Amplificatori

CLASSIFICAZIONE DEGLI AMPLIFICATORI

Gli amplificatori per piccolo segnale fino ad ora studiati lavorano tutti

nella cosiddetta Classe A: un singolo elemento attivo si occupa di

amplificare l'intero segnale. In tale situazione l'elemento attivo

conduce per tutti i 360° della sinusoide del segnale (si dice che

l'angolo di conduzione o circolazione della corrente è 360°).

Eseguendo dei calcoli dal punto di vista energetico, si ricava che

l'efficienza dell'amplificatore è molto bassa, con un valore massimo del

25% (raggiunge il 50% con accoppiamento d'uscita a trasformatore).

Valori di efficienza così bassi, accettabili quando le potenze in gioco

sono minime (piccolo segnale), non lo sono più quando si devono

amplificare segnali con ampiezze e potenze notevoli.

Si può vedere che il problema maggiore deriva da fatto che il punto di

riposo va posizionato al centro della caratteristica. Ciò significa che,

Classe A anche in assenza o per valori piccoli del segnale da amplificare, la

dissipazione di potenza, dovuta appunto al punto di riposo, resta

elevata.

Una soluzione può essere quella di utilizzare due elementi attivi,

ciascuno dei quali funziona soltanto per metà del tempo: uno amplifica

la semionda positiva, l'altro quella negativa. In questo modo il singolo

elemento può essere polarizzato in prossimità dell'interdizione ed

essere acceso solo in presenza di segnale.

In questa situazione l'angolo di conduzione della corrente è 180°. Si

parla allora di Amplificatori in Classe B.

Si dimostra che in questa nuova configurazione l'efficienza

dell'amplificatore può raggiungere un valore massimo del 78,5%!

Classe B 1

Stadi di uscita in un amplificatore di potenza

Nel caso sia necessario erogare molta corrente, come

capita negli amplificatori di potenza (il carico può essere un

altoparlante che deve generare parecchi Watt di potenza

sonora), la configurazione di uscita più conveniente per

l'amplificatore è certamente quella a collettore comune.

Come sappiamo, un collettore comune presenta una

resistenza di uscita molto bassa (che garantisce elevate

correnti) ma con un guadagno di tensione inferiore all'unità.

Ciò vuol dire che tutti il guadagno di tensione necessario

alla corretta amplificazione dovrà essere fornito dagli stadi

precedenti.

Lo schema dello stadio di uscita nel caso di un

amplificatore in Classe A può essere schematizzato come

a sinistra.

Si è però appena detto che la Classe A dà rendimenti

bassissimi, per cui si preferisce utilizzare uno stadio di

uscita diverso.

Lo schema in basso rappresenta lo stadio di uscita di un

amplificatore in Classe B: si nota la presenza di due

transistori, un npn per amplificare le semionde positive ed

un pnp per quelle negative. I due transistori, connessi

entrambi a collettore comune, vengono detti Coppia

Complementare essendo di tipo opposto.

Questo circuito viene spesso chiamato Stadio a

Simmetria Complementare o Push-Pull o

in Controfase. 2

Amplificatore di potenza in Classe B

Possiamo considerare la Caratteristica di Trasferimento vs per lo

stadio a simmetria complementare.

Come si vede, i due transistori sono accesi uno alla volta. Nei tratti in cui

ciascun transistore è acceso, esso riporta in uscita la tensione di

ingresso, ovviamente a meno della caduta di tensione statica . Per

tal motivo, la pendenza della caratteristica per ogni transistore è unitaria

(stiamo approssimando ad 1 l'amplificazione).

Si nota però che è presente una fascia della tensione di ingresso, pari a

± , nella quale nessuno dei due transistori conduce. Ciò dà luogo ad

una distorsione del segnale di uscita, che non segue più esattamente

quello di ingresso. Anzi se il segnale è inferiore alla soglia di conduzione

dei transistori, esso non viene proprio amplificato!

Questo fenomeno dà luogo alla cosiddetta Distorsione di Cross-Over o

di Attraversamento. 3

Amplificatore di potenza in Classe B (continua…)

Poiché la distorsione di cross-over è dovuta alla tensione di soglia

dei due transistori, una strategia è quella di sommare, all'ingresso di

ciascun transistore, una tensione pari alla . Si ottiene così il

/

circuito di sinistra, dove ciascuna delle tensioni indicate è

pari proprio alla .

La caratteristica di trasferimento si modifica come nella figura in

basso, di fatto annullando la distorsione di cross-over!

Resta il problema di come implementare i due generatori

(ovviamente non possono essere due batterie!).

Una possibilità è indicata nel circuito in basso, in cui la caduta

necessaria viene implementata con due diodi a giunzione

polarizzati direttamente da un generatore di corrente. Il segnale

non è iniettato nel nodo tra i due diodi (sarebbe più corretto per

simmetria), ma la leggera asimmetria che si crea con questo

schema viene compensata dalla rete di reazione. 4

Amplificatore di potenza in Classe B (continua…)

La presenza di una polarizzazione fissa per i due

transistori non è in effetti una condizione ottimale.

Sebbene in teoria si sia debellata la distorsione di cross-

over, si vede che, se i transistori conducono ciascuno

esattamente per 180°, un residuo di tale distorsione può

essere presente a causa del loro comportamento a

ridosso dell'interdizione.

Per eliminare la distorsione è necessario polarizzare i

transistori in modo che, per un piccolo angolo, i due

dispositivi conducano simultaneamente. Tali amplificatori

vengono detti in Classe AB.

Serve avere una certa elasticità nel dosare la

polarizzazione. A tal scopo viene utilizzato un particolare

circuito detto Moltiplicatore di .

Consideriamo trascurabile la corrente di base di . La

tensione coincide con la di .

= = Da questa si ricava che:

+

+

= =

Negli amplificatori a componenti discreti tra le due resistenze può essere posto un trimmer resistivo per

regolare finemente la tensione per ottenere la polarizzazione desiderata.

Inoltre il transistore viene spesso avvitato sulla stessa aletta di raffreddamento che contiene i due

transistori finali e : se questi si riscaldano, anche si riscalda e, diminuendo al sua

/°),

(−, diminuisce la e quindi la polarizzazione dei finali, proteggendoli da

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eventuali surriscaldamenti.