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ANALOG/MIXED SIGNAL
PUSH-PULL
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- ELETTRONICA OGGI 455 - GIUGNO/LUGLIO 2016
so può impedire l’insorgere di fenomeni di aliasing (sovrap-
posizione) e il livelo dovrebbe essere mantenuto al di sotto
di quello dell’onda triangolare. L’ampiezza del segnale audio
potrebbe dover essere attenuata o amplificata per adattarsi a
quella fornita comparatore e all’ampiezza del segnale a onda
triangolare.
Per migliorare il rapporto tra segnale e rumore (SNR - Signal-
to-Noise Ratio), il livello di picco del segnale audio in ingres-
so dovrebbe essere essere il più vicino possibile al valore di
fondo scala del sistema. A seconda dell’applicazione e dell’al-
toparlante da pilotare, questo può essere utile per limitare la
banda del segnale in ingresso. Per esempio, se viene utilizzato
un piccolo altoparlante che non è in grado di riprodurre toni
con frequenza inferiore ai 100Hz, all’ingresso dovrebbe esser-
ci un filtro passa alto per ridurre lo spreco di energia e limitare
possibili danni all’altoparlante stesso.
Alimentazione
La presenza di un alimentatore DC stabile è importante poiché
esso riveste un ruolo determinante per le prestazioni dell’am-
plificatore in termini di guadagno, distorsione armonica totale
(THD) e rumore. Poiché negli amplificatori in classe D la reie-
zione al rumore di alimentazione è molto ridotta (o addirittura
assente), qualsiasi rumore o caduta di tensione vengono
trasmessi all’uscita. A causa della natura digitale degli ali-
mentatori in classe D, l’alimentazione deve fornire transitori
di corrente di ampie dimensioni ogni volta che si verifica la
commutazione dei dispositivi di uscita. L’alimentatore può an-
che subire influenze da parte degli elementi che accumulano
energia presenti nel filtro passa basso e nella bobina dell’al-
toparlante.
Stadio di uscita
L’utilizzo di uno stadio di uscita in configurazione a ponte in-
tero (Fig. 2), riduce gli effetti dell’alimentazione sul degrado
delle prestazioni, e può essere implementato con uno schema
a terminazione singola (single rail).
È necessario prevedere qualche tempo morto (dead time) per
prevenire un flusso di corrente dannoso attraverso gli switch.
Il tempo morto è un ritardo nel pilotaggio nello stadio alto
(high) di un commutatore causato dagli effetti di assestamen-
to di tipo capacitivo dei commutatori di uscita. Questo evita
che entrambi i commutatori possano essere chiusi contem-
poraneamente, provocando il cortocircuito di V+ con GND.
L’ammomtare del tempo morto dipende dal ritardo on-off dei
commutatori e avrà ripercussioni sul THD. Una topologia a
ponte intero è caratterizzata da valori di offset e THD inferiori
rispetto a quelli di una topologia a semiponte (half-bridge) e
può essere implementata senza ricorrere a un circuito di re-
troazione (feedback). Quando è inattivo, il duty cycle del PWM
è pari al 50% e la tensione media su entrambe le terminazioni
della bobina dell’altoparlante è uguale a V+/2.
Filtro di uscita
Un tipico filtro di uscita per un amplificatore in classe D è un
filtro passa basso L-C di secondo ordine, senza componenti
resistivi che possano sprecare potenza. La frequenza di taglio
del filtro dovrebbe essere pari a un valore almeno quattro
volte interiore della frequenza di commutazione del gene-
ratore triangolare. L’impedenza nominale dell’altoparlante
dell’applicazione contribuirà a determinare il valore iniziale
degli induttori e dei condensatori. Tuttavia, poiché l’induttan-
za e la capacità intrinseche della bobina dell’altoparlante in-
teragiscono a loro volta con gli elementi del filtro, dovrebbero
essere tenuti in considerazione durante la progettazione. Il li-
vello di potenza dell’amplificatore e la corrente risultante ero-
gata attraverso il filtro definiscono la potenza nominale degli
elementi del filtro. Infine, in alcuni schemi possono sussistere
vincoli rispetto ai valori di interferenze EMI. Lo schema del
filtro, la disposizione fisica e l’instradamento (routing) delle
tracce debbono essere valutati attentamente al fine di ottimiz-
zare le prestazioni.
Esempio di realizzazione pratica
Un microcontrollore a 16 bit, come il mod. PIC24FV16KM202
di Microchip, può disporre di un’ampia gamma di periferi-
che analogiche e digitali utilizzabili per creare un amplifica-
tore analogico in classe D. Il dispositivo KM prevede anche
Fig. 2 – Schema di circuito di uscita a pont eintero (full bridge)