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da **ireon** » 8 lug 2013, 19:55

Ho il seguente circuito di un amplificatore a simmetria complementare in classe AB con I_c_m_a_x=6mA

:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Il problema è che quando vado a calcolarmi il rendimento di conversione come rapporto della potenza fornita al carico di R_L=

1kΩ e la potenza fornita dall'alimentazione ottengo che quest'ultimo è inferiore al 20% quando in un classe AB idealmente dovrebbe essere compreso tra il 50% e il 78.5%. Come mai?

Per il calcolo applico la formula:

$\eta =\frac{P_D_C}{P_u}$

Dove $P_D_C=V_C_C \frac{I_c_m_a_x}{2}$ e

$P_u=\frac{V_R_L^2}{2R_L}$

Misurando la tensione d'uscita con l'oscilloscopio ottengo V_R_L=7.4Vpp

essendo comunque il guadagno di tensione all'incirca unitario trattandosi di due collettori comuni. Quindi eseguendo i calcoli:

P_D_C=36mW

$\eta = 19$ %

La tensione fornita dall'alimentazione è la massima tensione affinché il segnale d'uscita non risulti distorto.

da **ireon** » 8 lug 2013, 22:54

Pensandoci bene il calcolo corretto della potenza fornita dall'alimentazione dovrebbe essere fatto nel seguente modo:

$P_D_C=V_C_C*I_m_e_d_i_a=V_C_C*\frac{2I_m_a_x}{\pi}$

P_D_C=45.84mW

Il che porterebbe ad un rendimento del 15%..

Dove sto sbagliando?

da **carloc** » 8 lug 2013, 23:56

Allora un paio di cosette

prima di tutto la tua $I_\text{C,max}$ è sbagliata, o meglio non è quella che hai usato per ottenere il rendimento teorico del 78,5%.

C'è in più la componente di bias che polarizza i transistor, infatti questo stadio è proprio in classe AB ;-)

mentre le formule sono fatte nell'ipotesi di classe B secca e dura :ok:

Se mi dici che hai una uscita di 7,4V picco picco significa che la tensione di picco sul carico vale 7,4V/2=3,7V e quindi

$I_\text{max}=\frac{3\text{,}7\text{ V}}{1\text{ k}\Omega}=3\text{,}7\text{ mA}$

non i 6 mA che hai postato

La differenza sarà appunto la corrente di polarizzazione, e questa è rilevante -quasi il doppio- in virtù della resistenza di carico relativamente elevata.
Se ci fosse ad esempio un carico di 10ohm che assorbe 370 mA di picco i circa 3mA di polarizzazione diventerebbero irrelevanti.

Il secondo punto è che non stai sfruttando l'intera dinamica, cosa del resto impossibile in pratica e cosa cui non ti avvicini neanche senza un pilotaggio delle basi con boot-strap (ma questa è un'altra storia

).

Invece di nuovo le formule che decantano un rendimento di $\pi/4$ sottintendono che l'uscita sia sinusoidale e abbia una tensione che varia di Vcc volt picco picco

Se prendi la versione duale che è più semplice da studiare

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

e pensi di avere una uscita sinusoidale

$v_\text{O}(t)=V_\text{M}\sin\,\omega t$

la potenza media nel carico vale

$P_\text{L}=\frac{V_\text{M}^2}{2\,R_\text{L}}$

la corrente dall'alimentazione è ovviamente uguale a quella nel carico (ipotesi classe B pura)

$i_\text{CC}(t)=i_\text{L}(t)=\frac{V_\text{M}}{R_\text{L}}\sin\,\omega t$

e la potenza istantanea dalla batteria

$p_\text{CC}(t)=V_\text{CC}i_\text{CC}(t)=\frac{V_\text{CC}V_\text{M}} {R_\text{L}}\sin\,\omega t$

e la potenza media dall'alimentazione (per la simmetria faccio la media su un semiperiodo di solo quella dalla batteria positiva ;-)

)

$P_\text{CC}=\frac{2}{T}\int_0^{T/2}p_\text{CC}(t)\,\text{d}t=\frac{2V_\text{CC}V_\text{M}}{\pi R_\text{L}}$

e se infine fai il rapporto

$\eta=\frac{P_\text{L}} {P_\text{CC}} =\frac{V_\text{M}^2}{2R_\text{L}} \,\frac{\pi R_\text{L}} {2 V_\text{CC} V_\text{M}}=\frac{\pi}{4}\frac{V_\text{M}}{V_\text{CC}}$

ti accorgi che il rendimento tende al famoso 78,5% solo se VM=Vcc

(ipotesi tutta la dinamica)

da **claudiocedrone** » 9 lug 2013, 2:34

ireon, non usare l'asterisco per indicare le moltiplicazioni, altrimenti DD ti rosicchia le orecchie... se proprio serve metterci qualcosa usa il punto. O_/

da **ireon** » 9 lug 2013, 7:32

Ok quindi anche se ho usato la seguente formula per calcolare R_L

:

$R_L= \frac{V_C_C/2}{I_c_m_a_x}$

A causa della corrente di polarizzazione in uscita non avrò una corrente di 6mA ma solamente di 3.7mA. Inoltre a questo si aggiunge il fatto che la tensione massima d'uscita è inferiore a V_C_C

, di conseguenza il rendimento è molto più basso di quello che mi aspetterei, ho capito bene? Per calcolarmi la corrente media ho supposto che l'amplificatore lavori in classe B, altrimenti non saprei come calcolarmi l'angolo di circolazione, ma poi comunque ho tenuto conto della corrente di polarizzazione calcolandomi le i due resistori R1.

da **carloc** » 9 lug 2013, 18:41

Dunque non proprio :-)

ireon ha scritto: $R_L= \frac{V_C_C/2}{I_c_m_a_x}$

se usi questa formula per calcolare RL, quanto supponi che valga la massima tensione di picco in uscita?

Quanto vale invece?

Ahh ma ora ho capito

quei 6mA che dicevi non li hai misurati ma solo calcolati

se tu avessi un'oscilloscopio sarebbe interessante tentare una misura,

Ma prima rispondi(ti) alle domande sopra :ok:

da **ireon** » 10 lug 2013, 0:01

Suppongo che la tensione massima d'uscita sia 6V, invece ho solamente 3.7V. Comunque per avere i 6V essendo l'amplificazione praticamente unitaria dovrei arrivare ad avere 6 volt in ingresso senza avere distorsione in uscita. Simulando con LTSpice (non ho l'oscilloscopio a casa) questo non succede, ma magari utilizzando dei transistor reali e non i modelli di LTSpice si possono raggiungere I 6V e avere un rendimento superiore al 50% che è quello che effettivamente mi aspetto da un classe AB.

da **carloc** » 10 lug 2013, 10:27

No no

(in questo caso) il simulatore ha ragione :ok:

la saturazione c'è anche nel circuito vero

Quello stadio (un inseguitore di emettitore) ha un guadagno di poco meno di uno per piccoli segnali, finché è in linearità.

Qui invece devi analizzare lo stadio as is semplicemente sostituendo al transistor uno dei suoi modelli. Io proverei ad analizzare ad esempio la metà superiore con il transistor in zad modellato come $V_\text{BE}$ costante e generatore controllato.

Fai variare Vin da 0 a 6V e vedi che uscita hai ;-)

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Anche il diodo lo considererei in conduzione, ma in questo caso verificherei bene perché secondo me ad un certo punto si interdice ;-)

P.S. se stai lavorando sul simulatore allora l'oscilloscopio ce l'hai

anzi ne hai molti

prova a visualizzare la corrente dell'alimentazione, LTspice poi ti fa anche la media sul periodo simulato, o anche meglio ALT+left click sul generatore di visaulizza direttamente la potenza istantanea assorbita, cioè l'opposto di quella fornita ;-)

da **ireon** » 10 lug 2013, 15:06

Cliccando sull'alimentatore come potenza fornita mi dà -45mW, come potenza istantanea assorbita da R_L

invece mi dà 15mW, ottenendo quindi un rendimento del 33%. Per la corrente media fornita dall'alimentatore ottengo -1.3mA e una corrente di picco di -3.7mA.

da **carloc** » 10 lug 2013, 23:55

Mi pare ci sia qualcosa che non va :-)

...

Intanto devi usare la potenza media anche per RL, poi per la media, occhio che LTspice se chiedi la media te la fa su "tutto il tempo che è nella finestra dei grafici" quindi mi parrebbe buona idea simulare il circuito per un numero intero di periodi ;-)

Poi anche se la potenza media dalla batteria è 45mW, visto che la tensione è fissa a 12V la corrente media deve essere 45mW/12V=3,75mA e non 1,3mA

Ma per il momento accantona il simulatore

e pensa al circuito che ti ho postato sopra ;-)

...e magari allega il file .asc che ci do un'occhio

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Rendimento amplificatore a simmetria complementare

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