Elettronica di Amplificazione: Studio e progetto di un amplificatore multistadio per segnali audio

Amplification Electronics: Study and Project of a multistage amplifier for audio signals - Francesco Ruzza In a society where entertainment is becoming more and more popular, consumer electronics is gaining the top of sales market. Music, movies, tv series permeate our everyday life, and hand in hand more devices are being developed to play this type of contents. However, has anybody ever asked what allows us to listen a song on our iPod? The following thesis project deals with the study and the project of one of the base blocks of au-dio playing: the amplifier. A multistage amplifier will be studied and analyzed, firstly by theorical project, to obtain then a compact circuit that exemplifies what treated before. In everyday life we often get in touch with this technology, even unconsciously, and that is why it is important to realize versions more and more efficient, with improved performances. Multistage am-plifiers represent an advanced solution to supply outputs that need a huge amount of power, and to play high complexity audio signal with lower distortion and better fidelity compared to the input. It is a successful project strategy, because it allows the designer to realize circuits that satisfy multiple re-quirements. In this project an implementation solution for multistage amplifier will be discussed. Different configurations of single stage will be treated, based on BJTs. Then they will be analyzed regarding their fundamental parameters, such as gain, passband, input impendence and output impendence. The circuit will be built using a cascade of amplification stages, based on transistors and resistors. Capacitors will be combined too for AC coupling and bypassing. Since we want to test the correctness of the amplifier by applying an audio signal, the input will be given via analogic .5 mm jack input, and as load a magnetic speaker has been chosen. Circuit design will be precisely done exploiting peculiar equations and parameters. Correctness of proposed solutions will be evaluated through circuit simulations with the help of LTspice® software. Once satisfying model will be obtained, there will be the realization of a final pro-totype, in laboratory with the auxilium of lab instruments and breadboards. Finally, this prototype will be tested. With this research, we intend to give a basic theorical knowledge of the topic, but then to give a concrete model, for project and implementation of multistage amplifiers for audio signal. The final guess is to introduce future bright solutions to implement in those sectors that, like the Hi-Fi one, are in continuous evolution.

Elettronica di Amplificazione: Studio e progetto di un amplificatore multistadio per segnali audio - Francesco Ruzza In una società dove l’intrattenimento sta sempre di più entrando nelle case delle persone, l’elettronica di consumo si pone in cima al mercato delle vendite. Musica, film e serie tv permeano la nostra vita quotidiana, e di pari passo si sviluppano dispositivi sempre più moderni per riprodurre tali contenuti. Tuttavia, ci siamo mai chiesti cosa c’è alla base di ogni singola canzone ascoltata sul nostro iPod? Questo progetto di tesi si pone come obiettivo lo studio e la progettazione di uno dei blocchi base della riproduzione audio: l’amplificatore. Verrà studiato e analizzato un amplificatore multistadio, in primis dal punto di vista della progettazione teorica, per ottenere quindi un circuito compatto che esemplifichi quanto trattato in precedenza. Nella vita di tutti i giorni, entriamo spesso, anche se inconsapevolmente, in contatto con questa tipologia di elettronica, ed ecco perché è importante realizzarne versioni sempre più efficienti e con pre-stazioni migliorate. Gli amplificatori multistadio rappresentano infatti una soluzione avanzata per ali-mentare uscite che necessitano di potenza elevata, e per riprodurre segnali audio complessi con una minor distorsione e una maggiore fedeltà dell’uscita rispetto all’ingresso. Si tratta di una strategia implementativa di successo, in quanto essi permettono al progettista di realizzare circuiti che soddisfano molteplici requisiti progettuali. Nel progetto verrà discussa una soluzione implementativa per un amplificatore multistadio. Ver-ranno prese in esame diverse configurazioni di amplificatore a singolo stadio basate su transistor BJT. Saranno quindi analizzate in base ai loro parametri fondamentali, come guadagno, banda passante, im-pedenza di ingresso e impedenza di uscita, al fine di trovare le topologie migliori da combinare in un unico multistadio. Il circuito si comporrà quindi di una cascata di stadi di amplificazione, basati su transistor e resistori, a cui verranno combinati dei condensatori per l’accoppiamento AC e il bypass. Dal momento che l’ambito applicativo scelto per testare il funzionamento dell’amplificatore è la riproduzione audio, l’input analogico verrà fornito mediante un comune ingresso analogico jack, mentre come carico è stato scelto uno speaker magnetico. Il dimensionamento del circuito verrà svolto meticolosamente sfruttando le equazioni e i parametri caratteristici. La validità delle soluzioni proposte verrà valutata attraverso simulazioni circuitali con l’ausilio del software LTspice®. Una volta ottenuti dei modelli che soddisfano i criteri di prestazioni richiesti, si procederà alla realizzazione di un prototipo circuitale in laboratorio su breadboard, e al test su quest’ultimo. Attraverso questa ricerca, si mira a fornire una prima base teorica, ma soprattutto un efficiente modello concreto, per la progettazione e l'implementazione di amplificatori multistadio per segnali audio. L'obiettivo finale è quello di porre le basi per future soluzioni innovative da implementare in quei settori che, come quello dell’Hi-Fi, sono in continua evoluzione.