LMB Audio & Video - Classe dos Amplificadores
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Classe dos Amplificadores
Os amplificadores são geralmente divididos em classes que levam em consideração as características de operação do estágio de saída dos amplificadores, que inclui a eficiência tanto em potência quanto em qualidade.
Sucintamente, temos as seguintes classes de amplificadores de áudio:
O amplificador que possui melhor qualidade de som sem distorção, mas com um consumo de potência muito grande, possui eficiência de +/- 20% (teórico máximo de 25%), isto é, se ele fornecesse 10W de som, consumiria 50W de energia, essa diferença de 40W seria transformada em calor. Geralmente é um amplificador com potência de saída abaixo dos 100W, gasta muita energia e seu preço é muito alto;
Um amplificador com esse tipo de etapa de saída não consome muita energia e possui rendimento teórico máximo de 78,5% mais sua amplificação gera grande distorção audível para pequenos sinais (distorção de crossover), mas para sinais de grande amplitude essa distorção é muito pequena quando comparada com a amplitude do sinal tornando a distorção menos perceptível. Não existem amplificadores desse tipo no mercado;
Como o nome indica, é um circuito de amplificação que une características de um classe A e um classe B. Consumindo energia, pequeno quando comparado com um Classe A, tendo distorção de um Classe B somente para grandes potências e em pequenas potências (pequenos sinais) o funcionamento é como um classe A. Possui rendimento em torno de 50% , isto é, se ele fornece 100W de som consome 200W de energia. A maioria dos amplificadores comercializados são de classe AB, pois possui boa qualidade e bom rendimento utilizando componentes baratos, portanto, ótima relação custo benefício;
Gera distorção pior que um classe B e geralmente é utilizado em radio-frequência (celulares, transmissores de rádio e TV );
Trabalha como um classe A em pequenas potências e como um classe AB em grandes potências possuindo rendimento em torno de 70%;
É um classe A, mas a alimentação desse estágio é feita por um controlador do tipo classe D (modulação por pulso), com isso o amplificador classe A recebe somente energia o suficiente para alimentar a si próprio e a carga (alto-falante). Assim, variando sua fonte de alimentação um classe I possui rendimento em torno de 75%;
Seu funcionamento é parecido com um classe D, mas este, possui bem menos distorção e pode trabalhar em toda a faixa audível (20Hz a 20KHz). O sinal de áudio entra no amplificador, é transformado digitalmente através de algoritmos em um sinal digital de frequência variável até 1.5MHz depois é amplificado. Seu rendimento está em torno de 90% e possui menos distorção que um classe D.
Aprofundamento sobre Classe A
Considerado o amplificador com as melhores características de linearidade, pois é capaz de fornecer em sua saída um sinal sem distorções. Possui uma corrente de polarização dos transistores que faz com que conduzam todo tempo para qualquer sinal de entrada.
O circuito típico de um classe A pode ser observado como por exemplo onde o transistor Q2 "gera" a corrente de polarização constante em Q1.
O rendimento máximo teórico é de 25%, isto é, se o amplificador fornece 100W de som, consome 300W em calor e consome 400W da fonte de tensão, na prática o rendimento está entre 10 e 20%.
Amplificadores valvulados que são comercializados hoje em dia, normalmente possuem configuração classe A.
Um exemplo de fabricante de amplificadores classe A é a renomadíssima McIntosh.
Aprofundamento sobre Classe B
O circuito básico de um classe B é composto por 2 transistores complementares que conduzem em cada ciclo do sinal de entrada, Qn conduz para sinais positivos e Qp conduz para sinais negativos, na ausência de sinal de entrada,onde nenhum dos transistores conduzem.
O que ocorre nessa configuração é a perda da linearidade, pois é necessário o mínimo de 0.5 Volts para o transistor conduzir,essa distorção é chamada de distorção de crossover.
Seu rendimento teórico máximo é de 50%.
Aprofundamento sobre Classe AB
O circuito de um classe AB é estruturalmente bem parecido com um classe B, mas possui uma pequena corrente de polarização que flui constantemente, independente do sinal de entrada, aquela distorção de crossover do classe B pode ser quase que eliminado.
A característica do sinal de transferência é quase linear.
Podemos pensar que um classe AB funciona como classe A quando operando com pequenos sinais e como classe B quando operando com sinais de grande amplitude.
Cerca de 85% do mercado mundial de amplificadores são de classe AB.
Seu rendimento prático está em torno de 50%.
Aprofundamento sobre Classe D
Sua principal característica é o funcionamento que tem por base a modulação por largura de pulso (PWM - pulse width modulation) fazendo com que os transistores funcionem ligados ou desligados e nunca "no meio", isto é, conduzindo alguma parcela de corrente, por isso são chamados também por amplificadores de "chaveamento", com isso a eficiência em potência de um classe D está em torno de 80%, apesar disso a eficiência em qualidade não é muito boa, gerando distorção que é maior que os classe AB.
Para entender de onde vem a distorção, seguimos o sinal de entrada que após ser modulado em PWM, passa por um filtro passa-baixa afim de "retirar" o sinal modulador, este processo cria mudanças de fase e distorção principalmente em frequências maiores que 1kHz limitando o uso do amplificador classe D para baixas frequências. Por isso que a maioria dos amplificadores classe D do mercado são voltados para utilização com subwoofers.
Aprofundamento sobre Classe T
Seu funcionamento é parecido com um classe D, mas ao invés de modulação PWM (modulação por largura de pulso) um classe T usa algoritmos e técnicas de Digital Power Processing (TM) que levam em consideração as características dos transistores para evitar distorções.
Enquanto a modulação PWM para um classe D trabalha com frequências de modulação fixas entre 100 a 200KHz, um classe T trabalha com até mais de 1,5MHz isso facilitando na utilização de componentes mais baratos para re-transformação do sinal modulado de volta para som original.
Possui eficiência parecida com o classe D, em torno de 80% , as vezes até mais que 90%. Além de não causar distorções acima de 1kHz como ocorre nos classe D.