Amplificatore audio in classe H secondo l'idea Hypex

Da My-Lab.

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Un'interessante classe di dispositivi è quella costituita dalle applicazioni delle tecnologie e topologie tipiche dei circuiti switching, che tanto si è sviluppata per le applicazioni di alta potenza di conversione di corrente e tensione e adattamento di grandezze elettriche, nonché per la costruzione di inverter, a campi estranei a quella in cui ha inizialmente trovato fortuna. Uno di questi è l'audio: utilizzare tecnologie a commutazione garantisce infatti elevate potenze con perdite bassissime.

In più, e questo è l'aspetto più interessante su cui si focalizza il progetto, garantisce resistenza d'uscita molto basse ad ogni frequenza di lavoro, e la capacità di pilotare carichi non resistivi. Questo porta ad avere bande reali in uscita molto maggiori di un tradizionale circuito. Benché gli amplificatori audio tradizionali abbiano bande molto buone, infatti, bisogna verificare anche se queste bande dichiarate tengano anche quando il carico diventa parzialmente induttivo o parzialmente capacitivo. La cassa che deve poi riprodurre fisicamente il suono, è schematizzabile come un'induttanza con capacità parassite e una resistenza di carico, e tende a manifestare questa sua natura non resistiva in particolar modo lontano dalla frequenza di centro banda: non si lascia attraversare da tensione a frequenze molto elevate né componenti continue (le quali in verità possono perfino danneggiarla).

Questo progetto, portato avanti per esplorare questa nuova possibilità offerta dai circuiti in switching, si basa sullo schema Hypex, il quale non ha bisogno di particolari circuiti di modulazione esterni. La stessa modulazione viene generata grazie ad un'instabilità in alta frequenza dell'anello instabile che riporta sul morsetto di confronto un'oscillazione sufficiente a garantire una corretta modulazione che trasformi il segnale in ingresso in un segnale modulato ad ampiezza di impulso.

Ci tengo a sfatare un mito: questo NON è un circuito che lavora in digitale. Si presti attenzione al fatto che se la banda del segnale d'ingresso è sufficientemente ristretta (e lo è, perché tutta la banda audio tradizionale rientra nella parte amplificata dal circuito, viceversa il resto è attenuato) la ricostruzione in banda del segnale d'uscita è perfetta. La differenza rispetto al campionamento digitale è che questo è un campionamento ANALOGICO. Ossia, non c'è alcuna quantizzazione, mai viene effettuata un'operazione in cui si butta via precisione convertendo in bit, viceversa il segnale è sempre analogico, al di là del fatto che viene modulato in maniera particolare, la sua componente in banda rimane sempre la medesima in ogni punto del circuito.

L'obiettivo è quindi quello di costruire un amplificatore di qualità e si può fare. Questo particolare circuito adotta una struttura a ponte, struttura che non è molto conveniente in verità per problemi di offset ma che garantisce alta potenza d'uscita, e il tradizionale filtro LC d'uscita. Questo dà più di un grattacapo in fase di progettazione ed è effettivamente critico nel determinare le prestazioni del circuito. Parimenti critiche sono l'anello instabile e quello stabile, meno determinante invece è la rete d'ingresso. È possibile, ed è stato fatto, far lavorare il circuito con un'alimentazione single-ended. Due integratori sono stati aggiunti per migliorare le prestazioni del sistema.

Queste sono state le specifiche di progetto del circuito:

  • Tensione di uscita +/- 3Vrms;
  • Struttura bilanciata con uscita differenziale;
  • Banda 3Hz-30kHz @-3dB;
  • Carico massimo 30ohm
  • Massimo angolo di fase +/-60°

Ulteriori vincoli ad uso interno:

  • Guadagno d'anello minimo 10 su tutta la banda utile;
  • Alimentazione single-ended;
  • Tensione d'ingresso tipica 300mVpp

Tutti i risultati delle misure e del progetto sono discussi nel pdf allegato.

File:Nuovarelazione2.pdf