Transcript Lezione-09

COSTRUZIONI E STRUMENTAZIONE
ELETTRONICHE
Lezione n° 9
• Amplificatori di potenza
– Classe “B”
– Classe “A-B”
• Progetto
– Amplificatori audio
C.S.E.
9.1
Richiami
• Amplificatori di potenza
– Amplificatori aperiodici
– Amplificatori accordati
• Rendimento & Efficienza
• Classe A
• Classe B
• Classe C
C.S.E.
9.2
Rendimento & Efficienza
• Rendimento
Potenza sul carico
PU 1

100 
Potenza assorbita
PE
%
• Fattore di merito (o cifra di merito) [Efficienza1]
*
Potenza max dissipata da ciascun elemento attivo PD max
Fm 

Potenza max fornita al carico
P1max
C.S.E.
9.3
Classe B con accoppiamento a
Trasformatore
Q1
RS
Vs
Ic1
Ib1
Vcc
Is
IL
RL
Is
IL
Ib2
Ic2
Q2
C.S.E.
9.4
Classe B a simmetria complementare
• Push-Pull
VCC
Q
1
RS
VS
+
+
--
Q
2
R
V
L
-- U
-VCC
C.S.E.
9.5
Caratteristica di trasferimento
• Q1 semionda positiva
• Q2 semionda negativa
V
VU-VCESAT
VCC
U
Q
1
RS
VS
+
+
--
Q
2
R
V
L
U
--
Vg
Vg
VI
-VCC
-VU+VCESAT
C.S.E.
9.6
Rendimento 1
• Trascurando la non linearità si ha la
conduzione per 180°
iRL  I M sin t
• Semiperiodo positivo
T
I DC
1

T
2
 I M sin tdt 
0
IM

PE  VCC I DC
• Semiperiodo negativo
PE  PE  VCC I DC
C.S.E.
9.7
Rendimento 2
• Potenza erogata totale

E

E
PE  P  P  2VCC I DC 
2VCC I M

2VCC V M

  RL
Potenza utile
VM I M VM2
P1 

2
2 RL
Rendimento
P1  VM


PE 4 VCC
max 

4
C.S.E.
 78.5%
9.8
Potenza dissipata dai BJT
• Potenza dissipata dai BJT
2VCC V M VM2
PD  PE  P1 

  RL
2RL
• Potenza dissipata MAX
2VCC VM
PD


0
VM   RL RL
2VCC V M
PE 
  RL
VM2
P1 
2RL
VM 
2VCC

2
CC
2V
PD max  2
  RL
C.S.E.
9.9
Fattore di merito
• Risulta
P1 max 
2
VCC
PD max 
2 RL
2
2VCC
  RL
2
PD max 2
4
Fm 

 0.202
2
P1 max
2
• Potenza dissipata da ciascun BJT
PDQ1  PDQ 2  P1max Fm  0.2P1max
C.S.E.
9.10
Distorsioni
• Distorsione di crossover
Vi
V
U
t
C.S.E.
9.11
Eliminazione del Crossover
mediante reazione
• Si usa il principio del “diodo ideale”
VCC
Q
--
VS
RS
1
+
+
-VCC
C.S.E.
Q
R
V
2
L
-- U
9.12
Eliminazione del Crossover
mediante Classe AB
• Schema di principio
VCC
RA
Q
D1
1
VS
+
D2
RB
Q
R
V
2
L
-- U
-VCC
C.S.E.
9.13
OSSERVAZIONI
• La caduta sui diodi elimina la distorsione di
Crossover
• I transistori d’uscita sono spesso delle coppie
DARLINGTON
• La caduta sui diodi deve essere uguale alla
somma delle Vcut-in dei Transistori
• Le resistenze di polarizzazione riducono
l’amplificazione
C.S.E.
9.14
Classe AB a trasformatore
Q1
RS
R1
Vs
RL
R2
Vcc
Q2
C.S.E.
9.15
Riduzione dell’attenuazione
Q1
RS
R1
Vs
RL
R2
Vcc
C1
NO!!!!!
Q2
C.S.E.
9.16
PROGETTO
•
C.S.E.
9.17
SPECIFICHE
• Amplificatore audio caratterizzato da :
– PU = 100 W
– RL = 4 
• Richiesta protezione contro cortocircuiti
– Non permanenti
I M2
PU  RL 
2
P
I M  U  2  5  2  7.07 A
RL
VM  I M  RL  28.28 V
C.S.E.
9.18
Schema
VCC1
RE6
RE5
Q1
Q5
Q6
Q7
RA
RK
Q3
RL
4
RP2
RB
R1
RS
RP1
CS
Q8
Q4
Q2
VS
R2
RE4
VCC2
C.S.E.
9.19
Push - Pull
VCC1
35 V
Q1
RL
4
Q2
VCC2
35 V
C.S.E.
9.20
Protezioni contro cortocircuiti
Q7
RP1
RP2
Q8
C.S.E.
9.21
Moltiplicatore di VBE
RA
Q3
RB
C.S.E.
9.22
Carico dinamico
RE6
Q6
RE5
Q5
RK
C.S.E.
9.23
Preamplificatore
R1
RS
CS
Q4
VS
R2
RE4
C.S.E.
9.24
Parametri MAX per BJT (1)
• Classe A
VCC
VCC
IC
Rc
R
L
CA
+
Q
VS
+
RB
V
U
--
VBB
--
C.S.E.
VCE
VCC
9.25
Parametri MAX per BJT (2)
• BJT
VCE max 
I C max 
ICmax
IC
PD  VCB I C  VBE I E
 VCB I C  VBE I C  VBE I B
 VCE I C  VBE I B  VCE I C
VCE
VCEmax
C.S.E.
9.26
Parametri MAX per BJT (3)
• Caratteristiche
VCC
RL
CA
Q
VS
+
RB
+
--
VU
VBB
PD
 VCC  2 RC I C  0
I C
VCC
I C
2 RC
2
VCC
P D max 
4 RC
--
PD
VCC/2RC
VCE  VCC  RC I C
PE  VCC I C
2
PRC  RC I C
2
PD  VCC I C  RC I C
VCC/RC IC
C.S.E.
9.27
1 Scelta dei FINALI
• Coppie DARLINGTON complementari
 VCE > 2 Vcc
 ICmax > IM
Q1
• NPN MJ3001
 VCE = 80 V; IC = 10 A;
 PD =150 W; hfe > 1000
• PNP MJ2501
Q2
 VCE = -80 V; IC = -10 A;
 PD =150 W; hfe > 1000
C.S.E.
9.28
2 Scelta delle VCC
• Dall’equazioone alla maglia d’uscita
VCC  VM  Vg  2 Vg  VCEsat  RE 5  I 0
VCC  28.28  0.7  1.4  0.2  1.5  32.08 V
VCC  35 V
VCC1
RE5
I0
Q1
Q5
Q7
• VCC > 32 per essere
sicuri di non avere
saturazioni o interdizioni
• VCC più bassa possibile
per ridurre la potenza
dissipata
RL
4
87.5 m
C.S.E.
9.29
3 Scelta delle correnti
Polarizzazione in classe A – B
• Serve a garantire il funzionamento in
classe A – B
• Basso valore per ridurre
la dissipazione di potenza
sui finali
Q1
RP1
IQ0
RP2
I Q 0  20 mA
Q2
C.S.E.
9.30
4 Correnti dei transistori
Q1; Q2 e Q 3
• Corrente di base max di Q1
I BQ1max 
IM
 7.1 mA
h fe1
IBQ1
Q1
• Corrente di base di Q2
I BQ2 max  I BQ1max  7.1 mA
RP1
Q3
IM
ICQ3
RP2
• Corrente di Q3
IM
I CQ 3 min  I BQ1max 2  2.9 mA
Q2
I CQ 3 max  I CQ 3 min  I BQ1max  10 mA
IBQ2
C.S.E.
9.31
5 Correnti di Polarizzazione
• Corrente in RA e RB (partitore pesante)
I RA  I RB  ICQ3max 10  1 mA
• Generatore di corrente
I 0  ICQ3max  I RA  10  1  11 mA
• Corrente di riposo di Q4
ICQ 4q  I 0  11 mA
I0
RE6 RE5
I0
Q1
Q5
Q6
RA
• Correte Max di Q4
RB
ICQ 4max  I 0  I BQ2 max  18.1 mA
• Correte min di Q4
Q4
Q2
RE4
ICQ 4 min  I 0  I BQ1max  3.9 mA
0
C.S.E.
9.32
6 Scelta dei transistori rimanenti (’)
• Q3  BJT di potenza per essere accoppiato
termicamente a Q1 e Q2
VCE  4 Vg ; IC  11 mA
BD175-16
VCE = 45 V; IC = 3 A; hfe = 100
• Q4
Q3
VCE  70 V; I C  19 mA; PD  1.33 W
BSP43
VCE = 80 V; IC= 1 A;
hfe = 150; PD = 2 W
Q4
C.S.E.
9.33
6 Scelta dei transistori rimanenti (’’)
• Q5 e Q6  Q5 = Q 6
VCE  70 V; IC  11mA; PD  770mW
BSP33
VCE = -80 V; IC= -1 A;
hfe = 150; PD = 2 W
• Q7
VCE  3Vg
Q6
Q7
; IC I BQ1
2N2222
VCE = 30 V; IC= 0.5 A; hfe=100
• Q8
VCE  3Vg
Q5
Q8
; IC  I BQ2
2N2907
VCE = -30 V; IC= -0.5 A; hfe=100
C.S.E.
9.34