ITVA980026A1

ITVA980026A1 - Circuito per assicurare una completa saturazione di entrambi gliamplificatori di un amplificatore a ponte configurato ad ingresso

Info

Publication number: ITVA980026A1
Application number: IT1998VA000026A
Authority: IT
Inventors: Davide Brambilla; Giovanni Capodivacca
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-06-16
Also published as: US6307434B1; IT1305650B1

Description

CIRCUITO PER ASSICURARE UNA COMPLETA SATURAZIONE DI ENTRAMBI GLI AMPLIFICATORI DI UN AMPLIFICATORE A PONTE CONFIGURATO AD INGRESSO SINGOLO

La presente invenzione concerne gli amplificatori in generale e più in particolare gli amplificatori a ponte a singolo ingresso.

In molte applicazione tra cui le applicazioni audio, è utile, dal punto di vista di una massimizzazione della potenza di uscita, impiegare uno o più coppie di amplificatori per attuare un pilotaggio a ponte del carico.

In Fig. 1 è mostrata una tipica configurazione di una coppia di amplificatori operazionali A e B per un funzionamento in modalità a ingresso singolo. Ciò è ottenuto collegando a massa l’ingresso non invertente (+) di uno dei due amplificatori, nell’esempio illustrato l’amplificatore B, e collegando tramite una resistenza R2 gli ingressi invertenti (-) dei due amplificatori operazionali A e B.

Per ottimizzare la potenza di uscita, è importante sfruttare completamente la dinamica di uscita di entrambi gli amplificatori come quelli illustrati in Fig. 1, quando esistono marcate dissimmetrie delle caratteristiche di saturazione dei due amplificatori A e B.

Osservando Io schema della Fig. 1, l amplificatore A ha un guadagno di uscita tale che:

mentre per l’altro amplificatore B risulterà da:

L’amplificatore B non è pilotato direttamente dal segnale di ingresso, ma tramite la tensione VI presente sul nodo invertente (-) dell’ amplificatore A. In queste condizioni, quando l’amplificatore A raggiunge la saturazione, al tensione VI si blocca al valore raggiunto e l’amplificatore B può non seguire l’altro in saturazione. Questo fenomeno è illustrato nel diagramma della Fig. 2.

Una soluzione nota nell’arte è quella di rendere sostanzialmente uguali i due guadagni dei due amplificatori, impiegando eventualmente dei valori di resistenza differenti per le due resistenze di reazione RI, come esemplificato nello schema della Fig. 3.

Se è rispettata l’equazione:

si assicurerà la saturazione contemporanea delle due uscite Va e Vb.

Tuttavia, a causa di residue asimmetrie delle resistenze, ma soprattutto delle caratteristiche di saturazione delle uscite dei due amplificatore A e B che possono essere differenti tra saturazione superiore e inferiore, è difficile assicurare un’identica saturazione di entrambi.

Di fronte a questo stato della tecnica, è stato ora trovato un efficace dispositivo circuitale in grado di assicurare una completa saturazione di entrambi gli amplificatori della coppia a ingresso singolo, praticamente in ogni condizione.

Essenzialmente questo importante risultato è ottenuto impiegando al posto di un’unica resistenza di interconnessione tra gli ingressi invertenti dei due amplificatori, un partitore resistivo ed immettendo un’informazione in corrente di saturazione nel nodo intermedio del partitore resistivo.

Tale informazione sulla corrente di saturazione è ricavata tramite adatti dispositivi di rilevazione di uno stato di saturazione raggiunto dai transistori degli stadi di uscita di entrambi gli amplificatori.

In pratica, le correnti provenienti da detti sensori di saturazione sono sommate sul nodo intermedio del partitore resistivo che collega tra loro gli ingressi invertenti dei due amplificatori e si comportano come un segnale di comando ausiliario tale da riconfermare il valore del segnale di ingresso quando ramplificatore va in saturazione.

I diversi aspetti e vantaggi dell’ amplificatore dell’invenzione risulteranno ancor più evidenti attraverso la seguente descrizione di una forma di realizzazione e facendo riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la Figura 1 è come detto sopra lo schema di una coppia di amplificatori operazionali funzionanti in configurazione a terminazione singola;

la Figura 2 evidenzia il problema di una dissimmetria di saturazione tra i due amplificatori;

la Figura 3 è uno schema che illustra una tecnica nota di compensazione di eventuali dissimmetrie di saturazione;

le Figure 4, 5 e 6 illustrano il dispositivo circuitale dell’invenzione per assicurare una completa saturazione di entrambi gli amplificatori.

Con riferimento alla Fig. 6, si può osservare che a ciascun transistore dello stadio di uscita dei due amplificatori operazionali A e B è collegato un sensore di saturazione SAT. SENS. che genera un segnale di corrente di saturazione ISAT per ciascun amplificatore, dipendentemente dalla direzione di saturazione: “verso l’alto” o “verso il basso” (cioè verso l’alimentazione o verso massa). I due segnali di corrente di saturazione vengono sommati nel nodo intermedio C del partitore resistivo composto dalle resistenze R2 e R3 che collega i due ingressi invertenti (-) dei due amplificatori A e B. L’iniezione di una corrente ISAT equivalente alla differenza tra le correnti di saturazione dei due stadi finali degli amplificatori A e B forza un segnale sull’ingresso invertente di uno o dell’altro amplificatore costringendolo a saturare.

Se si considera ad esempio una saturazione negativa verso il basso dello stadio finale dell’amplificatore A, corrente ISAT forza un segnale negativo con ingresso invertente dell’ amplificatore B (B2) il quale viene costretto a saturare verso l’alto.

In pratica, le correnti ISAT che si sommano nel nodo C si comportano come un segnale di comando ausiliario che riconferma Vin quando l’amplificatore A va in saturazione.

In Fig. 4 sono mostrati due esempi di come un adatto stadio di rilevazione ISAT.SENS. può essere realizzato.

Nel caso di un amplificatore impiegante dispositivi bipolari, uno stato di saturazione del transistore NPN Q1 dello stadio finale deU’amplificatore può essere rilevato impiegando un transistore NPN Q2 la cui base è collegata in comune alla base del transistore Q1 e l’emettitore è collegato al nodo di collettore del transistore Ql. La corrente di collettore assorbirà una corrente di saturazione ISAT quando il transistore Ql va in saturazione l’altro esempio è del tutto analogo al primo nel caso che siano impiegati transistori ad effetto di campo.

In Fig. 5 sono illustrati i relativi diagrammi della tensione di uscita Vout e della corrente di saturazione VSAT.

Naturalmente il compito del dispositivo circuitale dell’invenzione di forzatura di una simmetrica saturazione dei due amplificatori operazionali A e B sarà tanto più agevolato quanto più esattamente sia verificata una sostanziale uguaglianza tra i rapporti resistivi delle rispettive reti, almeno in prima approssimazione:

Per una migliore approssimizzazione potrà essere verificata la seguente relazione:

In ogni caso, entro margini ragionevoli di “mismatch” tra le resistenze, il dispositivo circuitale dell’ invenzione assicurerà comunque una sostanziale simmetria di saturazione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Amplificatore a ponte comprendente una coppia di amplificatori operazionali (A, B) reazionati mediante una resistenza (RI, R4) collegata tra l’uscita (Va, Vb) e l’ingresso invertente (-) di ciascun amplificatore, funzionalmente configurato in un amplificatore a ingresso singolo collegando tramite una resistenza gli ingressi invertenti (-) dei due amplificatori operazionali e collegando a massa l’ingresso non invertente (+) di uno (B) dei due amplificatori operazionali, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi per forzare una completa saturazione anche di detto amplificatore operazionale (B) con ingresso a massa nonostante dissimmetrie che possono esistere tra gli stadi finali dei due amplificatori operazionali (A, B), detti mezzi consistendo in uno stadio di rilevazione (SAT. SENS.) di uno stato di saturazione raggiunto da almeno un transistore dello stadio di uscita di entrambi amplificatori operazionali, le uscite in corrente di detti stadi di rilevazione di saturazione dei transistori dello stadio di uscita di ciascun amplificatore operazionale essendo accoppiate in comune al nodo intermedio di un partitore resistivo (R2-R3) collegante detti nodi invertenti di ingresso (-) dei due amplificatori operazionali (A, B).
2. Amplificatore secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto tra la resistenza di reazione (RI, R4) di ciascun amplificatore operazionale e la resistenza del ramo (R2, R3) di detto partitore resistivo collegato al rispettivo nodo di ingresso invertente (-) è uguale per entrambi gli amplificatori operazionali.
3. Amplificatore secondo la rivendicazione 1, in cui le resistenze di reazione (RI, R4) dei due amplificatori operazionali e le resistenze dei rami (R2, R3) di detto partitore resistivo collegati ai rispettivi nodi di ingresso invertente (-) soddisfano la seguente equazione: