Nuovo appuntamento con la Rubrica Firmware Reload nella quale potete leggere gli articoli tecnici della passata rivista cartacea Firmware con all'interno tantissimi contenuti sull'elettronica, ancora di interesse per makers e professionisti. I comuni amplificatori operazionali necessitano spesso di circuiti di post-amplificazione utili a fornire al carico segnali caratterizzati da tensioni e/o corrente che gli amplificatori integrati monolitici non sono in grado di assicurare. Di questi circuiti, noti come Power Booster Amplifier, discuteremo topologie e principi di analisi e progettazione.
HIGH CURRENT BOOSTER
In Figura 1 è mostrato uno stadio booster con corrente massima di uscita pari a 3°, ottenuto a partire da un power buffer LT1010 che può fornire soli 150mA. Si tratta di una configurazione semplice ed efficace per realizzare, per esempio, un circuito attuatore di un disk drive. La resistenza di 100 ohm rappresenta un carico per l’LT1010, mentre le due resistenze da 33 ohm “sentono” la corrente assorbita dallo stesso componente. La resistenza 0,18 ohm impone una limitazione della corrente erogata a circa 3,3 A. La capacità di 68 pF riveste invece un ruolo importante sulla stabilità del circuito.
Figura 1: High current Booster
FEED FORWARD WIDEBAND CURRENT BOOSTER
Il circuito di Figura 2 è molto simile a quello della Figura 2 della Puntata 2, anzi è praticamente equivalente, pur presentando alcune differenze di realizzazione nella sezione di booster. Come per il circuito di Figura 2 (Puntata 2), anche in questo caso, mentre il segnale in DC o in bassa frequenza passa attraverso il percorso ad operazionale, quello ad alta frequenza tende a seguire una strada alternativa. Il risultato è quello di ottenere una risposta ampia in frequenza senza compromettere la stabilità. Q1 e Q2 pilotano la coppia Q3 - Q5 e Q4 - Q7, stadi inseguitori di emettitori complementari, mentre i diodi in uscita assicurano la solita protezione contro il corto circuito e le sovracorrenti. Poiché la rete di booster è invertente, il ramo di retroazione si chiude sul morsetto non invertente dell’operazionale. Il circuito presenta uno slew rate superiore a 1000V/ms, banda a piena potenza pari a 7,5MHz e banda a -3dB pari a 14MHz. La figura mostra la risposta a un gradino di 10V con uscita su carico di 50ohm (la traccia A e quella B sono rispettivamente l’ingresso e l’uscita del circuito).
Figura 2: Feed Forward Wideband Current Booster (guadagno di tensione unitario, Vin=10V, carico 50 ohm, slew rate oltre i 1000uV/s)
OUTPUT STAGE DA ±120V
L’amplificatore mostrato in Figura 3 è molto simile a quello analizzato in Figura 3 (Puntata 2), pensato per fornire una elevata escursione di tensione ma a bassa corrente. L’operazionale 1055 è alimentato a ±15V grazie alla rete a diodo zener da 15V 1N965. Q5 e Q6 costituiscono una rete limitatrice della corrente di uscita che non può così superare circa 25mA. La resistenza da 1Mohm rappresenta un feedback locale per l’amplificatore di uscita, che in anello aperto sarebbe a elevato guadagno e che insieme alla resistenza da 50k imprime allo stesso stadio un guadagno di circa 20. La tensione di ingresso viene amplificata di un fattore circa 10 come è plausibile attendersi per gli stessi motivi che abbiamo evidenziato nell’analisi del circuito di Figura 3 (Puntata 2). Considerazioni altrettanto simili valgono per la coppia 10k-100pF negli effetti che si hanno sulla stabilizzazione del circuito. Va sottolineato che trattando segnali a tensioni piuttosto elevate, i circuiti come questo o quello di Figura 3 (Puntata 2) sono piuttosto pericolosi e vanno pertanto maneggiati con estrema cautela. E’ importante osservare che molti di questi circuiti, almeno nella loro realizzazione discreta, erano noti già prima che i transistor soppiantassero quasi del tutto le valvole termoioniche. Il circuito di Figura 3 può per esempio essere realizzato a valvole come riportato in Figura 4. Lo stadio così realizzato è molto robusto, tanto da non necessitare di particolari accorgimenti di protezione contro i corto-circuiti.
Figura 3: Stadio di Uscita a ±120V e segnali di ingresso (A) ed uscita (B) su carico di 6 Kohm. Attenzione: il circuito genera segnali di tensione elevati potenzialmente pericolosi e va pertanto maneggiato con cautela se fisicamente realizzato
Figura 4: Il circuito di Figura 3 replicato con booster realizzato a valvole. Attenzione: il circuito genera segnali di tensione elevati potenzialmente pericolosi e va pertanto maneggiato con cautela se implementato fisicamente
