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– Não é permitida a reprodução total ou parcial desta obra – AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA Rosalfonso Bortoni 0.0 – Índice 1.0 – Introdução ................................................................................................................. 2.0 – Rendimento ............................................................................................................... 3.0 – Classe de operação .................................................................................................. 3.1 – Classe A ........................................................................................................ 3.2 – Classe B ........................................................................................................ 3.3 – Classe AB ...................................................................................................... 3.4 – Classe D ........................................................................................................ 3.5 – Classe G ........................................................................................................ 3.6 – Classe H ........................................................................................................ 3.7 – Classe I .......................................................................................................... 4.0 – Parâmetros técnicos ................................................................................................ 4.1 – Potência ......................................................................................................... 4.1.1 – RMS ............................................................................................... 4.1.2 – IHF ................................................................................................. 4.2 – Resposta em Freqüência .............................................................................. 4.2.1 – Magnitude ...................................................................................... 4.2.2 – Fase ............................................................................................... 4.3 – Distorção ....................................................................................................... 4.3.1 – Harmônica ..................................................................................... 4.3.2 – Intermodulação .............................................................................. 4.4 – Slew Rate ...................................................................................................... 4.5 – Relação Sinal/Ruído ...................................................................................... 4.6 – Fator de Amortecimento ................................................................................ 4.7 – Sensibilidade ................................................................................................. 5.0 – Bibliografia ................................................................................................................ 02 02 02 03 03 04 04 05 06 07 07 07 08 08 09 09 09 10 10 11 11 11 12 14 14

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– Não é permitida a reprodução total ou parcial desta obra –

AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA

Rosalfonso Bortoni

0.0 – Índice

1.0 – Introdução .................................................................................................................2.0 – Rendimento ...............................................................................................................3.0 – Classe de operação ..................................................................................................

3.1 – Classe A ........................................................................................................3.2 – Classe B ........................................................................................................3.3 – Classe AB ......................................................................................................3.4 – Classe D ........................................................................................................3.5 – Classe G ........................................................................................................3.6 – Classe H ........................................................................................................3.7 – Classe I ..........................................................................................................

4.0 – Parâmetros técnicos ................................................................................................4.1 – Potência .........................................................................................................

4.1.1 – RMS ...............................................................................................4.1.2 – IHF .................................................................................................

4.2 – Resposta em Freqüência ..............................................................................4.2.1 – Magnitude ......................................................................................4.2.2 – Fase ...............................................................................................

4.3 – Distorção .......................................................................................................4.3.1 – Harmônica .....................................................................................4.3.2 – Intermodulação ..............................................................................

4.4 – Slew Rate ......................................................................................................4.5 – Relação Sinal/Ruído ......................................................................................4.6 – Fator de Amortecimento ................................................................................4.7 – Sensibilidade .................................................................................................

5.0 – Bibliografia ................................................................................................................

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Amplificadores de Potência Rosalfonso Bortoni

Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM2

1.0 – Introdução

Na eletrônica direcionada ao áudiotemos, entre outros: os pré-amplificadores, quenada mais são do que "amplificadores depequenos sinais"; as mesas de som, que têmcomo principal função "misturar" diversos sinaisde diversos níveis, para eventualmente, seremamplificados... etc.

Podemos escrever linhas e mais linhassobre amplificadores, de qualquer tipo, paravárias aplicações; mas nosso objetivo aqui é ode dar apenas uma idéia do que é um"amplificador de potência", cuja função éfornecer, a partir de pequenos sinais, grandessinais à cargas de baixa impedância (grandescorrentes), portanto potência.

2.0 – Rendimento

Este parâmetro mostra a capacidadeque um determinado sistema tem detransformar a potência consumida em potênciaútil, e é representado pela relação abaixo:

consumida Potência

fornecida Potência=η

100% ×η=η

Se considerarmos um sistema formadopor um amplificador de potência alimentandouma carga, podemos escrever:

100% ×=ηS

L

P

P

100%100 % ×=η−S

D

P

P

Onde:

PL – Potência na cargaPS – Potência consumida (da fonte)PD – Potência dissipada

A Figura 1 demonstra este sistema:

Figura 1 – Representação das potências.

A potência fornecida pela fonte dealimentação (PS) é enviada à carga (PL) atravésdo circuito amplificador que, devido às suas nãoidealidades (caso real), dissipará parte destapotência (PD) em forma de calor.

Sendo assim, quanto maior for orendimento de um amplificador, maior estarásendo o aproveitamento da potência fornecidapela fonte e menor será a potência dissipada.

3.0 – Classe de operação

O que determina o tipo de classe deoperação de um amplificador é o modo comoos transistores do estágio de saída operam, natentativa de se obter maior linearidade (menordistorção) e/ou rendimento.

Serão apresentadas algumas classesque se aplicam a amplificadores de áudio, poisexistem outras que são utilizadas emamplificadores de alta freqüência (RF) oucontroles de potência, que não serão tratadasneste texto.

3.1 – Classe A

Esta classe apresenta a melhorcaracterística de linearidade entre todas(teórico), mas também tem o menor rendimentoque, idealmente, não passa de 50% (paraconfiguração push-pull). Isso se deve ao fato deque os transistores de saída estão sempre emcondução, pois existe uma corrente depolarização, constante, com valor no mínimoigual a metade da máxima corrente de carga(Figura 2).

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Amplificadores de Potência Rosalfonso Bortoni

Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM3

Figura 2 – Configuração push-pull, complementar,operando em classe A.

A Figura 3 nos mostra a curva dorendimento em função da potência,normalizada, na carga (resistiva).

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100Classe A

PL / PLm ax

Rendimento - %

Figura 3 – Rendimento de um amplificador classe A, emconfiguração push-pull, para um sinal senoidal e

desconsiderando-se as perdas.

3.2 – Classe B

Esta classe caracteriza-se por não tercorrente de polarização nos transistores desaída, o que faz aumentar o rendimento docircuito, idealmente, para 78,5%. Ostransistores passam a conduzir apenas quandosão excitados pelo sinal de entrada.

No entanto, é necessário um par detransistores (push-pull), pois cada um ficaresponsável por um semi-ciclo do sinal de saída(Figura 4).

Figura 4 – Configuração push-pull , complementar,operando em classe B.

Durante a transição da operação de umtransistor para outro há uma interrupção dosinal de saída, pois o nível do sinal de entradanão é suficientemente grande para por ostransistores em condução. Ocorre a chamadadistorção de crossover (Figura 5).

Figura 5 – Distorção de crossover.

Para grandes níveis de sinais (grandespotências) esta distorção é relativamentepequena pois o sinal passa a ser muito maiorque o nível dos harmônicos gerados; mas àmedida que os níveis vão baixando (do sinal), adiferença também diminui fazendo com que adistorção passe a ser relevante.

A Figura 6 nos mostra a curva dorendimento, para as mesmas condições do item3.1.

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Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM4

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100Classe B

PL / PLm ax

Rendimento - %

Figura 6 – Rendimento de um amplificador classe B, paraum sinal senoidal e desconsiderando-se as perdas.

3.3 – Classe AB

Esta classe de operação é intermediáriaà classe A e B onde, com uma polarização doestágio de saída, minimiza-se a distorção decrossover (Figura 7). Desta forma, existirá umacorrente nos transistores de saída(polarização), podendo esta ser bem pequena,se comparada à corrente de polarização daclasse A, fazendo com que o rendimento seaproxime ao da classe B.

A Figura 8 nos mostra a curva dorendimento, para uma pequena corrente depolarização e nas mesmas condições do item3.1, juntamente com a curva do rendimento daclasse B (tracejado), para efeito decomparação.

Figura 7 – Configuração push-pull , complementar,operando em classe AB.

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100Classe AB

PL / PLm ax

Rendimento - %

Figura 8 – Rendimento de um amplificador classe AB, paraum sinal senoidal e com uma pequena corrente de

polarização.

Ultimamente, esta classe de operaçãotem sido largamente empregada emamplificadores contínuos.

3.4 – Classe D

Os amplificadores classe D tambémsão conhecidos como "amplificadoreschaveados" e isso se deve ao fato de que ostransistores de saída não operamcontinuamente, como vimos até agora, e simcomo "chaves", comutando a tensão dealimentação (+ e – VDD) à carga (Figura 9).

O sinal de entrada (áudio, representadopela senóide) é constantemente comparadocom uma referência (portadora, onda triangular)com freqüência muitas vezes maior que amáxima freqüência contida no sinal de áudio(20 kHz, teórico).

Figura 9 – Princípio do amplificador classe D.

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Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM5

O resultado é uma onda quadrada cujaa largura do pulso varia proporcionalmente àamplitude do sinal de entrada (áudio). Essesinal (onda quadrada) é aplicado ao estágio depotência (transistores como "chaves") que porsua vez o envia à carga através de um filtropassa-baixas, que recuperará a "forma" originaldo sinal.

Esse é o princípio da "Modulação porLargura de Pulso" – PWM (Pulse WidthModulation). Figura 10.

Figura 10 – Princípio PWM.

Essa classe de operação tem umrendimento bastante alto, que fica na casa dos90% (Figura 11), mas não tem a qualidade debaixa distorção, relativa, que um amplificadorcontínuo (classe A e AB) tem.

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100Classe D

PL / PLm ax

Rendimento - %

Figura 11 – Rendimento de um amplificador classe D, paraum sinal senoidal.

3.5 – Classe G

O amplificador classe G utiliza umestágio de saída com transistores em série,sendo que, para baixas potências (pequenosníveis de sinais), os transistores externos ficamem off (cortados) e o estágio de saída funcionaapenas com os transistores internos, e éalimentado por 1CCV± . Quando o nível do sinal

ultrapassa um determinado valor (impostopor 1CCV ), os transistores externos começam a

trabalhar juntamente com os internos e todo oestágio de saída passa a ser, então,alimentado por 2CCV± (Figura 12).

A contribuição desta classe deoperação é o aumento do rendimento, quepode chegar a 85,9% (teórico) quando

212

1CCCC VV ⋅= .

Quando ocorre a transição daalimentação (de 1CCV para 2CCV , e vice-versa),

aparece uma distorção devido à não idealidadedos semicondutores (velocidade limitada); essadistorção será relativamente maior ou menorem função da escolha dos componentes, datopologia do circuito de controle, etc.

Figura 12 – Princípio do amplificador classe G.

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Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM6

A Figura 13 nos mostra a curva dorendimento considerando uma polarização emclasse B, para as mesmas condições do item3.1.

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100Classe G

PL / PLm ax

Rendimento - %

Figura 13 – Rendimento de um amplificador classe G, para

um sinal senoidal e 21 707,0 CCCC VV ⋅= .

3.6 – Classe HEssa classe de operação tem um

princípio bastante parecido com o da classe G;porém, ao invés de ter transistores em série,opera com transistores (estágios) em paralelo,alimentados com diferentes tensões. Assim, embaixas potências, o amplificador utiliza oestágio de saída que é alimentado com amenor tensão e, nas altas potências, "comuta"para o estágio de maior alimentação(Figura 14).

Figura 14 – Princípio do amplificador classe H.

O rendimento desta classe se iguala aoda classe G para as mesmas condições do item3.5 (Figura 13), mas fica ligeiramente maiorquando as perdas são consideradas;idealmente não ultrapassa 85,9%.

Uma outra configuração existente parao classe H é se ter um único estágio de saídacomutado (através de "chaves" eletrônicas) aduas, ou mais, tensões de alimentação.

NOTANos Estados Unidos (USA), a definição

das classes G e H é comumente invertida(referência 6.15).

3.7 – Classe I

Essa classe de operação une a"linearidade" da classe A com a eficiência daclasse D.

O sinal de áudio é aplicadosimultaneamente ao amplificador classe A e aoclasse D; o classe A fornece potência à carga(alto-falante) e o classe D fornece aalimentação ao classe A.

Desta forma, a tensão (fonte) fornecidaao estágio de saída classe A estará sempre"acompanhando" o sinal de áudio (Figura 15).

O rendimento desta classe de operaçãovai depender, simultaneamente, dosrendimentos dos amplificadores classe D eclasse A e o resultado pode ultrapassar 80%.

Figura 15 – Princípio do amplificador classe I.

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Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM7

A Figura 16 nos mostra a curva dorendimento, para as mesmas condições dositens 3.1 e 3.6.

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100Classe I

PL / PLm ax

Rendimento - %

Figura 16 – Rendimento de um amplificador classe I, paraum sinal senoidal e desconsiderando-se as perdas do

amplificador classe A.

4.0 – Parâmetros técnicos

Os amplificadores de áudio, comoqualquer outro equipamento, podem seravaliados de diversas formas, objetivas ousubjetivas.

Avaliações subjetivas são dependentesdas pessoas, pois o que é bom para uma podenão ser para a outra.

Falaremos apenas de formas objetivasde avaliação. Métodos que, a priori, dependemapenas de bons equipamentos e são baseadosem parâmetros pré-determinados queexpressam, numericamente, as característicaselétricas/eletrônicas dos amplificadores, taiscomo potência, resposta em freqüência,distorção, etc.

4.1 – Potência

A potência especificada deve estaracompanhada dos valores da freqüência,Distorção Harmônica Total (THD, que será vistaposteriormente), da carga e tensão da rede(AC) que foram utilizadas durante os testes.Isso se deve ao fato de que, a princípio,qualquer freqüência e/ou THD e/ou carga e/outensão de rede podem ser assumidas para tal.No entanto, para fins comerciais, os fabricantescostumas especificar a máxima potência sob asmelhores condições.

Mas, se para um determinado valor decarga (assumiremos o menor, pois é ondetemos a maior potência) formos aumentando o

valor do sinal (tensão) fornecido (aumentando apotência na carga), atingiremos um ponto ondeeste sinal começará a se deformar (ceifar,"clipar", etc.), devido às limitações impostaspelo amplificador; e a partir deste ponto, o nívelde distorção (THD) aumentaráprogressivamente, atingindo valoresextremamente desagradáveis à audição.

Ainda, a limitação de excursão do sinal,imposta pelo amplificador, está diretamenterelacionada à tensão da fonte de alimentaçãoque, por sua vez, está diretamente relacionadaà tensão (AC) da rede (para fontes nãoreguladas); isso significa que se assumirmosvalores fixos de carga e THD e variarmos atensão AC fornecida ao amplificador, a potênciatambém variará!

Resumindo: a potência, quandoespecificada, deve estar acompanhada dascondições sob as quais foi medida.

4.1.1 – Potência RMS

A potência RMS (Root Mean Square) éa potência eficaz. É a que, por definição,representa a capacidade de fornecimento depotência, real, de qualquer equipamento que sepropõe a realizar tal função, seja ele de áudio,RF, etc.

A potência fornecida a uma carga, deresistência R, é calculada por:

R

EP

efL

2

=

Onde:

PL – Potência na carga;Eef – Tensão eficaz na carga;R – Resistência da carga.

Exemplo:

Dada uma carga de 2!" à umaTHD%=0,1% e uma tensão (medida) aplicada àesta carga de 40 VRMS e freqüência igual a 1kHz, calculamos:

RMS

2

W 8002

1600

2

40 ===LP

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Amplificadores de Potência Rosalfonso Bortoni

Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM8

Ainda, em máxima potência, medimos atensão da rede: 120 VAC.

Então, especificamos:

ACREDE

RMS

V 120V

0,1%THD%

kHz 1

2

@ W 800

==

Ω

=MAXP

4.1.2 – Potência IHF

Essa forma de medida foi proposta peloInstitute of High Fidelity, Inc. – IHF em "IHFStandards Methods of Measurement for AudioAmplifier" (IHF-A-201) onde é levado emconsideração o fato de que o amplificadortrabalhará com programa musical e não comum sinal senoidal puro...o que é fato.

A potência, então, é medida com umsinal senoidal (1 kHz) aplicado à carga por umcurto espaço de tempo, de forma que oamplificador opere como se estivesse emrepouso (sem sinal). Sendo assim, a fonte dealimentação (do amplificador) não terá quedade tensão significativa, o que, obviamente,resultará num maior valor de potência secomparada à potência RMS. O IHF a chamoude Potência Dinâmica, também conhecidacomo Potência Musical.

4.2 – Resposta em freqüência

Embora para a especificação depotência seja assumida uma única freqüência,o amplificador deve ter um mesmocomportamento em toda faixa de áudio (20 Hzà 20 kHz), ou seja, deve reproduzir, com iguaiscaracterísticas de magnitude e fase, os graves,médios e agudos de qualquer tipo de programa.

4.2.1 – Magnitude

A "magnitude" é representada pelarelação entre dois sinas; por exemplo, entre osinal de entrada e o sinal de saída.

Assim, escrevemos:

i

oV e

eG =

Onde:

eo – Sinal de saída;ei – Sinal de entrada;GV – Ganho de tensão.

Se para cada freqüência contida noespectro de áudio medirmos o ganho eplotarmos numa escala mono-log essesvalores, construiremos o gráfico da Respostaem Freqüência da Magnitude (Figura 17).

Normalmente o valor do ganho éexpresso em dB, então:

( )VdBV GG log20)( ×=

Onde:

GV(dB) – Ganho em dB.

Figura 17 – Resposta em Freqüência da Magnitude (dB).

A resposta em freqüência da magnitudedeve ser especificada a uma determinadapotência, que normalmente é à metade dapotência máxima (-3 dB).

4.2.2 – Fase

Da mesma forma que temos a respostaem freqüência da magnitude, temos, também, aresposta em freqüência da fase.

Potência PMPO

A potência PMPO – Peak Maximum PowerOutput (Máxima Potência de Pico) – foi, a nosso ver, umapotência criada exclusivamente para fins comerciais, poisnão há uma norma (ou nem mesmo menção) especificandoessa potência. Os valores encontrados na prática (emespecificações) são absurdamente maiores do que o valorRMS, de fato, e isso "agrada" ao mercado...

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Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM9

Como para a magnitude, se para cadafreqüência contida no espectro de áudio,relacionarmos a fase do sinal de saída com afase do sinal de entrada e plotarmos oresultado numa escala mono-log, construiremoso gráfico da Resposta em Freqüência da Fase(Figura 18).

Para uma mesma freqüência, temos:

ioT θ−θ=θ

Onde:

o – Fase de saída;i – Fase de entrada;T – Fase resultante.

Figura 18 – Resposta em Freqüência da Fase (graus).

A curva da Figura 18 representa umaresposta em freqüência da fase bastante típica:em baixas freqüências a fase está adiantada(característica de filtros passa-altas) e em altasa fase está atrasada (característica de filtrospassa-baixas).

A resposta em freqüência da fase deveser especificada sob as mesmas condições quefoi especificada a resposta em freqüência damagnitude.

4.3 – Distorção

Ao aplicarmos um sinal, genérico, emum amplificador, esperamos que este sejasimplesmente amplificado, naturalmente. Noentanto, se este sinal sofrer qualquer tipo dealteração (deformação), dizemos que sofreuuma "distorção". Uma distorção pode ocorrer devárias formas: crossover, saturação, corte, slewrate, etc.

Pelo fato dos semicondutores (diodos,transistores, etc.) serem inerentemente não

lineares, qualquer amplificador proporcionaráum certo nível de distorção, e essa distorçãoserá maior ou menor dependendo da filosofiade projeto.

Independentemente do modo comoopera o amplificador, uma distorção pode seravaliada de várias formas. Trataremos de duasdelas: a distorção harmônica total (THD) e adistorção por intermodulação (IMD).

4.3.1 – Distorção Harmônica Total

Um sinal periódico pode serrepresentado por uma composição de senóidese cossenóides (tons puros), denominados"harmônicos" (série de Fourier1).

Os harmônicos são sinais distintos comfreqüências múltiplas inteiras de uma dadafreqüência, denominada fundamental.

Se provocarmos uma distorção em umsinal senoidal puro, aparecerão harmônicoscujas freqüências e amplitudes serãoproporcionais à quantidade e tipo destadistorção que foi provocada.

Aplicando-se esse mesmo sinalsenoidal puro a um amplificador, podemossaber o quanto ele está "distorcendo"simplesmente medindo o quanto deharmônicos, total, ele gerou.

Relacionando esses harmônicos com afundamental que os gerou, teremos a DistorçãoHarmônica Total – THD.

Sendo assim:

F

H

e

eTHD =

Onde:

THD – Distorção Harmônica Total;eH – Valor eficaz, total, dos harmônicos;eF – Valor eficaz da fundamental.

A THD normalmente é expressa em "%"ou em dB, então:

100% ×= THDTHD

( )THDTHDdB log20 ×=

1 – Jean Babtist Joseph Fourier (1768 – 1830)

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4.3.2 – Distorção por Intermodulação

Quando dois sinais, com freqüênciasdistintas, são aplicados simultaneamente emum circuito amplificador não linear ocorre a"modulação": surgem dois novos sinais comfreqüências iguais à diferença e à soma dasfreqüências dos sinais de entrada.

Então, supondo dois sinais comfreqüências de 1kHz e 10kHz, respectivamente,teremos, além destes mesmos sinais, mais doiscom freqüências de 9 kHz (10kHz–1kHz) e 11kHz (10kHz+1kHz).

A Distorção por Intermodulação éanalisada da mesma forma que a distorçãoharmônica total, porém aplicando-se dois sinaiscom freqüências distintas.

Um método bastante utilizado é oSMPTE (Society of Motion Picture andTelevision Engineers) onde dois sinais, de60 Hz e 7 kHz, são aplicados numa proporçãode 4:1, medindo-se o quanto houve deintermodulação no sinal de 7 kHz.

4.4 – Slew Rate

Slew Rate é a taxa de variação do sinalde saída, de um amplificador, por unidade detempo.

Para um sinal senoidal, calcula-se:

µ

⋅⋅π=s

V 2 OPMAX VfSR

OOP VV ⋅= 2

Onde:

SR – Slew RatefMAX – Máxima freqüência do sinalVOP – Tensão de pico de saídaVO – Tensão RMS de saída

Esse parâmetro dá o limite doamplificador de excursionar sinais de altafreqüência e/ou grande amplitude.

Vamos, por exemplo, supor umamplificador que forneça potência máxima de800 WRMS em carga de 2#"$%&'"()*+&","-).,*valor (teórico) do slew rate, admitindo-se amáxima freqüência igual à 20 kHz?

Para essa potência e carga a tensão VO

deve ser de 40 volts, então:

×=⋅⋅⋅π=

s

V 101086,7402000.202 6SR

µ

≅s

V 11,7SR

A unidade é "volt por microssegundo".

4.5 – Relação Sinal/Ruído

A relação Sinal/Ruído, S/N (em inglês,Signal/Noise), é o parâmetro que mostra aqualidade do amplificador quanto ao ruído.

Se o que nos interessa é o sinal,quanto menor o ruído, melhor. Isso é óbvio.

Mas devemos observar que, peladefinição:

PIOR NSmenor

MELHOR NSmaior

Ruído

Sinal

→⇒=

N

S

E também, para S e N dados em volt:

( )

×=

N

S

N

S

dBlog20

Ainda, para S e N dados em watt:

( )

×=

N

S

N

S

dBlog10

Se dissermos que o amplificador A émais ruidoso que o amplificador B, este último(B) terá uma maior (melhor) relação S/N, parauma mesma potência.

Para efeito de comparação (entreamplificadores), deve-se utilizar um mesmosinal como referência (por exemplo 1 watt depotência) para se obter o valor da S/N.

É comum encontrarmos esse parâmetroespecificado à máxima potência, o que"mascara" (para melhor) a real característica doamplificador.

Voltemos ao nosso amplificador de 800WRMS @ 2#" /&-,(" (%0,*" %-" *%12," 3-)2+2,4com 1 mVRMS (um milivolt). Qual será a S/N à 1WRMS e à potência nominal?

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Para 1 WRMS:

À 1 Watt, a tensão na carga (de 24" 5" 2)1,4142 volts, então:

[ ]dB 01,63001,0

4142,1log20 =

×=

N

S

Para 800 WRMS:

Já vimos que a tensão na carga (de 24é de 40 volts, então:

[ ]dB 04,92001,0

0,40log20 =

×=

N

S

Notem a discrepância entre valores!Se na especificação de um determinado

amplificador constar a S/N à potência nominal,é possível encontrar a S/N à 1 watt da seguinteforma:

( )NOMdB PDIF log10 ×=

( ) ( )dB

ESPWdBDIF

N

S

N

S −=1/

Onde:

( )

( )dB. em Diferença,

da;especifica S/N

watt 1 à S/N

;

dB

ESP

dB/1W

DIF

N

S

N

S

Caso tenhamos especificado a relaçãoS/N do nosso amplificador à potência nominal,qual seria, então, a relação S/N à 1 watt?

( ) [ ]dB 03,29800log10 =×=dBDIF

( )[ ]dB 01,6303,2904,92

1/=−=

WdBN

S

4.6 – Fator de amortecimento

O fator de amortecimento, ou DampingFactor, é, por definição, a relação entre aimpedância da carga e a impedância de saídado amplificador.

o

L

Z

ZD =

Onde:

D – Fator de amortecimento;ZL – Impedância da carga;Zo – Imp. de saída do amplificador;

Na prática, são usadas apenas as"resistências" envolvidas.

Pode-se medir o fator deamortecimento através das tensões (medidas)de saída do amplificador, com e sem carga(especificada), fazendo:

Lo

L

VV

VD

−=

Onde:

VL – Tensão na carga (especificada);Vo – Tensão de saída do amplificador,

sem carga.

O Fator de amortecimento é umarelação de impedâncias, e impedâncias variamcom a freqüência; logo, o fator deamortecimento varia com a freqüência.

Sendo assim, este parâmetro deveriaser apresentado na forma de um gráfico, comouma curva de resposta em freqüência; mas oque normalmente encontramos é estaespecificação em três freqüências distintas: 50Hz, 400 Hz e 1 kHz.

Um fato importante de ser observado éque este parâmetro é normalmente medidousando-se a tensão de saída do amplificador(Vo, sem carga) medida junto aos bornes(conectores) de conexão, e não leva emconsideração a resistência do fio que o conectaà carga.

Numa situação real, devido as perdasnos fios, o fator de amortecimento fatalmenteserá reduzido!

Caso saibamos o valor da resistênciado fio, RFIO, que será utilizado para a ligação doalto-falante, podemos calcular qual será o novofator de amortecimento, resultante:

L

FIONOVO

Z

R

D

D+

=1

1

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Amplificadores de Potência Rosalfonso Bortoni

Encontro de Sistemas de Áudio - STUDIO R / SELENIUM12

Onde:

D – F. de amortecimento especificado;DNOVO – Novo F. de amortecimento;RFIO – Resistência do fio (total);ZL – Impedância da carga.

Vamos supor um amplificador com umfator de amortecimento igual a 400 @ 8)"%-fio com uma resistência (total) de 0,1!" 6%)será utilizado para interligar o amplificador a umalto-falante de 8#" $%&'" ()*7" ," .,8," 9&:,*" 2)amortecimento?

67,66

8

1,0

400

11 =+

=NOVOD

A Figura 19 mostra, graficamente, ovalor de DNOVO para diferentes valores de RFIO.

10-4

10-3

10-2

10-1

100

100

101

102

Fator de Am ortecim ento

Dnovo

Rfio / RL

Figura 19 – Fator de amortecimento em função de RFIO.

4.7 – Sensibilidade

Esse parâmetro informa qual o nível dosinal de entrada que leva o amplificador àpotência nominal.

A partir do instante que o ganho doamplificador é constante, existirá um único valorde sinal de entrada que o levará à máximapotência.

Um amplificador "mais sensível" éaquele que necessita de "menor nível" de sinalde entrada para atingir a máxima potência.

Supondo dois amplificadores, A e B,com sensibilidades iguais a 0,775 VRMS e1,0 VRMS, respectivamente, para uma mesmapotência, dizemos que o amplificador A é "maissensível" do que o amplificador B.

É comum encontrarmos sensibilidadesespecificadas em dBu ou dBV, então:

×=

V

SS V

dBu 775,0log20

×=

V

SS V

dBV 0,1log20

Onde:

SV – Sensibilidade, em VRMS.SdBu – Sensibilidade, em dBu.SdBV – Sensibilidade, em dBV.

6.0 – Bibliografia6.1 – Filho, Sidnei Noceti, "Filtros Seletores de Sinais",

Editora da UFSC, 1997.6.2 – Silva, Homero Sette, "Análise e Síntese de Alto-

falantes e Caixas Acústicas pelo MétodoT-S", 1a edição, H. Sheldon Serviços e Marketing,1996.

6.3 – Valle, Sólon do, "Amplificadores de Áudio: ParâmetrosBásicos...e Alguns Nem Tão Básicos", RevistaMúsica & Tecnologia.

6.4 – Bohn, Dennis, "Audio Handbook", NationalSemiconductor Corporation, 1976.

6.5 – Becciolini, B., "Audio Circuit Design withSilicon Complementary Pairs", Third Edition, June1971, MOTOROLA Semiconductor Products, Inc.

6.6 – Ballou, Glen, "Handbook for SoundEngineers, The New Audio Cyclopedia", FirstEdition, Third Printing, Howard W. Sams & Co.,1988.

6.7 – Davis, Don and Carolyn, "Sound SystemEngineering", Second Edition, Fifth Printing,Howard W. Sams & Co., 1994.

6.8 – Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C.,"Microelectronic Circuits", Fourth Edition, OxfordUniversity Press, 1996.

6.9 – Oppenheim, Alan V. and Willsky, Alan S.,"Signal & Systems", Second Edition, Prentice-Hall, Inc., 1996.

6.10 – Sampei, Ohashi, Ohta and Inoue,"Highest Efficiency and Super Quality AudioAmplifier Using MOS Power FETs in Class GOperation", IEEE Transactions on ConsumerElectronics, Vol. CE-24, No. 3, August 1978.

6.11 – Jeong, Jung and Cho, "A High EfficiencyClass A Amplifier with Variable Power Supply",AES 100th Convention, 1996, May 11-14,Copenhagen.

6.12 – Raab, Frederick H., "Average Efficiencyof Class G Power Amplifier", IEEE Transactionson Consumer Electronics, Vol. CE-32, No. 2, May1986.

6.13 – Jeong, Kim, Min, Ahn and Cho, "A HighEfficiency Class A Amplifier Accompanied byClass D Switching Amplifier", IEEE Conference onConsumer Electronics, 1997.

6.14 – Duncan, Ben, "High Performance AudioPower Amplifier", Newnes, 1997.