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Rendimento amply classe A [dimostrazione]

buonasera a tutti! è tutto il pomeriggio che mi scervello e non riesco a venirne a capo.. in pratica il rendimento di un amplificatore in classe A è 25% mentre se lo accoppio con un trasformatore sale a 50%.. il libro ipotizza che l'utilizzo del trasformatore faccia ottenere una Vce del transistore pari a 2Vcc.. questa ipotesi non riesco obbiettivamente a capirla.. ho fatto un paio di schemetti con i conticini e gradirei se qualcuno sapesse illuminarmi.. immagino che il disaccoppiamento giustifichi la cosa ma non riesco a vedere la soluzione! :( Grazie come sempre a chiunque vorrà darmi una mano. :)

[FIDOCAD] MC 60 65 1 0 080 MC 45 95 0 0 300 MC 60 55 0 0 010 LI 60 55 60 65 LI 60 75 60 85 TY 70 50 5 3 0 0 0 * +vcc TY 65 70 5 3 0 0 0 * RL MC 35 95 1 0 080 LI 25 95 45 95 MC 60 115 0 0 040 LI 60 105 60 115 LI 35 115 60 115 MC 30 110 0 0 060 LI 35 105 35 115 MC 15 95 0 0 170 TY 10 85 5 3 0 0 0 * Vin TY 95 55 5 3 0 0 0 * Vce (polarizzazione) = [Vce(max) + Vce(min)]/2 = Vcc/2 -> VRL(polarizzazione) = Vcc/2 TY 95 30 5 3 0 0 0 * posta l'ipotesi di segnale in uscita con la massima escursione SA 90 55 SA 90 75 TY 95 75 5 3 0 0 0 * Ic (polarizzazione) = VRL media /RL = Vcc/2RL TY 90 95 5 3 0 0 0 * Potenza out(max) = Vce(efficace) * Ic(efficace) = Vcc/(2 * SQRT2) * Vcc/(RL* 2 * SQRT2) = Vcc^2/8RL TY 90 110 5 3 0 0 0 * La Potenza media assorbita dall'alimentazione vale Vcc * I(media) = Vcc^2/(2*RL) LI 200 65 225 50 LI 225 55 220 50 LI 225 50 225 55 LI 190 50 190 55 LI 170 65 190 50 LI 190 55 185 50 LI 185 50 190 50 LI 220 50 225 50 TY 180 45 5 3 0 0 0 * circa Vcc TY 220 45 5 3 0 0 0 * circa zero TY 95 125 5 3 0 0 0 * il rendimento viene Pout(max) / Pin(media) = 1/4 MC 45 230 0 0 300 MC 60 190 0 0 010 LI 60 190 60 200 LI 60 210 60 220 TY 70 185 5 3 0 0 0 * +vcc MC 35 230 1 0 080 LI 25 230 45 230 MC 60 250 0 0 040 LI 60 240 60 250 LI 35 250 60 250 MC 30 245 0 0 060 LI 35 240 35 250 MC 15 230 0 0 170 TY 10 220 5 3 0 0 0 * Vin LI 30 155 335 155 MC 60 200 1 0 120 MC 65 210 3 0 120 MC 85 200 1 0 080 LI 65 200 85 200 LI 65 210 85 210 TY 90 205 5 3 0 0 0 * RL TY 110 170 5 3 0 0 0 * chiamo R la resistenza dinamica vista dal primario del trasformatore SA 105 170 TY 40 200 5 3 0 0 0 * R -->

SA 105 190 TY 110 190 5 3 0 0 0 * Se applico gli stessi ragionamenti usati per l'amplificatore di cui sopra mi viene ovviamente che il rendimento è 1/4 TY 110 200 5 3 0 0 0 * mentre dovrebbe essere 1/2. Eppure non riesco a capire cosa sbaglio nel mio ragionamento.. TY 110 210 5 3 0 0 0 * il libro fa una ipotesi secondo la quale scelgo un trasformatore tale che Vce(polarizzazione) valga 2Vcc.. TY 110 220 5 3 0 0 0 * ma come è mai possibile??? se applico anche io Vcc=2Vcc riesco a ottenere il valore atteso ma ad ogni modo non riesco a capire come sia giustificato tutto ciò..

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Davide C.
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ahrfukkio
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Salve, se puo'aiutare, pensa che la caduta di tensione ai capi di un induttore (ideale) e' zero (in continua), ovvero la sua resistenza e' zero, ovvero la componente a frequenza zero della forma d'onda ai suoi capi vale sempre zero, ovvero se fai l'analisi di Fourier della tensione ai capi di un induttore ideale la componente continua e'sempre nulla. E dunque? Nel caso di accoppiamento a trasformatore con uscita sinusoidale, la tensione a riposo sul collettore e'pari a Vcc, per quanto detto, ed essendo Vcc_min pari a zero, simmetricamente Vcc_max e'pari a 2*Vcc; ovvero se la tensione scende di un tot quando il transistore assorbe la corrente massima, salira'esattamente di tot (*oltre* Vcc) quando assorbe la corrente minima. Ho contribuito a confondere le idee? Bene, e' gia'un passo importante.

Saluti, LaCar.

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lacariatide

ok, fin qui ci siamo..

si, sono abbastanza confuso in effetti.. secondo me in regime dinamico il primario del trasformatore può essere visto come un impedenza e la Vce può andare da Vcc a zero.. posso capire la logica della simmetria 0 - Vcc -

2Vcc ma continuo a restare convinto che la Vce non possa andare effettivamente a 2Vcc.. ma forse è meglio se ci ragiono dopo aver fatto colazione.. intanto grazie per il contributo! 
--
Davide C.
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ahrfukkio

On Nov 7, 9:00 am, snipped-for-privacy@virgilio.it (ahrfukkio) wrote:

pu=F2

Ah, io senza la mia colazione, con caffe'doppio, no so dove sono... Dicevamo, convinti che, nel caso con accoppiamento a trasformatore, la tensione a riposo sul collettore e'Vcc, poiche'sull'induttore non c'e' caduta in continua, il valore medio *deve* rimanere Vcc anche quando hai un segnale in uscita. Ora, poiche' il regime sinusoidale e'periodico possiamo ragionare su di un solo periodo (altrimenti il valore medio te lo dovresti calcolare da -infinito a +infinito...). Dunque, sul collettore abbiamo la nostra bella sinusoide; qual'e' il suo valore medio? Per quanto detto sopra (caduta in DC nulla sull'induttore) esso e'pari a Vcc; ovvero se durante un semiperiodo scende di tot *sotto* Vcc, sale di tot *sopra* Vcc (ma forse l'ho gia'scritto). Come fa a salire sopra Vcc se l'alimentazione vale solo Vcc? Il fatto che passi corrente nell'induttore vuol dire che nel suo campo magnetico e'immagazzinata energia, che aumenta quando la tensione di collettore scende sotto Vcc (il transistore assorbe piu'corrente) e diminuisce quando la tensione di collettore sale sopra Vcc, poiche'e'l'induttore a fornire l'energia necessaria. Probabilmente questo ultimo passaggio non e'proprio esatto, in quanto un trasformatore ideale presenta una induttanza "infinita" degli avvolgimenti, per cui immagazzina una energia "infinita" e dunque in questo caso si comporta come un generatore di corrente ideale, poiche se a riposo gli scorre attraverso una corrente Icc anche assorbendo una quantita di energia finita l'energia immagazzinata rimane "infinita" e la corrente che lo attraversa rimane Icc... uhm, mi rendo conto che con gli infiniti si possono scrivere un sacco di stupidaggini, bene. Spero di aver fornito un altro punto di vista...

Saluti, LaCar.

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lacariatide

Si, grazie mille.. almeno ora ho una spiegazione ragionevole riguardo al

2Vcc.. e sostituendo quello la dimostrazione torna tranquillamente! 
--
Davide C.
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ahrfukkio

Adesso provo a confonderti le idee :)

Il trasformatore di accoppiamento lo puoi vedere come un trasformatore ideale, che ha in parallelo al primario l'induttanza di magnetizzazione. Questa induttanza, per brevi periodi di tempo, puo` essere considerata come un generatore di corrente costante, che fa passare la corrente di polarizzazione del transistore.

A riposo la tensione sul transistore e` Vcc, perche' sul secondario non c'e` tensione, quindi neanche sul primario, e Vcc va tutta sul transistor (questo e` un modo alternativo di vedere la cosa al posto di considerare che la tensione media sull'induttanza di magnetizzazione e` nulla).

Quando il transistor conduce di piu` rispetto al punto di funzionamento, cioe` succhia piu` corrente, si ritrova con la corrente che fornisce l'induttanza di magnetizzazione, e in piu` ne succhia altra attraverso il primario del trasformatore, che, da bravo trasfo, la porta anche sul secondario con opportuno rapporto di moltiplicazione.

Quando invece il transistor va verso l'interdizione, cioe` consuma di meno, l'induttanza di magnetizzazione, testarda come tutte le L, continua a far passare la stessa corrente di prima (quella di polarizzazione: si comporta come un generatore di corrente). Questa corrente che arriva da L, ma non passa attraverso il transistor, cerca una via di fuga attraverso il primario del trasformatore, e la trova, generando pero` una tensione che si somma all'alimentazione. Il valore di questa tensione che si somma puo` essere addirittura maggiore di Vcc, il suo valore massimo e` dato da Iq (corrente di polarizzazione) moltiplicata per l'impedenza di carico del trasfo riportata al primario.

In pratica il circuito equivalente e` il seguente:

[FIDOCAD] MC 100 50 1 0 120 MC 115 50 0 0 115 MC 100 80 0 0 280 MC 75 50 2 0 010 MC 115 90 1 0 020 LI 75 50 115 50 LI 100 60 115 60 LI 115 60 115 75 MC 190 55 0 0 115 MC 175 85 0 0 280 MC 150 55 2 0 010 MC 190 95 1 0 020 LI 150 55 190 55 LI 190 65 190 80 MC 175 55 0 0 490 LI 175 75 190 75 TY 160 65 5 3 0 0 0 * Iq

La resistenza dello schema e` la resistenza di secondario riportata sul primario con il quadrato del rapporto spire. Il generatore di corrente spinge in giu` una corrente costante pari a quella di polarizzazione. Vedi facilmente che se il transistor conduce meno di Iq, la corrente in piu` torna SU attraverso la R di carico e genera una caduta con il positivo di sotto, in serie all'alimentazione.

A lungo termine valgono tutte le considerazioni fatte da lecar sui valori medi, ma questa e` una complicazione del secondo ordine :)

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Franco

Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)
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Franco

Ciao A soldoni, col trasformatore risparmi la potenza dissipata in continua nella R di carico,nella versione senza trasformatore. Se rappresenti la retta di carico nei due casi , si dovrebbe capire . Ciao Giorgio

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non sono ancora SANto per e-mail
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giorgiomontaguti

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