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CALCOLO POTENZA AMPLIFICATORI AUDIO tipo: livello:
Con qualche semplice considerazione � possibile capire la potenza rms di un amplificatore audio, in base allo schema e poche altre informazioni
 
 



 

Calcolo potenza amplificatori audio

 

 

 

INTRODUZIONE

Con questo breve tutorial intendo fornire un semplice ma valido metodo per calcolare la massima potenza di uscita teorica ottenibile da un amplificatore audio lineare, in base alla configurazione dello stadio di uscita, alla tensione di alimentazione e all’impedenza del carico applicato.

Non me ne vogliano i puristi, questa non è una lezione teorica su come progettare HI-FI, ma solo qualche considerazione pratica utile a capire se la potenza indicata in uno schema di ampli audio è sensata o no, o per avere un’idea sull’ordine di grandezza di tale potenza in caso che non sia dichiarata.

 

 

DESCRIZIONE

Navigando in internet è facile imbattersi in una marea di strane formule, ideate per calcolare la potenza degli ampli audio, contenenti spesso “numeri fissi” di non meglio specificata origine, che danno risultati piuttosto differenti tra loro e quasi sempre sbagliati.

La potenza che va calcolata è sempre quella efficace cioè RMS in quanto è l’unica che esprime la reale potenza elettrica trasferita al carico.

Le case costruttrici serie misurano tale grandezza facendo lavorare l’amplificatore audio per 8 ore alla massima potenza evitando che vada in saturazione, fornendo in ingresso un’onda sinusoidale di frequenza nota, solitamente 1KHz e misurando la potenza dissipata sul carico con un wattmetro a valore efficace; in tali condizioni la tensione sugli elettrolitici di filtro dell’alimentazione si mantiene su un certo valore praticamente costante, abbastanza inferiore a quella misurata con segnale di ingresso nullo: tale tensione, superiore a quella a pieno carico, fa in modo che l’amplificatore per un brevissimo periodo di tempo possa erogare una potenza più elevata della massima RMS nominale, come nel caso di un improvviso colpo di tamburo dopo una pausa di silenzio.

In questa sede si parla di amplificatori comuni che non hanno mai alimentazione stabilizzata sui finali, e spesso neppure sui preamplificatori. E' ovvio che negli apparati professionali e di alta classe le cose sono un pò diverse...

Consideriamo ora un classico stadio finale di potenza come quello nella figura seguente

 

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Supponiamo che venga fornita in ingresso un’onda sinusoidale di ampiezza sufficiente a far lavorare i finali al limite della saturazione, in modo che la VCE scenda a valori molto bassi, diciamo 0,5V.

Q1 è responsabile dell’amplificazione della semionda positiva e Q2 di quella negativa.

Poichè l’alimentazione è singola, compare il condensatore di uscita, la cui funzione primaria è di fornire l’energia necessaria a far funzionare Q2 quando sta conducendo, in quanto in tale condizione Q1 non lavora (si parla sempre di condizioni al limite) di conseguenza la maglia cui appartiene Q2 non ha collegamento con l’alimentazione: è quindi l’energia accumulata nel condensatore che attraversa Q2 e il carico.

Il C1 si carica quando conduce Q1 e la sua corrente di carica passa direttamente dentro a RL.

Una considerazione da fare è che durante la fase di carica, la sua corrente di conduzione diminuisce progressivamente e ciò influisce sulla riproduzione sonora, stesso discorso per quanto riguarda la scarica attraverso Q2.

Questo fatto a livello macroscopico si manifesta come un peggioramento della risposta in bassa frequenza (in effetti un condensatore in serie al carico crea un filtro passa-alto).

In assenza di segnale il punto centrale tra i due transistor si trova, a causa dell’equilibratura della polarizzazione, ad un potenziale pari a metà della tensione di alimentazione, lo stesso che cade ai capi del condensatore.

Con queste considerazioni possiamo dire che un amplificatore ad alimentazione singola quando lavora al limite della saturazione invia al carico un’onda sinusoidale i cui picchi massimi teorici sono pari a +Vcc/2 e –Vcc/2.

Facendo riferimento allo schema, consideriamo il picco positivo: teoricamente abbiamo sul carico una tensione massima pari a Vcc/2 ma in realtà tale tensione risente della caduta sulla resistenza di emettitore e della VCE del transistor non saturo. Sia 1V la somma di tali cadute.

A questo punto prendiamo in esame lo schema pratico di un vecchio finale di piccola potenza, equipaggiato con transistor al germanio PNP e avente il positivo a massa, cosa abbastanza usuale nei circuiti dell’epoca:

 

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In base alle considerazioni fatte sopra, avremo una tensione massima sul carico pari a (Vcc/2) -1 volt, cioè 6-1=5V.

Dividendo tale valore per la radice di 2 (1,414…..) ne otteniamo il valore efficace che vale 3,53V; a questo punto con la solita formula P = V2/R calcoliamo la potenza RMS che con un carico di 8  ohm vale P = ((3,53)2/8) = 1,55W: la potenza dichiarata nello schema completo di tale amplificatore è di 1,5W.

 

Prendiamo in esame un altro schema:

 

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Era lo stadio finale classico di tutti i piccoli giradischi stereo in voga fra gli anni ’70 e ’80.

Questa volta il picco massimo teorico è 10V, togliendone 1 per le cadute varie arriviamo a 9V il cui valore efficace è 6,36V; su un carico di 8 ohm la potenza efficace teorica vale circa 5W; la potenza dichiarata sullo schema è di 4,4W.

 

 

Se lo stadio finale non ha condensatore di uscita e il carico è direttamente collegato al centro dei due transistor, l’alimentazione è necessariamente duale, quindi la tensione applicata al carico sarà o +Vcc o -Vcc, come si vede nella seguente figura:

 

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Se conduce Q1, il carico si ritrova ai suoi capi una tensione quasi pari a +Vcc, se conduce Q2 tale tensione vale circa  -Vcc.

 

Supponendo che l’alimentazione sia di +/- 20V e RL=8ohm, avremo una tensione efficace ai suoi capi di (20-1)/1,414=13,4V e una potenza massima sul carico di

(13,4)2/8=22W RMS;

L’ultimo caso che prenderemo in considerazione è la configurazione a ponte dove i transistor finali sono 4 come nello schema seguente:

 
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Durante la semionda positiva conducono i transistor Q1 e Q4, in quella negativa Q2 e Q3, quindi la tensione massima ai capi del carico questa volta vale 2Vcc; il calcolo della massima potenza è come negli altri casi. Se il ponte è realizzato con due amplificatori normali aventi il condensatore di uscita, la potenza erogata, in base alle considerazioni fatte in precedenza risulterà dimezzata; per un corretto funzionamento del ponte è necessario che i segnali portati agli ingressi dei due amplificatori siano sfasati di 180 gradi l’uno rispetto all’altro.

Durante tutte queste considerazioni non abbiamo tenuto conto del tipo di transistor inseriti negli schemi non commerciali, ma troveremo difficilmente un amplificatore avente due finali 2N1711 alimentato a 40V e carico di 2 ohm; si suppone che i finali siano adeguati alle caratteristiche volute dell'amplificatore.

 

Sperando di aver fornito un utile tutorial alla comunità di Grix, saluti e buon proseguimento a tutti by IZ1ORV

 

 



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Questa pagina è stata creata da iz1orv
il 04/06/2010 ore 21:53
ultima modifica del 07/06/2010 ore 11:19
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