AMPLIFICATORE DI POTENZA A SINGOLO TRANSISTOR

Amplificatore di Potenza con Singolo Transistor che Funge da Finale e utilizza Pochissimi altri Componenti pur avendo Buona Potenza in Uscita…


 
 
 
 



 

INTRO

Il seguente schema garantisce di avere una elevata semplicità visto che usa un amplificatore operazionale come stadio di ingresso e un singolo transistor come stadio di potenza. A differenza dei classici amplificatori che hanno due transistor come finali, questo schema ne ha uno solo anche se a scapito della qualità del suono.

La tensione di alimentazione è singola con tensione massima di 20V e con una potenza di 15W RMS ovvero 30W musicali.

Le caratteristiche di questo schema sono:

L’amplificatore è alimentato con una tensione singola a basso ripple di 20V. La tensione può essere ridotta ma viene ridotta anche la potenza in uscita. Si sconsiglia di aumentare la tensione di alimentazione a meno che non si usi un buon dissipatore di calore.

L’amplificazione di tensione è di 2 volte e la tensione di ingresso massima è 2V RMS.

 




 

SCHEMA

Come transistor finale di potenza si può usare un transistor bipolare in configurazione Darlington, un MOSFET oppure un IGBT. In simulazione sono usati tutti e tre i tipi di finale mentre nella prova pratica solo un IGBT.

Gli schemi sono i seguenti e in ordine vi è quello con IGBT, con Darlington e infine quello con MOSFET:

Il segnale audio entra dal pin Vin, viene filtrata la componente continua dal condensatore C1 che inoltre insieme al diodi D1 forma un fissatore che fa si che il segnale in ingresso diventi solo positivo. Come diodo D1 va usato un diodo qualsiasi o Schottky o al germanio. Il segnale giunge all’amplificatore operazionale che riceve sul pin positivo il segnale e su quello negativo metà segnale di uscita. Per il principio del cortocircuito virtuale sul pin positivo e negativo dell’amplificatore operazionale si deve avere la stessa tensione. Il transistor Q1 funge da finale e può essere un BJT Darlington NPN con corrente di almeno 2A, un MOSFET di tipo N con corrente di almeno 2A e tensione di soglia molto bassa (1V) oppure un IGBT con tensione di soglia anch’essa bassa.

R3, R2 e C3 fungono da feedback del sistema mentre R4 e C4 filtrano le componenti ad alta frequenza.

Il segnale in uscita si trova sui pin Vout ed è li che va connesso l’altoparlante.

 




 

RISULTATI

La distorsione armonica è stata misurata e risulta 0.2 con la tensione in ingresso a metà valore mentre sale a 0.4 alla massima potenza.

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

Il circuito montato su breadboard ha la seguente configurazione:

 

POTENZA E SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO

Il transistor Q1 assorbe 16W (Potenza_max) circa. In base al tipo di finale usato bisogna calcolare il dissipatore da usare. Rt_case è la resistenza termica del case, Tmax_desiderata è la tensione del silicio interna al finale che si desidera e deve essere di una decina di gradi minore di quella massima supportata. Tamb è la temperatura ambiente (considerare 30 gradi centigradi come caso peggiore), Rt_contatto è la resistenza termica tra il transistor e il dissipatore e usando la pasta termica senza mica si ha un valore di 0.5°C/W.

La formula per calcolare il valore del dissipatore è:

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

 

DOWNLOAD

Potete scaricare la simulazione con MULTISIM 14 al seguente LINK!!!




 

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21 pensieri su “AMPLIFICATORE DI POTENZA A SINGOLO TRANSISTOR

  1. Ciao, ti volevo chiedere una precisazione riguardo agli schemi di amplificatori pubblicati nel sito: ho notato che nessuno di essi ha la classica induttanza con la resistenza in parallelo in uscita all’ampli…è una scelta progettuale o altro? Grazie

    • Ciao 🙂
      bella domanda.
      Solitamente si usa il classico induttore con resistore negli amplificatori con alimentazione duale, non per isolare dalla continua, ma come filtro per eliminare autoscillazioni dell’amplificatore. Questa soluzione può essere evitata se si progetta l’amplificatore con una retroazione molto stabile e piazzando altri elementi, come condensatori, per evitare questo problema.
      Solitamente preferisco progettare gli amplificatori aggiungendo qualche condensatore in più che un induttore e un resistore ad alto wattaggio per due ragioni, la prima è che costano di più di qualche ceramico e inoltre assorbono una certa potenza all’altoparlante.

      • Grazie mille per la spiegazione…altra domanda relativa all’ ampli di questo articolo: a cosa serve il diodo posto tra il piedino 3 dell’operazionale e la massa?Grazie ancora!

          • Shifta la tensione di alimentazione dell’operazionale di 0.7V e serve a bilanciare la caduta di tensione causata dal diodo D1, in questo modo posso avere una tensione in uscita dell’amplificatore pari a 0, senza quel diodo si aveva l’offset introdotto da D1

  2. Ciao. Siccome vorrei realizzare un semplice amplificatore da utilizzare per la TV, ti chiedo se questo ha una qualità sonora accettabile oppure mi consigli di sceglierne un altro sempre da questo sito. Ti ringrazio.

    • Ciao 🙂
      Per semplicità questo è un ottimo schema , però come distorsione siamo allo 0.2%, simile ad un TDA2030 un classico integrato usato come amplificatore nelle televisioni. Se vuoi vedere lo schema con TDA2030 è anch’esso presente sul sito, se ti serve uno schema migliore in qualità (THD) fatti un giro nella sezione amplificatori https://www.ne555.it/category/schemi/amplificatori/

  3. Ciao,

    questo schema comporta un errore gravissimo: l’altoparlante è percorso dalla corrente continua attraversante il transistor finale il che: rende il suono brutto perché tiene l’altoparlante compresso verso il basso o l’alto costantemente; farà bruciare la bobbina dell’altoparlante in poco tempo, anche in pochi minuti in assenza di musica e se la corrente a riposo è i due amperes che citi. Ti rendi conto che porti in malora le casse della gente che ti legge??

    Marco

    • Ciao,
      come scritto nell’articolo “A differenza dei classici amplificatori che hanno due transistor come finali, questo schema ne ha uno solo anche se a scapito della qualità del suono.”

      Inoltre guardando le forme d’onde si vede che l’altoparlante riceve una tensione continua di circa 300m-400mV.

      L’altoparlante di prova l’ho tenuto acceso per 5 ore senza problemi, ovviamente non si può avere nulla di accezionale con un transistor finale

      • Ciao, ho visto lo schema e se l’alimentazione è singola come nello schema, sul carico ci sarà per forza Vcc/2 ed è impossibile che abbia solo circa 300mV come dici.
        Forse l’oscilloscopio era in AC oppure quelle sono forme d’onda che ha prodotto il simulatore che ha fatto l’autoscale, verifica con la funzione DC.
        Secondo me sarebbe essere opportuno inserire il classico condensatore in serie all’altoparlante.

  4. Secondo me questo schema ha qualche problema.
    La corrente nell’altoparlante deve fluire nei due sensi, come può farlo se c’è un solo transistor? Se fosse un Classe A, allora avrebbe almeno la resistenza di basso valore sul carico, od un generatore di corrente.
    Poi , come dicevo, manca il condensatore di disaccoppiamento e quindi il carico / altoparlante è percorso da una corrente continua, che potrbbe essere circa Vcc/2 diviso la resistenza ohmica dell’altoparlante.

    • Caro Stefano,
      come detto e ripetuto più volte questo amplificatore non è per alta qualità.

      funziona esattamente come un regolatore LDO. quindi provalo a vedere in DC e tutto torna.

      puoi scaricare la simulazione multisim così riesci a vedere tutte le tensioni e il loro andamento. non ci dovrebbe essere nessun errore.

      il circuito è stato montato e provato con oscilloscopio.

  5. Mi rincresce ma più riguardo questo schema e più vedo cose che non tornano… Ma non è che per caso c’è qualche possibile e comprensibile errore di disegno dello schema o qualcosa del genere?

    • Caro Stefano,
      ho risposto sopra.

      se ti va prova a mantorlo e puoi magari fare la prova ad inserire il condensatore di filtraggio.

      Questo articolo è espirtato ad un libro dell’università dove lo proponevano come esercizio. Tutto quello che c’è sul sito è simulato, testato e funzionante a meno che non ho invertito qualcosa nello schema. Visto che uso lo schema della simulazione come immagine è difficile

  6. Ciao ed innanzitutto grazie per le gentili risposte.
    Confesso che nella mia prima valutazione ho fatto un errore: a riposo l’uscita è a GND, in quanto lo è anche l’ingresso non invertente dell’operazionale.
    Però ciò non toglie che al carico/altoparlante ci finiscono solo le semionde positive e quindi la “distorsione” è ben oltre lo 0,2% che affermi.
    Quanto ti dico ha conferma da una prova che ho fatto, usando un simulatore Spice e la forma d’onda è ben diversa da quanto è presente nell’articolo.
    Non mi sembra ci sia modo di inviarti il plot prodotto dal simulatore ma è così.
    Da parte mia, per spirito di dibattito ed indagine ho fatto una verifica ed ho visto quanto sopra.
    Ti chiederei se potessi fare altrettanto… non so spiegare perché tu abbia riscontrato cose tanto diverse e per questo posso solo fare delle ipotesi.
    La sonda collegata nella foto sembra sul pin 3 dell’operazionale e non sull’uscita, poi non so…

    • Caro Stefano,
      ciò che dici è corretto,
      al carico arrivano solo segnale positivo, però C1 e D1 formano un circuito che trasforma il segnale di ingresso in segnale solo positivo (non ricordo il nome del circuito formato da C1 e D1). Quindi l’operazionale ha su entrambi i pin solo segnali di segnale positivo, mai minore di 0.

      il problema di questo schema come detto è che il crico ha una componente DC. Sarebbe bello se riesci a realizzarlo e provarlo con un filtro capacitivo classico.

      puoi allegare foto delle tue simulazioni sul forum oppure rispondendo al commento nella board di wordpress

      • Ho ricontrollato le simulazioni,
        Se lo stadio di ingresso non è ben progettato e ci sono semionde negative il circuito distorce molto. bisogna avere D1 quasi ideale.

        Se colleghi l’anodo di D1 al anodo di D2 non dovresti avere nessuna distorsione. Se ti da ancora problemi sostituisci D2 con un generatore DC di 0.7V.

        Fammi sapere

        • Secondo me il problema va oltre questo e non si risolve come suggerisci.
          Nella situazione attuale l’unico modo per avere una sinusoide in uscita (chiaramente con la componente continua) è limitare il segnale di ingresso e sistemare i diodi od aggiungere (in qualche modo) un generatore non servirà
          In ogni caso poi non tornano le potenze / distorsioni dichiarate… Sarebbe forse meglio polarizzare l’ingresso non invertente a Vcc/2 con un partitore ed applicare lì il segnale di ingresso con il disaccoppiamento (l’attuale C1) e togliere i diodi ma poi sul carico avresti 10V continui.
          Francamente non vedo molte possibilità di avere miglioramenti consistenti, quantomeno per avvicinarsi alle caratteristiche dichiarate.
          Ho poca dimestichezza con certi sistemi di comunicazione, abbi pazienza, adesso vero di fare un paio di screenshot e provo a postarli nel forum dove ho aperto un topic a proposito.

  7. Ho provato a mettere uno screenshot in “MEDIA” e la traccia di uscita (rossa) dimostra quanto dico (l’altra è l’ingresso dell’operazionale.
    Giusto per completezza, vorrei far notare che anche quanto pubblicato nel sito per gli amplificatori operazionali
    https://www.ne555.it/amplificatori-operazionali/
    mostra e spiega che il comportamento risulta per forza diverso.

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