Un amplificatore in classe B con polarizzazione automatica
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Dalla rivista:
Elettronica Oggi
Gli amplificatori in classe B sono spesso inclini alla distorsione di crossover che tipicamente si manifesta nello stadio d’uscita quando avvengono le transizioni da un transistor all’altro. Per prevenire questa distorsione si usa spesso far fluire la corrente di polarizzazione simultaneamente su entrambi i transistor per il tempo strettamente necessario alla transizione durante il quale rimangono entrambi in conduzione.
Nei circuiti di polarizzazione tradizionali, tuttavia, si tende ad applicare una tensione costante fra le basi dei due transistor che però favorisce la conduzione dei due dispositivi anche quando non c’è alcun segnale applicato e, inoltre, questi circuiti di polarizzazione sono un po’ sensibili alla temperatura e necessitano di un’indispensabile compensazione termica per stabilizzarne la risposta.
La figura 1 mostra una configurazione circuitale che regola la polarizzazione automaticamente in modo tale da risolvere il problema, giacché in questo amplificatore in classe B la resistenza R1 disattiva la corrente di polarizzazione quando non c’è segnale applicato. La corrente di emettitore del transistor Q3 è pari a (VCC-VBIAS-VBEQ3)/R1, dove VCC è la tensione di alimentazione, VBIAS è la tensione continua sugli emettitori dei transistor Q1 e Q2, VBEQ3 è la tensione base/emettitore di Q3 e VBEQ1 è la tensione base/emettitore di Q1. In pratica, i transistor Q1 e Q2 specchiano la stessa corrente perché sia Q1 e Q3 sia Q2 e Q4 hanno la stessa corrente di polarizzazione.
Fig. 1 – La corrente di polarizzazione è applicata su entrambi i transistor Q1 e Q2 per impedirne lo spegnimento simultaneo
Assumendo che tutti i quattro transistor siano perfettamente sincronizzati e abbiano i medesimi livelli di corrente in base e collettore, ne consegue che Q1 e Q2 sono un perfetto specchio di corrente per la R1. Tutto ciò può funzionare anche se i transistor non sono perfettamente accoppiati. In questo caso, infatti, Q3 e Q4 vanno comunque in saturazione insieme e siccome l’effetto di specchio di corrente dipende dal guadagno di corrente hFE dei transistor, ne consegue che la differenza fra la corrente di polarizzazione di Q1/Q2 e la corrente in R1 può essere un po’ maggiore, ma comunque ininfluente. Questo succede perché il circuito aggiusta automaticamente la tensione su C2 per compensare la temperatura e le caratteristiche dei transistor.
Quando c’è segnale applicato, allora il guadagno di corrente del circuito è pari all’hFE di uno dei due transistor d’uscita Q1 o Q2 (esattamente ciò che succede anche nei circuiti amplificatori in classe B tradizionali). Durante le semionde positive del segnale, il transistor Q1 comanda la corrente di carico e siccome la corrente di polarizzazione aumenta ecco che il transistor Q3 va in saturazione. Durante le semionde negative del segnale è il transistor Q2 che comanda la corrente di carico mentre il Q4 satura.
La figura 2 illustra la risposta del circuito in corrente alternata. La massima corrente di carico media si registra quando la corrente in R1 è doppia di quella in Q1 e l’amplificatore operazionale dev’essere capace di livellare la corrente in base di Q2 al valore: (corrente di carico/hFE)+((VCC-VBEx4)/R1). Una tipica applicazione di questo particolare amplificatore in classe B è mostrata nella figura 3 e garantisce un’erogazione di 0,25 W su 8 Ohm, mentre la figura 4 mostra che la distorsione armonica totale nella banda da 45 Hz a 50 kHz è pari a 1 Vrms su 8 Ohm.
Fig. 2 – Nelle semionde positive la corrente fluisce da Q1 a C1 verso il carico (a), mentre nelle semionde negative la corrente scorre attraverso Q2 (b)
Fig. 3 – Un’applicazione tipica di questo circuito in classe B come amplificatore per auricolari audio
Fig. 4 – Il grafico mostra la linearità della distorsione misurata sul circuito della figura precedente
Pierre Corbell, Paradox Innovation
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