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AMPLIFICATORE DA 350 W
© by Vittorio Crapella - i2viu

Schema

Ogni transistore finale ha sull'emettitore una R da 0,39 Ohm

Il segnale d'ingresso massimo per la massima potenza d'uscita é di circa 3 Vpp (1 Veff). Il problema di tutto il sistema é il trasformatore che deve essere adeguato cioè almeno un 200/250 VA (Watt) ed avere un doppio avvolgimento da circa 35 V alternati ognuno, ci vorrà un ponte di diodi che sopporti almeno 10A, degli elettrolitici di livellamento almeno da 10000 uF /63VL per ogni ramo di alimentazione e delle alette sufficientemente grandi per fissare i finali.     [Alimentatore]
Un'altra attenzione che ho visto adottare dove era montato questo amplificatore é prevedere il circuito che attacca l'altoparlante in ritardo rispetto all'accensione per non rovinare l'altoparlante stessa.    Protezione casse
L'deale sarebbe anche proteggere l'altoparlante quando va in corto un finale e porta in uscita tutta la tensione continua di alimentazione, infatti questi tipi di ampli non hanno in serie nessun elettrolitico che possa bloccare la continua. A tale scopo assolve il KIT di Nuova Elettronica LX1166 riv. nr. 171. Conclusione il progetto é valido ma la realizzazione non é proprio delle più semplici...

Foto lato componenti

Vista montaggio della parte pilota  - Vedi lato piste

L'intero progetto con PCB aggiornato 31-03-2006

SPIEGAZIONI
Quando su un circuito viene indicato un +Vcc e -Vcc con pure il simbolo massa sono tre cose ben distinte ... non é che il meno Vcc sia anche la massa ma significa che rispetto alla massa si ha sia una tensione +Vcc e una -Vcc. Se il circuito é realizzato bene i transitori a riposo conducono alla stessa maniera così da avere sull'uscita rispetto a massa circa 0V che possono essere al massimo 30/50 mV o sopra o sotto lo zero. Per i finali da Q10 a Q13 hanno tutte le basi sono collegate assieme come pure i collettori mentre ogni emettitore ha una resistenza da 0,39 Ohm La stessa cosa da Q14 a Q17

Per quanto concerne l'operazionale TL071 non é un filtro ma funge da amplificatore e amplifica
R5 / R2 e C1 C3 C4 e C5 sono condensatori che ai fini delle basse frequenze audio da amplificare sono ininfluenti e offrono una reattanza capacitiva ( Xc= 1/ 2 Pigreco F C) alta (Molti KOhm) mentre sarà bassa alle alte frequenze indesiderate cosi da limitare l'amplificazione a queste frequenze controreazionando al massimo...

Per il bias dovrebbe essere regolato in modo che il cursore di T1 fornisca la massima resistenza  in queste condizioni ho Q3 alla sua massima conduzione (Vce min) e di conseguenza  la minor conduzione dei finali . In ogni caso questa regolazione non dovrebbe influenzare lo zero volt d'uscita a riposo. Questo bias andrebbe regolato per togliere la distorsione di corssower guardando il segnale con oscilloscopio ma si può fare anche controllando la corrente ad esempio sul ramo positivo sempre a vuoto (con ingresso a massa, 0 Vin). Questa corrente, regolando T1, non dovrebbe essere superiore a 35/45 mA (20 mA é consumata dallo zener) e i finali non devono, in queste condizioni, scaldare per nessun motivo.

Per una spiegazione del funzionamento si potrebbe cominciare cosi:

La tensione tra pin 7 e 4 dell'operazionale é tenuta stabile a +15 e -15 dai due zener e con questa tensione alimento anche le basi di Q6 e Q7 attraverso le resistenze R9 e R10 che con i diodi D1, D2 e la R8 mantengono le due Vbe di Q6 e Q7 a circa poco piú di 1,2V e cioè circa 0,6 V per ognuno cosi che ognuno conduca in zona attiva. Di conseguenza (essendo i due transitori simili anche se uno PNP e l'altro NPN) la corrente che scorre in R7 e R14 é identica e pertanto sul punto di unione R4 R10 R14 e R15 avrò metà tensione di tutta l'alimentazione che se riferita a massa sarà circa 0V. Anche R7 e R12 faranno la stessa caduta di tensione cosi che Q1 e Q2 condurranno alla stessa maniera e alimentano R18 T1 e R16 e Q3 in modo da avere fra collettore ed emettitore di Q3 una tensione di circa 2,4 V che distribuite tra Q8, Q10 e Q14,Q9 questi avranno la loro Vbe di circa 0,6 V appena da tenerli pronti per la conduzione quando arriverà il segnale.

Se anche questi TR finali essendo equamente polarizzati condurranno nello stesso modo, il punto di unione delle R25 R26, dove prelevo l'uscita, si troverà rispetto a massa a 0V.
Questo tende a rimanere vero anche se dovesse tentare di sbilanciarsi per questioni ad esempio di piccole differenze fra la conduzione degli NPN rispetto ai PNP infatti attraverso R5 riporto questa tensione al piedino 3 dell'operazionale TL071 che essendo non invertente manda l'uscita allo stesso valore di tensione... In continua a riposo senza segnale il ramo R2 C2 é ininfluente entrerà in gioco solo con il segnale quando C2 alle frequenze del segnale tenderà ad offrire una Xc di poche decina di Ohm.

Supponiamo che il punto 0V d'uscita tenda a salire più in alto così da far salire anche il pin 6 dell operazionale che con R4 tende ad alzare il punto R10 R14 R15, in pratica la tensione di emettitore di Q6 e Q7 tende a salire ... essendo però le basi sottoposte a tensioni stabili dovute agli zener si avrà che la Vbe del PNP tende ad aumentare e quella dell' NPN tende a calare con la conseguenza che Q1 conduce di meno e Q2 di più ma questo contrasta con la supposizione di partenza infatti se Q1 conduce di meno anche Q8 e Q10 tendono a condurre di meno ... ecco pertanto dimostrato che a riposo si crea un equilibrio con 0V in uscita e 0V sul pin 3 del TL071.

Se applico segnale alternato sull'ingresso il pin 2, chiuso a massa con una resistenza da 33K, si allontana dallo zero V e cioè dal potenziale 0V del pin 3; ma pochi mV di differenza sugli ingressi dell'Operazionale fanno salire o scendere l'uscita tanto quanto basta affinché il segnale d'uscita riporta sul pin3 con R5, ripartito con R2 (C2 questa volta deve essere come un corto, pochi Ohm rispetto ai 220 Ohm di R2) un segnale che eguagli quello sul pin 2 così da rendere sempre vicino a 0V la differenza fra i due pin d'ingresso....

Se in entrata ad un certo istante ho un valore di 1V affinché anche sul pin 3 ci sia 1V, l'uscita dovrà salire a quel valore che ripartito su R5 e R2 dia 1V su R2 il che é come dire Vout = Vin x R5/R2 = 1 x 8200/220 = 37 V. Si può affermare che questo amplificatore amplifica circa 37 volte.

Ovviamente questo avviene sia per tensioni positive che per quelle negative... io ho considerato un istante qualsiasi prendendo solo il valore numerico puro ma se il segnale é alternato ovviamente vale per tutti gli infiniti valori sia per le semionde positive che per quelle negative.....

Q4 e Q5 sono inseriti fra le basi di Q8 e Q9 e il punto di simmetria centrale e assolvono alla limitazione di corrente dei finali.  Infatti se questi transistori dovessero andare in conduzione si osserva che le Vbe di Q8-Q10 e Q9-Q14 tendono a diminuire e di conseguenza i finali non possono far scorrere più di un tot di corrente...

La conduzione di Q4 e Q5 dipende dalla loro Vbe che provengono, attraverso R24 e R22, dalla caduta di R25 e R26.  Queste ultime R aumentano la loro caduta di tensione quando i finali fanno scorrere più corrente. Considerato che un transistore comincia a condurre quando la sua Vbe si avvicina a 0,6 V ne consegue che tale tensione la dovremmo avere su R25 e R26 quando deve intervenire la limitazione di corrente e conseguente protezione dei finali.

Ciò significa che la corrente di ogni finale dovrà essere I=V/R = 0,6/0,39= 1,5A circa.

Essendo 4 finali in parallelo la corrente totale sarà circa 6A (non poca). La rete R23 C13 e R21 C14 introducono una certa costante di tempo (R x C) che ritarda la salita delle Vbe per evitare che la limitazione possa avvenire anche per i picchi del segnale che durano pochi mS, in pratica non può intervenire se il picco di corrente é solo di breve durata...

C12 C15 evitano che Q4 e Q5 possano entrare in autooscillazione generando segnali di disturbo indesiderati, le loro Xc infatti tendono a dei cortocircuiti per frequenze alte. La stessa funzione viene svolta da C9 e C10 che essendo in parallelo tra base e collettore di Q6 e Q7 che sono degli amplificatori a emettitore comune, limiteranno l'amplificazione a quelle frequenze per le quali le Xc diventano basse cosi da controreazionare (collettore-base) i transitori. Pure C16 e C17 si comportano alla stessa maniera.

Progetto quasi uguale

VERIFICHE PRATICHE del 04-04-2006

Ho realizzato la basetta (vedi foto) utilizzando per alcuni transistori gli equivalenti o simili, e precisamente:
al posto del PNP MJE350 ho utilizzato il BD138
al posto del NPN MJE340 ho utilizzato il BD137
al posto del PNP TIP 32 ho utilizzato il BD242
al posto del PNP BD 750 ho utilizzato il MJ2955
al posto del NPN BD 751 ho utilizzato il 2N3055
ho mantenuto identici i TIP31, BC547 e i BC558
Al posto delle resistenze da 0,39 Ohm di potenza ho usato 0,47 Ohm 5W

Al posto di 4 finali per ogni ramo ne ho montati soltanto due e ho iniziato il collaudo alimentando a solo +25V e -25V ottenendo subito e comunque un regolare funzionamento con un perfetto 0 V a riposo in uscita. Con generatore di segnale sinusoidale a 1Khz e circa 1,73 Vpp ho misurato su 4 Ohm 44 Vpp non distorti. Chi ha letto attentamente sopra e ricorda che amplifica circa 37 mi potrebbe dire che 1,73 x 37 non fa 44 ma 64. E' vero ma se osserviamo bene l'ingresso del nostro ampli vediamo in serie 15K e verso massa 33K il che fa una attenuazione di circa 0,6875 il che significa che il vero segnale utile in entrata sul TL071 da moltiplicare per 37 e Vin x 0,6875 cioè 1,73 x 0,6875 = 1,19 Vpp che x 37 fa appunto circa 44 Vpp. Ho alzato l'alimentazione a +30 -30 V e con 2 Vpp in entrata ho misurato 51 Vpp su un carico resistivo del Wattmetro di 4 Ohm che indicava 82 W (R.M.S. = Root Mean Square = Radice della Media Quadratica) cioè efficaci. La corrente assorbita era di 1,9 A pertanto 114 W assorbiti, ne deriva un rendimento pari a 82/114 x 100 = 71 %. Provato musicalmente con due casse (80 x 40 x 35 cm) a 3 vie in parallelo da 8 Ohm, sono rimasto sbalordito dal suono e dalla sensazione di potenza. Le alette dei finali appena tiepide, solo a potenza continuativa fissa di 20 W su Wattmetro a 4 Ohm la temperatura della alette dopo 50 minuti circa si aggirava sui 45/50 °C da poter tenere la mano senza problemi. A proposito di mano ATTENZIONE, non toccare le alette, soprattutto entrambe in contemporanea, quando il circuito è alimentato perché sono sottoposte alla tensione di alimentazione che tra una e l'altra arriva a 100 Vcc.    Foto interno scatola

Test sugli amplificatori       Vedi la realizzazione di Stefano Patassa 

Per gli appassionati delle alte potenze la National propone LME49810         
Funziona con una alimentazione da +/-20V fino a +/-100V il che equivale al massimo a 500W RMS su 8 Ohm Ovviamente l'integrato LME49810 risolve facilmente il circuito ma poi i finali  e l'alimentatore restano sempre come problema da risolvere sia come trasformatore e condensatori di livellamento.

Se si tiene bassa la tensione duale ad esempio ± 60V si potrebbero usare come finali questi darlington complementari MJ2501 - MJ3001
che  hanno una Vce max di 80V http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/MJ1250.pd

L'ideale sarebbero questi MJ15024 - MJ15022
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/MJ15024.p
ma vanno messi darlington con qualche altro transistore tipo
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronic


Altri documenti interessanti:    Parte I      Parte 2  con finali ( MJL1302 - MJL3281)


Schema di un amplificatore più modesto. Lo stesso in formato simulatore Circuit Maker.

L'intero progetto con PCB

Amplificatore a MOSFET 240W

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