Gruppo: Nicola Casarin, Marco Ferrari, Fabio Perazzolo (PECAFE)

Classe 4aBT as. 2009/2010

AMPLIFICATORE AUDIO

IPOTESI PROGETTO

L'amplificatore deve essere in grado di erogare sul carico una potenza di circa 2W amplificando un

segnale proveniente da un preamplificatore.

TESI PROGETTO

La parte principale sta nell'amplificatore di classe AB che contiene due bjt in uscita (pnp e npn) e

l'ingresso differenziale. In questo caso è stato utilizzato il TDA2030che può gestire una potenza fino

a 18W su un carico di 4Ω in base all'alimentazione. Se si tiene conto di una caduta interna (Vc) che

va dai 3 ai 4V, la tensione massima erogabile (VLM) può essere al massimo:

VLM=Vs/2-Vc

dove Vs è la tensione di alimentazione.

L'operazionale è collegato in configurazione di amplificatore non invertente, quindi la formula del

guadagno è la seguente: Av = 1+R5/R4, per minimizzare l'offset è stata posta R5=R3. La

polarizzazione d'ingresso è data dal partitore di tensione costituito dalle due resistenze R1 e R2,

che sono anch'esse uguali a R3.

Non è stato collegato un condensatore in parallelo a R5 perché, essendo la frequenza di taglio

superiore già impostata nel preamplificatore, la sua funzione sarebbe superflua. Per la frequenza di

taglio inferiore è stato fatto prevalere l'effetto di C3 rispetto a C1. La frequenza di taglio inferiore si

calcola con la seguente formula: fL=1/(2πR4C3).

I due diodi D1 e D2 servono a proteggere l'uscita da probabili sovratensioni negative o positive

causate dall'effetto induttivo del carico. I componenti R6 e C6 impediscono l'innesco di oscillazioni

all'interno dell'integrato nella gamma di frequenze frequenze tra 2 e 5MHz, che possono causare

disturbi a dispositivi nelle vicinanze. Il condensatore C7 serve per limitare l'escursione del segnale

d'uscita attorno alla tensione Vs/2. Il condensatore elettrolitico C4 serve a filtrare la tensione

d'ingresso assieme al condensatore C5.

DIMENSIONAMENTO CIRCUITO

Il condensatore C1 serve per filtrare il segnale d'ingresso e ha il valore di 2,2µF pari anche al valore

di C3. Si può così determinare il valore della frequenza di taglio inferiore con la seguente formula:

fL=1/(2π4,7*103*2,2*10

6) il risultato è pari a circa 15Hz.

Per il guadagno di tensione si è dato il valore di 100kΩ alla resistenza R5 e di conseguenza anche ai

resistori R1, R2 e R3. Il guadagno di tensione risulta quindi: Av = 1+100*103/4,7*10

3 = 22 (27dB).

Il condensatore C2 di 22µF serve per filtrare il segnale. I diodi utilizzati sono gli 1N4007 e i

componenti R6, C6 e C7 sono di valore standard.

L'integrato utilizzato ha una resistenza termica giunzione-contenitore che vale Ɵjc= 3°C/W e la temperatura

massima sopportabile è Tjc(MAX)= 145°C. La massima potenza dissipabile PD(MAX) è di 0,8W quindi non sarebbe

necessario il dissipatore. La resistenza termica del componente, che si calcola con la seguente formula

Ɵja(max)= (Tj(max)-Ta)/PD(MAX) = (145-60)/0,8 = 106°C/W. Siccome il dissipatore dell'integrato è appena

sufficiente è preferibile dotarlo di un dissipatore di resistenza termica di circa 12°C/W

RELAZIONE DI TDP

REALIZZAZIONE PRATICA

Questo circuito è stato realizzato su un circuito stampato. All'inizio lo schema è stato disegnato

con il programma OrCad, poi, dopo aver stabilito il footprint dei componenti, è stato aperto con il

programma Layout dove è stato visualizzato con i collegamenti elastici. Dopo aver impostato il lato

serigrafia e il lato rame è stato fatto lo sbroglio affinché si formassero i collegamenti. Il lato rame è

stato infine stampato su foglio da lucido per fare il circuito stampato.

Il circuito stampato è realizzato su una scheda presensibilizzata monofaccia, costituita da una

basetta di materiale plastico ricoperta da un lato da una sottile lamina di rame coperta a sua volta

da uno strato di fotoresist. Si passa poi alla fotoincisione della basetta nel bromografo, dove, posto

il foglio lucido col disegno del circuito sopra alla scheda, questa viene sottoposta a luce

ultravioletta, in modo che i raggi UV possano "colpire" la parte di vernice fotosensibile non coperta

dalle piste stampate sul detto foglio lucido. Dopo questo passaggio la scheda viene immersa nella

soda caustica diluita con parte di acqua: le zone di fotoresist sottoposte agli ultravioletti è resa

vulnerabile alla soda, quindi la zona sottostante alla parte scura del foglio rimaste anche dopo il

bagno nella soda. Di seguito la scheda è stata sottoposta all'azione del cloruro ferrico che ha

eliminato la parte di rame scoperto dal fotoresist. Infine il fotoresist rimasto è stato tolto con

alcool etilico e una spugna abrasiva. Tramite il trapano a colonna vengono creati i fori nei quali

inserire i pin dei vari componenti, che saranno poi saldati dal rato rame, dove le piazzole create

con le piste permetteranno l'adesione tra stagno e circuito.

Oltre l'attrezzatura sopra citata per la creazione del PCB, quale il bromografo, la vasca di incisione

per il bagno in soda e quella per il cloruro ferrico, il trapano a colonna, saldatore (...),

successivamente per i collaudi sono stati usati oscilloscopio, generatore di funzioni e multimetro.

COLLAUDO CIRCUITO

I collaudi sono stati svolti in modo da constatare la risposta dell’amplificatore in ampiezza ed in

frequenza. Per l’esecuzione dei test sono stati adoperati: un multimetro, oscilloscopio, generatore

di segnale e un alimentatore da banco per l’alimentazione del circuito.

Risposta in ampiezza: il test è stato svolto utilizzando un segnale di ingresso a frequenza costante

variandone l’ampiezza. L’andamento è risultato lineare per i valori del segnale in ingresso utilizzati,

come si nota dal grafico.

Risposta in frequenza: il secondo test di collaudo è stato svolto mantenendo l’ampiezza del

segnale di ingresso costante variandone la frequenza in modo da ottenere l’andamento del

segnale di uscita. I dati ottenuti sono stati riportati in valori logaritmici per poter visualizzare valori

molto distinti tra loro nello stesso grafico e leggere in modo ottimale l’andamento del circuito.

L’andamento del guadagno visualizzato dal grafico segue un tratto rettilineo che termina in un

ginocchio, prosegue una zona in cui il guadagno rimane costante al variare della frequenza e

termina con un calo del che segna la distorsione del segnale e l’uscita dal range di lavoro ottimale

del circuito.

Tabelle e grafici

risposta in ampiezza n

prova

frequenza tensione v p.p.

f (Hz) vi (V) vout (V)

0

- -

1

1.000,00

0,01 0,30

2 0,03 0,70

3 0,04 0,90

4 0,05 1,10

5 0,06 1,40

6 0,07 1,60

7 0,08 1,70

8 0,09 2,00

9 0,11 2,30

10 0,12 2,50

risposta in frequenza

n prova frequenza frequenza tensione v pp

Av (dB) f (Hz) logaritmica vi (V) vout (V)

- - -

0,04

-

1 20,00 1,30 0,01 12,04

2 40,00 1,60 0,03 2,50

3 60,00 1,78 0,06 3,52

- 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

-

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

vi(V)

vou

t(V

)

risposta in ampiezza

4 80,00 1,90 0,15 11,48

5 100,00 2,00 0,17 12,57

6 120,00 2,08 0,25 15,92

7 140,00 2,15 0,30 17,50

8 160,00 2,20 0,35 18,84

9 180,00 2,26 0,42 20,42

10 200,00 2,30 0,47 21,40

11 400,00 2,60 0,70 24,86

12 600,00 2,78 0,80 26,02

13 800,00 2,90 0,84 26,44

14 1.000,00 3,00 0,90 27,04

15 1.400,00 3,15 0,90 27,04

16 2.000,00 3,30 0,90 27,04

17 4.000,00 3,60 0,90 27,04

18 8.000,00 3,90 0,90 27,04

19 10.000,00 4,00 0,90 27,04

20 20.000,00 4,30 0,90 27,04

21 100.000,00 5,00 0,85 26,55

22 120.000,00 5,08 0,82 26,24

23 160.000,00 5,20 0,81 26,13

24 200.000,00 5,30 0,80 26,02

25 300.000,00 5,48 0,75 25,46

26 400.000,00 5,60 0,60 23,52

27 600.000,00 5,78 0,50 21,94

28 800.000,00 5,90 0,40 20,00

29 1.000.000,00 6,00 0,30 17,50

30 1.200.000,00 6,08 0,25 15,92

31 1.400.000,00 6,15 0,16 12,04

32 1.600.000,00 6,20 0,13 10,24

33 1.800.000,00 6,26 0,10 7,96

34 2.000.000,00 6,30 0,09 7,04

35 2.100.000,00 6,32 0,08 6,02

RICERCA COMMERCIALE

DENOMINAZIONE COMPONENTI QUANTITÀ

COMPLESIVA CODICE ARTICOLO PREZZO cad. PREZZO

COMPLESSIVO

CONDENSATORE 2,2µF 50V 2 800968 0.18 0.36

CONDENSATORE 22 µF 50V 1 800970 0.18 0.18

CONDENSATORE 100nF 100V 2 800992 0.18 0.36

CONDENSATORE 220µF 50V 1 800999 0.30 0.30

CONDENSATORE 2200µF 50V 1 801023 0.50 0.50

DIODO 1N4007 2 601053 0.15 0.30

RESISTENZA 1Ω 1w 1 712139 0,11 0.11

RESISTENZA 4.7K 1/4w 1 712306 0,11 0.11

RESISTENZA 100K 1/4w 3 712112 0.11 0.33

RESISTENZA 100K 1w 1 712086 0,11 0.11

TDA2030 1 649088 0,52 0.52

CONNETTORE 2-3PIN 3 110796 0.35 1.05

SCHEDA PCB PRESENSIBILE

MONOFACCIA 100X160mm

1 111277 € 3.50 € 3.50

TOTALE 12.29

- 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

f (log)

Av (

dB

)risposta in frequenza

www.distrelec.it

DENOMINAZIONE COMPONENTI QUANTITÀ

COMPLESIVA CODICE ARTICOLO PREZZO cad. PREZZO

COMPLESSIVO

CONDENSATORE 2,2µF 50V 2 684-1898 € 0.20 0.40

CONDENSATORE 22 µF 50V 1 440-6553 € 0.20 0.20

CONDENSATORE 100nF 100V 2 414-9143 0.20 0.40

CONDENSATORE 220µF 50V 1 526-1597 0.25 0.25

CONDENSATORE 2200µF 50V 1 515-2415 0.42 0.42

DIODO 1N4007 2 671-5468 0.08 0.16

RESISTENZA 1Ω 1w 1 684-6013 0,15 0.15

RESISTENZA 4.7K 1/4w 1 684-6067 0,15 0.15

RESISTENZA 100K 1/4w 3 684-6130 0.15 0.45

RESISTENZA 100K 1w 1 684-6001 0,15 0.15

TDA2030 1 307-424 3,67 3.67

CONNETTORE 2-3PIN 3 0.50 0.50

SCHEDA PCB PRESENSIBILE

MONOFACCIA 100X160mm

1 941-3468 € 4.05 4.05

TOTALE 12.29

CONSIDERAZIONI TECNICHE

L'amplificatore finale ha una risposta consona ai valori teorici che ci aspettavamo.

La realizzazione pratica si è rivelata relativamente semplice in quanto il circuito è costituito da uno stadio

amplificatore e da alcuni componenti di protezione.

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