+20V deve essere 50VA.

Nel caso non si dispone di un trasformatore con 10V duali e 20V duali si possono usare due trasformatori, uno da 12V duali e uno da 24V duali e poi collegare insieme il comune.

I transistor Q1, Q2, Q3, Q4 e Q5 vanno connessi ad un dissipatore, tutti insieme isolati con la mica isolante. Considerando una potenza assorbita dai transistor di 18W e considerando una resistenza termica tra case e giunzione di 2.1°C/W, una temperatura massima di 150°C, una temperatura ambiente di 30°C,considerando una resistenza termica tra case i dissipatore di 1°C/W bisogna utilizzare un dissipatore con valore pari a

Rt_Dissipatore = (Tmax-Tamb)/Pd – Rt_jc – Rt_cs = (150-30)/18 – 2.1 -1 = 4.5°C/W

Quindi serve un dissipatore da 4.5°C/W o di valore più piccolo.

DOWNLOAD

Potete scaricare la simulazione del circuito con MULTISIM14 al seguente LINK!!!

 



 

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2 pensieri su “AMPLIFICATORE A CLASSE G DA 40W

  1. Sono un giovane studente di ing. elettronica, ho già fatto i corsi relativi ai complementi di elettronica e progetto circuiti retroazionati, però questi corsi riguardano (quelli fatto fino ad ora) il progetto di opamp integrati, e per quanto la struttura sia la medesima a quella dei classici amplificatori audio non ho visto nell’opamp di Miller la presenza delle resistenze di degenerazione sull’emettitore dei transistor come nello stadio differenziale Q10,Q11 e anche del VAS (Q6).
    Immagino servano a stabilizzare il punto di lavoro (pur sempre di retroazione si tratta,no?) ma con che criterio vengono dimensionate? ho provato a fare un amplificatorino da 20 W in classe AB e alla fine mi ero ridotto a modificare il valore di resistenze per avere un offset di tensione nullo (qualche uV) in uscita. Ma vorrei sapere quale è il criterio di dimensionamento perché non mi fa impazzire fare le cose a caso. Quindi vorrei sapere se ci sono libri, dispense, appunti che trattano tale questione

    • Ciao, in elettronica integrata non si usano molto i resistori integrati perchè non sono molto precisi e richiedono molta area. io ad esempio lavoro con la TSMC 180nm e sono belle massiccie per raggiungere 1K ohm.

      non so le equazioni che ci sono dietro, poi puoi fare 1000 equazioni ma essendo approssimate poi una volta messi i valori ottenuti nel simulatore vedrai cose diverse. l’importante è sapere l’andamento dei parametri al variare di qualche elemento circuitale. poi il valore esatto lo trovi con delle parametriche.

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