AMPLIFICATORE IN CLASSE A CON IGBT

AMPLIFICATORE IN CLASSE A CON IGBTAmplificatore Hi-Fi In Classe A con Finali ad IGBT. Distorsione dello 0.07% Timbrica quasi Valvolare…

 

 

 
 




 

INTRO

Gli IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) sono dei semiconduttori che uniscono I vantaggi dei mosfet e del transistor bipolare, infatti può essere simulato dall’unione dei due.

Essendo il finale in classe A permette di avere un suono pulito ad ogni ampiezza e permette di avere una timbrica simile a quella delle valvole visto che gli IGBT come quest’ultime, sono pilotati in tensione e non in corrente come i transistor bipolari.

Negli amplificatori in classe A i due finali amplificano entrambe le semionde eliminando la distorsione di crossover tra le due semionde garantendo un segnale pulito e con distorsione bassissima. Come svantaggio gli amplificatori in classe A permettono di avere una tensione di picco massimo del segnale di uscita più piccola rispetto a quella di un finale in classe AB.

Un altro svantaggio di questa struttura è che amplificando le due semionde contemporaneamente assorbe molta più potenza di un finale in classe AB, per questo motivo vengono usati gli IGBT, perché riescono a dissipare molta più potenza.

I due finali sono dello stesso tipo, in questo caso IGBT di tipo N.

Le caratteristiche di questo schema sono:

caratteristiche-amplificatore-classe-a-igbt

L’amplificatore è alimentato con una tensione singola a basso ripple di 20V, possibilmente con un regolatore di tensione lineare. La potenza è piccola visto che è un amplificatore in classe A, ma è possibile aumentare la tensione di alimentazione a 40V o anche 50V. La corrente massima è 1. La banda passante va da 4Hz fino a 50KHz coprendo tutta la gamma sonora, inoltre la fase è lineare e migliora la distorsione dell’amplificatore.

L’amplificazione di tensione è di 16 volte e la tensione di ingresso massima è 450mV RMS.

Aumentando la tensione di alimentazione è possibile aumentare potenza in uscita e il segnale in ingresso.

 




 

SCHEMA

Lo schema è il seguente:

schema-amplificatore-classe-a-igbt

Il segnale audio entra dal pin Vin, viene filtrata la componente continua dal condensatore C3 e giunge sulla base del transistor NPN Q3 dove le resistenze R16 e R17 formano la sua rete di polarizzazione.

Il transistor NPN Q3 insieme a Q2 formano lo stadio di ingresso differenziale. Il transistor Q1 forma il generatore di corrente per pilotare lo stadio di ingresso differenziale. I diodi D1, D2, e D3 fanno in modo che tra la base di Q1  e V+ vi siano 2.1V mentre C1 fa si che non vi sia rumore sulla base di Q1 mentre R4 pilota i diodi. La corrente generata da Q1 dipende da R1 ( I=(2.1-0.7)/R1=1.4mA).

Lo stadio differenziale genera due segnali sui collettori dei transistor Q3 e Q2 che sono perfettamente uguali (se le resistenze R6 e R5 sono uguali) ma sfasate di 180° gradi. Questi due segnali vengono a loro volta amplificati da Q6 e Q5 che a loro volta adattano e amplificano i due segnali per i gate degli IGBT. Il transistor Q4 va mantenuto a temperatura costante, quindi va montato lontano dagli IGBT ed esso con le resistenze R10 e R2 fornisce una corrente per i transistor Q5 e Q6.

Gli IGBT hanno internamente un diodo di protezione. Sono usati gli IGBT H20E1202 ma essi possono essere sostituiti con IGBT equivalenti.

Le resistenze R11 e R7 formano la rete di retroazione insieme ai condensatori C2 e C5. Quest’ultimo fissa la banda dell’amplificatore.

La capacità C6 con la resistenza R3 servono per smorzare le autoscillazioni.

L’altoparlante va collegato ai pin di uscita Vout.

 

RISULTATI

La distorsione armonica è stata simulata e risulta 0.07 con la tensione massima, quindi permette di affermare che è un sistema Hi-Fi.

La banda passante è la seguente:

banda-passante-amplificatore-classe-a-igbt

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

segnali-amplificatore-classe-a-igbt

Il circuito montato su breadboard ha la seguente configurazione:

amplificatore-in-classe-a-con-igbt-breadboard

 
POTENZA E SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO

Gli IGBT Q8 e Q9 assorbono una buona quantità di potenza quindi hanno bisogno di un sistema di raffreddamento. Si possono usare due diversi dissipatori, uno per ogni IGBT oppure uno solo e si connettono gli IGBT con due miche isolanti per evitare corto circuiti. Gli IGBT al massimo assorbono 14W.

Considerando che gli IGBT usati hanno una resistenza termica del case di 1°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 160°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 =

(160-30)/14 – 1 -1 = 7.5°C/W circa

Serve quindi un dissipatore da 7.5°C/W circa.
 

DOWNLOAD

Potete scaricare le simulazioni del circuito con MULTISIM 14 al seguente LINK!!!




 

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9 pensieri su “AMPLIFICATORE IN CLASSE A CON IGBT

  1. salve, visto che gia hai giocato con gli igbt in bassa frequenza, volevo chiederti se usando dei componenti industriali si poteva modificare il tuo schema e ottenere potenza maggiore, gli igbt in questione sono npn come da tuo schema e la sigla BSM400GA1200DN2 in rete trovi le caratteristiche…..e dato che sono dei componenti notevoli chissa se si riesce a farli lavorare a dovere……aggiungo….se ci vuoi provare te ne posso mandare 2……dimmi tu.

    • Ciao.
      Considerando i tempi di on e off e il tempo di recovery del free whilling diode dovrebbero riuscire a lavorare a frequenza audio. Io purtroppo sono a Singapore al momento e per i prossimi mesi e non ho nulla per testare.

      Potresti vedere se su MULTISIM ci sono quei IGBT o qualcuno equivalente per fare qualche simulazione.

  2. salve ho effettuato un prototipo di questo ampli su millefori e ti dico che mi è piaciuto molto ma adesso vorrei farlo in maniera corretta, purtroppo non so ricavare il cs e non ho altre soluzioni. Potresti aiutarmi tu?

    • Ciao, io per i circuiti stampati uso express PCB. Al momento sto per concludere alcuni prototipi da inserire su microchip per il 6 maggio quindi non ho molto tempo, però in caso una bozza a mano non ci metto assai a realizzarla

  3. senti in confidenza te ne sarei davvero grato anche una bozza perchè l’ampli mi piace molto, fra l’altro ho un vecchio marantz 1060 dove ho scorporato lo stadio finale e vorrei inserirci questo ampli con relativo alimentatore. grazie dell’aiuto

  4. senti in confidenza te ne sarei davvero grato anche una bozza perchè l’ampli mi piace molto, fra l’altro ho un vecchio marantz 1060 dove ho scorporato lo stadio finale e vorrei inserirci questo ampli con relativo alimentatore. grazie dell’aiuto

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