Negli amplificatori audio a transistor la retroazione (feedback) è uno dei meccanismi fondamentali che garantiscono stabilità, bassa distorsione e controllo del punto di lavoro. Quando ci si riferisce al transistor montato sul dissipatore dei finali, si parla in genere del circuito di compensazione termica della polarizzazione, spesso realizzato con un transistor configurato come moltiplicatore di Vbe, detto anche Vbe multiplier. Questo componente fa parte dell’anello di retroazione locale che stabilizza la corrente di riposo dello stadio finale.
Foto di esempio PCB amplificatore presa dal sito https://www.viasion.com/it/scheda-amplificatore/
In un amplificatore in classe AB, lo stadio di uscita è normalmente composto da una coppia complementare di transistor di potenza, uno NPN e uno PNP (oppure MOSFET complementari), montati su un dissipatore per smaltire il calore. Per ridurre la distorsione di crossover è necessario mantenere una piccola corrente di riposo anche in assenza di segnale (per avere una idea 150 – 200mA). Questa corrente è determinata dalla tensione di polarizzazione applicata tra le basi (o i gate) dei transistor finali.
Il problema nasce dal fatto che la tensione base-emettitore (Vbe) dei transistor bipolari diminuisce con l’aumentare della temperatura, con un coefficiente tipico di circa −2 mV/°C. Se la temperatura dei transistor finali aumenta, la loro Vbe si riduce; a parità di tensione di polarizzazione applicata, la corrente di riposo tende quindi ad aumentare.
Questo aumento produce ulteriore calore, che a sua volta riduce ancora la Vbe, generando un fenomeno cumulativo noto come runaway termico (o effetto valanga). Senza un adeguato sistema di retroazione termica, l’amplificatore rischia instabilità o addirittura la distruzione dei dispositivi di potenza.
Il transistor montato sul dissipatore realizza una retroazione negativa di tipo termico. È fisicamente accoppiato ai finali, in modo da seguire il più fedelmente possibile la loro temperatura. Dal punto di vista elettrico è inserito nel circuito di polarizzazione, spesso tra il driver e le basi dei transistor di potenza, e configurato con due resistenze in modo da moltiplicare la propria Vbe. La tensione ai suoi capi è data approssimativamente da Vbias = Vbe × (1 + R2/R1). Regolando il rapporto tra le resistenze si imposta la tensione totale necessaria per polarizzare correttamente la coppia finale.
Quando la temperatura del dissipatore aumenta, anche la Vbe del transistor di compensazione diminuisce. Di conseguenza diminuisce la tensione totale di polarizzazione applicata alle basi dei finali. Questo riduce la corrente di riposo, contrastando l’aumento iniziale dovuto al riscaldamento. Si realizza così una retroazione negativa: un aumento di temperatura genera una variazione di tensione che tende a ridurre la causa stessa dell’aumento. Il sistema raggiunge un nuovo equilibrio stabile a una temperatura superiore, ma senza divergere.
Questo tipo di retroazione è locale perché agisce solo sul punto di lavoro dello stadio finale, indipendentemente dalla retroazione globale dell’amplificatore, che invece preleva una parte del segnale di uscita e lo riporta all’ingresso invertente per ridurre la distorsione complessiva e stabilizzare il guadagno. I due meccanismi operano su piani diversi: la retroazione globale è elettrica e legata al segnale, quella implementata dal transistor sul dissipatore è principalmente termica e legata alla stabilità della corrente di bias.
Il transistor montato sul dissipatore nei finali audio non amplifica il segnale, ma svolge un ruolo cruciale di controllo.
Attraverso la dipendenza termica della sua giunzione base-emettitore, introduce una retroazione negativa che compensa le variazioni di temperatura dei transistor di potenza. Questo consente di mantenere costante la corrente di riposo, minimizzare la distorsione di crossover e prevenire fenomeni di runaway termico, garantendo affidabilità e qualità sonora nel funzionamento a lungo termine dell’amplificatore.
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