Classe de amplificadores

texto produzido por Marcelo S. Motitsuki Todos os direitos autorais reservados AutoSom-BR http://welcome.to/autosom

       
   Os amplificadores são geralmente divididos em classe que leva em consideração as características de operação do estágio de saída de amplificadores, que inclui a eficiência tanto em potência quanto em qualidade.
   Suscintamente, temos as seguintes classes de amplificadores de áudio:

  Classe A:

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;

  Classe B:

Um amplificador com esse tipo de etapa de saída não consome muita energia e possui rendimento teórico máximo de 78,5% mas 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 existe amplificadores desse tipo no mercado;

  Classe AB:

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, temo 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;

  Classe C:

Gera distorção pior que um classe B e geralmente é utilizando em radio-frequência ( celulares, transmissores de rádio e TV );

  Classe D:

As vezes confundido com "Digital". Mas um classe D, não leva o D por ser digital, mas pela sequência de classificação dos amplificadores. Seu funcionamento se deve a um circuito de chaveamento digial com frequência de 100Hz a 200KHz que transforma o sinal de entrada em uma onda quadrada de largura variável, possui rendimento perto de 90% (fornecendo 100W de som, estará consumindo 111W de energia) e está limitado a trabalhar abaixo de 1Khz, porque acima disso, existe a geração de distorção e pode ocorrer do amplificador interferir em rádios AM. Com isso seu uso fica restrito a alimentar subwoofers com potências acima de 1000W RMS;

  Classe G:

Tabalha como um classe A em pequenas potências e como um classe AB em grandes potências possuindo rendimento em tornor de 70%;

  Classe H:

É um classe AB que trabalha com dois níveis de tensão de alimentação. Um nível mais baixo para baixa potência e outro nível de tensão de alimentação maior para potências maiores, com isso os componentes dissipam menos energia conseguindo um rendimento maior. A desvantagem é a distorção causada pela comutação das fontes para um determinado nível de sinal. Possui rendimento em torno de 70%;

  Classe I:

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 a a carga (alto-falante). Assim, variando sua fonte de alimentação um classe I possui rendimento em torno de 75%;

  Classe T:

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 como é observado na figura abaixo:

O circuito típico de um classe A pode ser observado abaixo onde o transistor Q2 "gera" a corrente de polarização constante em Q1:

A característica de transferência de um classe A pode ser observado abaixo

O rendimento máximo teório 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 dos fabricantes de amplificadores classe A é a 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, 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, entao sua curva de transferência fica:

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 .
O gráfico da característica 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 C

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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 ou 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 precesso 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.
Aspectos técnicos de um Circuito Integrado classe D
Amplificadores Classe D no mercado:

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 algoritomos 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 fixa entre 100 a 200KHz, um classe T trabalha com até mais de 1,5MHz isso facilita 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.
O circuito de um classe T pode ser resumido com os blocos:

 

boletim Tripath sobre classe T
Tripath, desenvolveu o classe T
McIntosh amplificadores classe A
aspectos técnicos sobre um CI classe D

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