Ampli BF 200 watt in classe D 2/4

Ampli BF 200 watt in classe D 2

L’efficienza alla massima potenza è dell’ordine del 94% con una produzione di calore di appena 12 watt, calore che viene dissipato da quattro piccoli radiatori per TO220. La disponibilità della scatola di montaggio elimina qualsiasi problema di reperibilità dei componenti consentendo a chiunque di portare a termine questo progetto. Prima di analizzare in dettaglio lo schema elettrico del circuito proposto, è opportuno approfondire la conoscenza di questa particolare tecnica.

amplificatore_classe_d_schema_funzionale

GLI AMPLIFICATORI IN CLASSE D

Nei dispositivi funzionanti in classe D, lo stadio di potenza non si comporta come un amplificatore lineare ma bensì come un interruttore che viene chiuso ed aperto ad una frequenza elevatissima, nel nostro caso di circa 240 KHz. Il valor medio dell’onda quadra applicata al carico dipende ovviamente dal cosiddetto duty-cycle, ovvero dal rapporto tra il tempo durante il quale il finale (o i finali) è in conduzione rispetto al tempo durante il quale il dispositivo è interdetto. Ad esempio, nel caso di duty cycle del 50% il valore medio della tensione di uscita sarà pari a 1/2 Vcc mentre nel caso di duty-cycle del 100% il valore medio sarà uguale alla Vcc.

In pratica, dunque, negli amplificatori in classe D il segnale di bassa frequenza modifica la larghezza degli impulsi del segnale di commutazione ovvero modula in PWM (Pulse Width Modulation) il segnale digitale.

schema_elettrico_ampli_bf

Quest’ultimo, essendo di tipo ON/OFF, è facilmente amplificabile in potenza con perdite molto basse, dovute esclusivamente alla resistenza interna che il finale di potenza (transistor, MOSFET o IGBT) presenta in saturazione. I disegni chiariscono come funziona la modulazione PWM. Gli impulsi generati dall’oscillatore locale (B) presenta no una frequenza fissa (nel nostro caso 240 KHz) ed un duty-cycle del 50% quando il segnale di ingresso è di zero volt. Modulando il generatore con un segnale sinusoidale (A), la frequenza non cambia ma la durata di ciascun impulso aumenta se la tensione diventa più positiva o diminuisce se la tensione presenta un valore negativo (C). Per ricostruire il segnale audio è sufficiente utilizzare in uscita un filtro passa-basso con frequenza di taglio di 30 KHz circa. Purtroppo tale filtro deve essere in grado di lavorare con correnti elevate in quanto va collegato tra lo stadio di potenza e l’altoparlante. Solitamente questi filtri utilizzano due o più induttori realizzati con nuclei toroidali.

ampli_bf_piano_cablaggio

Nella maggior parte dei casi lo stadio di potenza utilizza una configurazione a ponte che consente di ottenere una tensione di zero volt ai capi del carico con un duty-cycle del 50%. In commercio esistono vari integrati dedicati che svolgono tutte le funzioni necessarie e che sono in grado di pilotare direttamente i quattro mosfet di potenza; nel nostro caso abbiamo utilizzato l’integrato HIP4080A dell’Harris il cui schema applicativo (come amplificatore di potenza in classe D) è riportato nelle illustrazioni. Il segnale di clock inviato all’integrato viene generato da un semplice oscillatore realizzato con delle porte digitali; l’HIP4080A pilota direttamente quattro mosfet collegati a ponte il cui carico è rappresentato dall’altoparlante da 4 ohm.

Un filtro passabasso a 4 poli consente di “ricostruire” fedelmente il segnale di uscita. Completano il dispositivo due circuiti di protezione in corrente.

Il kit è disponibile da Futura Elettronica

One Response

  1. frenk.bigger 5 agosto 2013

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