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ANALOG/MIXED SIGNAL
PUSH-PULL
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- ELETTRONICA OGGI 455 - GIUGNO/LUGLIO 2016
G
li amplificatori in classe D sono diventati molto popo-
lari come topologia di amplificatori audio grazie alla
loro elevata efficienza e al basso costo. Lo stadio di
uscita a elevata corrente utilizza commutatori binari, da cui
consegue una bassa generazione di calore e ridotte perdita
di potenza. Ciò consente di utilizzare alimentatori e dissipatori
più piccoli, con conseguente riduzione delle dimensioni fisi-
che complessive.
L’efficienza tipica di un amplificatore in Classe D è superiore al
90%, ben superiore rispetto a quella di un tipico amplificatore
in Classe AB, che è pari al 50%. In un amplificatore di questo
tipo, la maggior parte dell’inefficienza è imputabile ai dispositi-
vi dello stadio di uscita che devono operare nella regione line-
are. Poiché la corrente fluisce attraverso tali dispositivi, essa
viene convertita in calore anziché essere trasferita al carico.
Un amplificatore in Classe D di tipo push-pull a ponte intero a
canale singolo può essere realizzato utilizzando solo le funzio-
nalità analogiche di un microcontrollore a 16 bit e un numero
ridotto di componenti esterni. In tal modo il processore può
essere utilizzato per altre applicazioni.
Topologia di un amplificatore in classe D
Un amplificatore audio in classe D è essenzialmente un
amplificatore PWM. Il segnale audio di ingresso viene utilizza-
to come riferimento di modulazione per una portante PWM. Il
segnale PWM risultante pilota uno stadio di uscita di potenza
più elevata e viene filtrato al fine di recuperare il segnale au-
dio amplificato. Lo schema a blocchi di figura 1 evidenzia le
quattro sezioni principali di un amplificatore in classe D: ge-
neratore di onda triangolare, comparatore della modulazione
audio, controllore del commutatore e e stadio di uscita e filtro
passa basso.
Utilizzando un comparatore, il segnale audio analogico vie-
ne prima confrontato con un’onda triangolare a elevata fre-
quenza per creare una forma d’onda impulsiva direttamente
proporzionale al valore instananeo del segnale audio. Ciò si
traduce in una rappresentazione digitale del segnale analogi-
co, che può pilotare i dispositivi di uscita solamente negli stati
di on e di off.
La logica aggiuntiva produce l’inverso del segnale digitale per
pilotare la coppia di commutatori complementari. Un control-
lore del commutatore fornisce la sincronizzazione del segnale
e le tensioni di pilotaggio del gate per i dispositivi di uscita.
I commutatori di uscita forniscono un guadagno di tensione
proporzionale alla tensione di alimentazione ed elevata ca-
pacità di corrente per pilotare la bobina dell’altoparlante. Un
filtro passa basso, infine, elimina la frequenza della portante e
ricrea il segnale audio analogico.
Ingresso analogico
Il segnale audio in ingresso deve essere filtrato prima di poter
essere confrontato con l’onda triangolare. Un filtro passa bas-
Fig. 1 – Schema a blocchi di un amplificatore in Classe D
Come realizzare un amplificatore
audio in Classe D
Steve Bowling
Product architect
Microchip Technology
Per implementare un amplificatore di questo tipo
sono richiesti un microcontrollore a 16 bit e un
numero ridotto di periferiche esterne