Amplificatore a C/MOS

[nikiT]

Siccome mi sono preso qualche male di stagione, anziché passare il tempo a friggermi il cervello guardando TV, ho deciso di dare una sfogliata alle vecchie riviste di Nuova Elettronica che stavano prendendo polvere nella ibreria.

Nella rubrica "progetti in sintonia" di una rivista dell'86, ho trovato un articolo che mi ha intrigato notevolmente.



Questo circuito dovrebbe amplificare segnali audio per una potenza modestissima (di appena 150 mW) sfuttando la possibilità di retroazionare la porta logica affinché essa assuma un comportamento lineare. Le prime A e B dovrebbero amplificare il segnale in tensione, mentre C, D, E e F, in quanto collegate in parallelo, dovrebbero amplificarlo in corrente.

Al di là della -a me- strana natura del circuito (non sono abituato a veder porte logiche fare queste cose...), gli autori incalzano parecchio sul fatto che una configurazione simile possa fornire una fedeltà audio incredibilmente elevata (?).

Secondo voi, considerate impedenze che potrebbero non essere ideali, rumore (ci sarà?) e varie ed eventuali, si potrà impiegare un circuito del genere per scopi hi-fi che non siano puramente sperimentali?

[IsidoroKZ]

La risposta migliore e` "prova". Se il segnale e` abbastanza piccolo, di distorsione ce n'e` poca. Il problema salta fuori quando il segnale aumenta di ampiezza e i carichi cominciano ad assorbire corrente.

Tieni presente che il quadagno analogico di una porta non e` molto elevato (poche decine di volte?) e quindi anche retroazionando non si lineazza poi molto, specie se si chiede un guadagno elevato a ogni stadio.

Alta fedelta` direi di no, meglio un un amplificatore a valvole probabilmente si`

Sul rumore non ti so rispondere.

PS: tieni presente che in quella configurazione le porte consumano corrente statica, a 15V di alimentazione potrebbero scaldicchiare.

[Beccaria]

ne dubito fortemente; su due piedi direi che un hex buffer con un applicazione del genere non ha senso. Se lo provi facci sapere.

[nikiT]

La prossima volta che passo in negozio, compro i componenti e vi faccio sapere.

Viste le prestazioni particolari (es. la scarsissima potenza), mi verrebbe da vederlo bene solo per realizzare un amplificatore per cuffia, impedenze permettendo.

A titolo di cronaca, Nuova Elettronica ha pubblicato anche un amplificatore per videoregistratori a guadagno varabile (in kit) basato su questo circuito.

Sarei proprio curioso di vederlo in azione...

Vi terrò aggiornati delle eventuali prove.

[brabus]

Ciao.

Il circuito che proponi e' un "classico" dell'elettronica, una cosa che fa rizzare i capelli a molti, ma che invece rasenta un circuito molto semplice.

Pensa al funzionamento reale di un inverter CMOS, osserva la sua transcaratteristica:

la transizione fra lo stato logico "0" e lo stato "1" non e' istantanea, ma presenta un tratto a pendenza elevata.
In quel tratto, p'inverter CMOS lavora come un "amplificatore invertente a guadagno elevato"... di fatto si comporta come un amplificatore operazionale (mutatis mutandis) in catena aperta, visto dall'ingresso invertente!

Dualmente, pensa al fatto che possiamo far lavorare un operazionale come un comparatore... Il concetto e' simmetrico.

Per far lavorare l'inverter da amplificatore, dobbiamo polarizzarlo in modo da fissare il punto di lavoro a meta' della transcaratteristica. Questo si ottiene con la resistenza di retroazione R5, che va calcolata opportunamente. Il calcolo andrebbe eseguito conoscendo con precisione le caratteristiche dei transistor MOS che costituiscono l'inverter, ma "inter nos" possiamo anche accontentarci di trovare sperimentalmente il valore di tale resistenza.

Scegliendo il valore adatto per R5, ci troveremo ad avere uno stadio che, a riposo, fornisce in uscita una tensione prossima a Vcc/2 (idealmente. in realta' ci accontenteremo del meglio che riusciamo a fare), e che e' pronto per amplificare il segnale che applicheremo all'ingresso tramite la resistenza R4.

A ben vedere, l'inverter (inteso come porta logica) andrebbe usato senza retroazione alcuna, e in questo caso siamo noi a mettergli i bastoni fra le ruote (pardon, le resistenze fra i transistor)! In un certo senso andiamo ad "ingannare" l'inverter, agendo sulla polarizzazione.
Puoi accoppiare piu' stadi e realizzare una cascata (come proposto dal tuo schema), anche se personalmente inserirei un paio di condensatori di disaccoppiamento (per evitare che le polarizzazioni si modifichino vicendevolmente fra stadi, rendendo difficoltosa la taratura di R2, R3 ed R5).

Pensa poi a cio' che dice Isidoro (a proposito, ciao!):

Tieni presente che il quadagno analogico di una porta non e` molto elevato (poche decine di volte?) e quindi anche retroazionando non si lineazza poi molto, specie se si chiede un guadagno elevato a ogni stadio.

Il guadagno dello stadio "a catena chiusa" risulta sostanzialmente ridotto, quindi siamo quasi obbligati a realizzare una catena multistadio.

Per quanto riguarda le "supreme caratteristiche audio", beh c'e' da dire che l'inverter funziona da amplificatore solo in un ristretto intorno del punto di lavoro, dopodiche' inizia a distorcere pesantemente (di fatto, satura!). Per avere una qualita' poco piu' che accettabile, bisogna aumentare la tensione di alimentazione, e per ottenere un po' di corrente in piu' si e' obbligati a mettere piu' stadi in parallelo (nel tuo schema ne vedo ben 4, ma si puo' salire senza problemi).

Tu prova a costruire il circuito, poi facci sapere come suona!
Io lo vedrei piu' come un prototipo di distorsore!

[nikiT]

E' un discorso che ha coinvolto tutto il mio interesse.

Ora mi è completamente chiaro il principio per cui questo circuito può funzionare, ed anche perché può presentare i difetti che dici.

Come promesso, appena avrò tempo, farò una bella prova e vi farò sapere. La curiosità è troppa.

[BrunoValente]

Da giovincello (anni '70) passai anch'io per questo circuito strampalato che attirò la mia attenzione: allora non erano disponibili i CMOS, si trovavano invece facilmente i TTL e lo realizzai con qualche difficoltà in più utilizzando un SN7400

[IsidoroKZ]

Ricordo uno schema di un trasmettitore SSB fatto tutto con 7400 in linearita` (linearita` per una ttl in zona "attiva" mi pare comunque una parola grossa )