Olá a Todos!!!

Classes de amplificadores de potência

Amplificadores Classe-A

Em um amplificador Classe A, a corrente flui continuamente em todos os dispositivos de saída, o que torna a sua eficiência muito baixa, mas quase nenhuma distorção de crossover. 

O amplificador final Classe A é a configuração mais simples e também uma das melhores configurações para reprodução de áudio de alta qualidade e pode ser implementado usando um seguidor de emissor padrão. 

A corrente quiescente através do transistor é igual ao pico da corrente de saída AC, o que significa que o transistor é polarizado no meio de sua faixa de trabalho e simplesmente conduz mais ou menos corrente quando acionado por uma voltagem alternada.

A eficiência de um amplificador classe A é muito baixa: 25% na amplitude máxima de saída e ainda menos em níveis de sinal baixos. A eficiência pode ser melhorada usando um projeto simétrico com 2 transistores, mas mesmo assim a maior eficiência. é 50%, o circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 2 abaixo.

Fig. 2 - Amplificador Classe-A

Amplificadores Classe-B

A operação de um amplificador de áudio Classe-B usa um par de transistores polarizados de forma que o transistor ativo, conduza em uma das metades da forma de onda, ou seja, meio ciclo da onda, e a outro na outra metade, ou seja, em outro ciclo de onda, que significa que eles conduzem cada um em seu momento um ângulo de 180° que é a metade do ciclo total. 

Estágios de áudio Classe-B podem ter números de eficiência de até 75%, embora às custas de uma distorção um tanto maior do que com um estágio Classe-A usando o mesmo layout. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 3 abaixo.

Fig 3 - Amplificador Classe-B

Maior eficiência permite que uma maior potência de saída seja obtida com dissipadores de calor menores, e o uso de feedback negativo pode, com um projeto cuidadoso, reduzir a distorção a níveis desprezíveis. O Classe-B (ou Classe A – B, que usa corrente sem sinal mais alta) é o método de operação preferido para amplificadores com CI em níveis de potência de até cerca de 15 W de saída.

Amplificadores Classe-AB

Os amplificadores Classe-AB, não foram um desenvolvimento de classe, e sim uma combinação de duas classes já existentes, o Classe-A e o Classe-B, que já pudemos estudar acima.

Eles são atualmente os tipos mais comumente usados ​​na grande maioria dos fabricantes de amplificadores de áudio de potência. 

O amplificador Classe-AB é uma variação de um amplificador de Classe-B conforme descrito acima, exceto que ambos os dispositivos podem conduzir ao mesmo tempo em torno do ponto de crossover das formas de onda, eliminando os problemas de distorção de crossover do amplificador de Classe-B anterior.

A Classe-AB é menos linear do que A ou B, os dois transistores têm uma tensão de polarização muito pequena, normalmente de 5 a 10% da corrente quiescente para polarizar os transistores logo acima de seu ponto de corte. 

Então, o dispositivo de condução, seja bipolar ou FET, ficará “LIGADO” por mais de meio ciclo, mas muito menos de um ciclo completo do sinal de entrada. 

Portanto, em um projeto de amplificador de classe-AB, cada um dos transistores em configuração push-pull está conduzindo por um pouco mais do que meio ciclo de condução na classe-B, mas muito menos do que o ciclo completo de condução da classe-A. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 4 abaixo.

Fig 4 - Amplificador Classe-AB

Amplificadores Classe-C

As estruturas dos amplificadores Classe-C teem maior eficiência, no entanto, a linearidade são as menores das classes de amplificadores mencionados aqui. As classes anteriores, A, B e AB são consideradas amplificadores lineares, pois a amplitude e fase dos sinais de saída estão linearmente relacionadas à amplitude e fase dos sinais de entrada.

No entanto, o amplificador de classe-C é fortemente polarizado de modo que a corrente de saída seja zero por mais da metade de um ciclo de sinal senoidal de entrada com o transistor ocioso em seu ponto de corte. Em outras palavras, o ângulo de condução do transistor é significativamente menor do que 180 graus e geralmente está em torno da área de 90 graus. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 5 abaixo.

Fig 5 - Amplificador Classe-C

Embora essa forma de polarização do transistor dê uma eficiência muito melhorada de cerca de 80% ao amplificador, ela introduz uma distorção muito forte do sinal de saída. Portanto, os amplificadores de classe-C não são adequados para uso como amplificadores de áudio.

Devido à sua forte distorção de áudio, os amplificadores classe-C são comumente usados ​​em osciladores de onda senoidal de alta frequência e certos tipos de amplificadores de frequência de rádio, onde os pulsos de corrente produzidos na saída do amplificador podem ser convertidos em ondas senoidais completas de uma determinada frequência pelo uso de circuitos ressonantes LC em seu circuito coletor.

Amplificadores Classe-D

Esses amplificadores alternam continuamente a saída de um ciclo para o outro em uma frequência supersônica, controlando a relação marca/espaço para fornecer uma média que representa o nível instantâneo do sinal de áudio; isso é alternativamente chamado de modulação por largura de pulso (PWM). O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 6 abaixo.

Fig 6 - Amplificador Classe-D

Grande esforço e engenhosidade foram devotados a essa abordagem, pois a eficiência é em teoria muito alta, mas as dificuldades práticas são graves, especialmente em um mundo de legislação EMC cada vez mais rígida, onde não está claro que uma onda quadrada em 200kHz com alta potencia é um bom lugar para começar. 

A distorção não é inerentemente baixa, e a quantidade de feedback negativo global que pode ser aplicada é severamente limitada pelo pólo devido à frequência efetiva de amostragem direto de feedback. 

É necessário um filtro passa-baixa de corte nítido entre o amplificador e o alto-falante, para remover a maior parte do RF; isso exigirá pelo menos quatro indutores (para estéreo) e custará dinheiro, mas seu pior recurso é que ele só dará uma resposta de frequência plana em uma impedância de carga específica.

Amplificadores Classe-F

Os amplificadores Classe-F aumentam a eficiência e a saída usando ressonadores harmônicos na rede de saída para moldar a forma de onda de saída em uma onda quadrada. Os amplificadores Classe-F são capazes de altas eficiências de mais de 90% se a sintonia harmônica infinita for usada. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 7 abaixo.

Fig. 7 - Amplificador Classe-F

Amplificadores Classe-G

Este conceito foi introduzido pela Hitachi em 1976 com o objetivo de reduzir a dissipação de potência do amplificador. Os sinais musicais têm uma relação de pico/média, passando a maior parte do tempo em níveis baixos, então a dissipação interna é muito reduzida ao correr pelas grade de baixa tensão para saídas pequenas, mudando para grade de correntes mais altas para excursões de maiores potências.

A série básica Classe-G é com duas tensões de alimentação (ou seja, quatro grades de alimentação, como ambas as tensões são ±), a corrente é retirada dos grade de alimentação V1 inferiores sempre que possível; se o sinal exceder V1, TR6 conduz e D3 desliga, de forma que a corrente de saída agora é inteiramente retirada da grade de alimentação V2, com dissipação de energia compartilhada entre TR6 e TR8. 

O estágio interno TR3, TR4 é normalmente operado na Classe-B, embora AB ou A sejam igualmente viáveis ​​se a polarização do estágio de saída for adequadamente aumentada. Os dispositivos externos estão efetivamente na Classe-C, pois conduzem por menos de 50% do tempo. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 8 abaixo.

Fig 8 - Amplificador Classe-G

Em princípio, os movimentos da tensão do coletor nos coletores do dispositivo interno não devem afetar significativamente a tensão de saída, mas na prática o Classe-G é frequentemente considerada como tendo uma linearidade mais pobre do que a Classe-B devido a falhas devido ao armazenamento de carga nos diodos de comutação D3, D4.

Amplificadores Classe-H

O amplificador Classe-H é mais uma vez basicamente Classe-G, mas com um método de aumentar dinamicamente a tensão de alimentação (ao invés de mudar para outro bloco de alimentação) a fim de aumentar a eficiência. O mecanismo usual é uma forma de bootstrapping. A Classe-H é ocasionalmente usada para descrever tecnicamente um nível acima do Classe-G; podemos prescindir melhor o nosso entendimento abordando o assunto dessa maneira.

Amplificadores Classe-I

Os amplificadores Classe-I  teem dois conjuntos de dispositivos de comutação de saída complementares dispostos em uma configuração push-pull paralela com ambos os conjuntos de dispositivos de comutação amostrando a mesma forma de onda de entrada. 

Um dispositivo alterna a metade positiva da forma de onda, enquanto o outro alterna a metade negativa semelhante a um amplificador classe-B. 

Sem nenhum sinal de entrada for aplicado, ou quando um sinal atinge o ponto de cruzamento zero, os dispositivos de chaveamento são LIGADOS e DESLIGADOS simultaneamente com um ciclo de trabalho PWM de 50% cancelando quaisquer sinais de alta frequência.

Para produzir a metade positiva do sinal de saída, a saída do dispositivo de comutação positiva é aumentada no ciclo de trabalho, enquanto o dispositivo de comutação negativo é diminuído da mesma forma e vice-versa. 

As duas correntes de sinal de comutação são intercaladas na saída, dando ao amplificador classe-I o nome de: “amplificador PWM intercalado” operando em frequências de comutação superiores a 250 kHz.

Amplificadores Classe-S

Amplificador de Classe-S é um amplificador que trabalha em modo de comutação não linear, ele é bastante semelhante ao tipo de operação dos amplificadores classe-D. 

A Sony desenvolveu sua tecnologia S-Master, em sua tecnologia, a Sony combinou várias técnicas para tornar a configuração de Classe-D adequada para aplicações domésticas de alta fidelidade. Aqui, o processo de conversão do sinal de entrada em um sinal de largura de pulso correspondente é chamado de modulação de comprimento de pulso complementar.

O amplificador classe-S converte sinais de entrada analógicos em pulsos de onda quadrada digital por um modulador delta-sigma e os amplifica para aumentar a potência de saída antes de finalmente ser Demodulado por um filtro passa-banda. O circuito básico ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 9 abaixo.

Fig 9 - Amplificador Classe-S

Como o sinal digital deste amplificador de comutação está sempre totalmente “LIGADO” ou “DESLIGADO” (na teoria, dissipação de energia zero), tecnicamente a eficiências desse amplificador chegaria a 100% de eficiência.

Amplificadores Classe-T

Os amplificadores Classe-T são outro tipo de formato de amplificadores de comutação digital. Amplificadores Classe-T estão começando a se tornar mais populares atualmente como um projeto de amplificador de áudio devido à existência de chips de processamento de sinal digital (DSP) e amplificadores de som surround multicanal, pois converte sinais analógicos em sinais modulados por largura de pulso digital (PWM) para amplificação aumentando a eficiência dos amplificadores. 

A empresa Tripath desenvolveu uma técnica que combina a qualidade do sinal de amplificadores classe A e AB com alta eficiência (cerca de 80-90%). Isso é feito usando uma combinação de circuitos analógicos e digitais, juntamente com algoritmos digitais que modulam o sinal de entrada usando uma forma de onda de comutação de alta frequência. O circuito ilustrativo, pode ser visualizado na Figura 10 abaixo, esse foi obtido pelo datasheet do mesmo.

Fig. 10 - Amplificador Classe-T

Os projetos de amplificadores de classe-T combinam os níveis de sinal de baixa distorção do amplificador de classe-A e classe-AB e a eficiência de energia de um amplificador de classe-D.

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Fig. 1 - PCI amplificador de 50W rms com mosfets

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Fig. 2 - Diagrama do Circuito Amplificador de 50 Watts

Fig. 1 - Amplificador Hi-End de 56W RMS com o CI LM3875

Características do LM3875

• Potência de saída média contínua de 56W em 8Ω
• Capacidade de saída de pico instantânea de 100W
• Relação sinal-ruído> 95dB (min)
• Proteção de saída de curto para o terra ou para os suprimentos via circuito interno de limitação de corrente
• Proteção contra sobretensão de saída contra transientes de cargas indutivas
• Fornece proteção contra subtensão, não permitindo a polarização interna quando | V + | + | V− | ≤ 12V, eliminando, assim, os transientes de ativação são desativados
• Pacote de 11 PFM de chumbo
• Ampla faixa de tensão de alimentação: | V + | + | V− | = 20V a 84V
• Distorção harmônica total (THD) inferior a 0,03% na faixa de frequência de 20Hz a 20kHz e na faixa de alimentação de +/- 40V.

Na figura 2 abaixo, temos o diagrama esquemático do Amplificador Hi-End de 56W com o CI LM3875.

Fig. 2 - Diagrama esquemático Amplificador Hi-End de 56W RMS com o CI LM3875

Alimentação do Circuito

A alimentação do circuito amplificador é fornecida por uma fonte de alimentação CC, de corrente contínua, podendo ser elaborada através de um  transformador 28-0-28V, que depois de passado pela retificação, ficará em torno de 40V CC, e com pelo menos 5 Amperes. Como vimos nas características do LM3875 acima, ele tem uma ampla faixa de tensão de alimentação, o que podemos utilizar uma fonte de menor tensão ou de maior tensão, podemos fazer com o que temos em nossa bancada.

Lista de materiais

• CI 1 ----------------- Circuito Integrado LM3875T
• R1, R4 -------------- Resistor 1/8w 22K
• R2, R3 -------------- Resistor 1/8w 1K
• R5 ------------------- Resistor 2w 2Ω
• C1 ------------------- Capacitor cerâmico/poliéster 220pF
• C2 ------------------- Capacitor Eletrolítico 22uF
• C3, C4 -------------- Capacitor Eletrolítico 470uF
• C5, C6, C7 --------- Capacitor cerâmico/poliéster 100nF
• P1 ------------------- Potenciômetro 47K
• Outros -------------- Fios, Soldas e Etc.

Placa de circuito impresso

Estamos disponibilizando a Placa de Circuito Impresso para baixar, como ilustrada na Figura 1, é um link direto, e nele estamos disponibilizamos os arquivos GERBER, PDF, LAYOUT, PNG, para download no link abaixo.

Arquivos para download

Link direto para o MEGA:

Arquivos: Gerber, Layout em PDF, PNG. 

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Shalom

A algum tempo venho recebendo mensagens de muitos dos nossos inscritos, tanto aqui em nosso Blog, como os do nosso canal do YouTube, sempre com a mesma pergunta, "Como posso instalar um controle de volume no meu circuito amplificador?" E acredite, são realmente muitas pessoas solicitando isso, inclusive em um dos nossos vídeos, Circuito Mini Amplificador com 3 Transistores Batendo no SUB 600W RMS "Vamos montar!" Tivemos centenas dessas perguntas, foi então que decidimos fazer esse Post para que, de forma simplificada, possamos explicarmos o como proceder para ligar, conectar um potenciômetro para ajustar o nível de sinal "Volume", em seu circuito amplificador.

Tipos de Circuitos

A princípio iremos Montar 3 tipos de circuitos para que você possa fazer a escolha de acordo com o seu projeto, como descrito abaixo: 

1. Circuito de Controle Mono - Com um único canal para controlar
2. Circuito de Controle Estéreo - Um potenciômetro duplo para controlar os dois canais
3. Circuito de Controle Estéreo - Dois potenciômetros, um para cada canal.

1. Circuito de Controle Mono

O Circuito Mono é um controle de volume com um único potenciômetro, ele é um circuito mais simples. Apesar da sua simplicidade, esse é o tipo de circuito mais utilizados até hoje em todo tipo de dispositivo eletrônico que necessite atenuar o sinal auditivo em um amplificador, e na Figura 2, já podemos visualizar a sua simplicidade.

Fig. 2 - Controle de Volume Mono Simples

Como podemos ver no diagrama esquemático, é bastante simples, só requerendo apenas de pouquíssimos componentes, e isso à depender de que tipo de aplicação você irá fazer, pois não é necessário utilizar os conectores, podendo ser soldado diretamente no circuito.

Lista de Componentes

2. Circuito Estéreo - Potenciômetro Duplo

O Circuito de controle de volume Estéreo com um potenciômetro duplo, é um circuito que segue os mesmos princípios do circuito 1, com a diferença que ele faz o controle de volume síncrono, ou seja, simultâneo, dois canais estéreo simultaneamente, para melhorar o entendimento podemos acompanhar no diagrama esquemático do circuito na figura 3 abaixo com a mesma simplicidade do primeiro circuito.

Fig. 3 - Controle de Volume Estéreo Potenciômetro Duplo

Como podemos ver no diagrama esquemático, é bastante simples, só requerendo apenas de 3 componentes, e isso à depender de que tipo de aplicação você irá fazer, pois não é necessário utilizar os conectores, podendo ser soldado diretamente no circuito.

Lista de Componentes

Se você precisar ajustar o volume separadamente para cada um dos dois ou mais canais, então neste caso temos o Circuito 3 abaixo.

3. Circuito Estéreo - Dois Potenciômetro

O circuito 3 é tão simples quanto o Circuito 1 e Circuito 2, o mais importante é estar certo das conexões de entradas e as conexões de saídas, se for invertida, pode acontecer que na posição de volume mínimo a resistência irá baixar para o mínimo "0 ohms" formando um curto-circuito na saída da fonte do sinal para o terra, que por sua vez pode queimar o dispositivo do qual está planejado receber o sinal. Seja cuidadoso!

O Circuito de controle de volume Estéreo com dois potenciômetros, é um circuito exatamente igual ao Circuito 2, com a diferença que ele faz o controle de volume independente por canal, para melhorar o entendimento podemos acompanhar no diagrama esquemático do circuito na figura 4 abaixo com a mesma simplicidade do primeiro circuito.

Fig. 4 - Controle de Volume Estéreo com dois Potenciômetros

Lista de Componentes

Pré-Amplificador Alto Ganho com CI TL071 + PCI

No post de hoje, iremos apresentar um Pré-Amplificador com ótima qualidade sonora, com baixo ruído e baixa distorção harmônica (THD), o consumo é bastante baixo 1.4mA  podendo ser alimentado também por uma bateria de 9V. O circuito pré-amplificador é baseado no Circuito Integrado TL071.

O TL071 é um amplificador operacional de entrada JFET de baixo ruído que combina duas tecnologias analógicas de última geração em um único circuito integrado monolítico. Cada amplificador operacional com compensação interna tem um dispositivo de entrada JFET de alta tensão bem combinado para baixa tensão de deslocamento de entrada. A tecnologia BIFET fornece larguras de banda amplas e taxas de variação rápidas com baixas correntes de polarização de entrada, correntes de deslocamento de entrada e correntes de alimentação. Além disso, os dispositivos apresentam baixo ruído e baixa distorção harmônica, tornando-os ideais para uso em aplicações de amplificadores de áudio de alta fidelidade.

Esses dispositivos estão disponíveis em amplificadores operacionais simples, duplos e quádruplos que são compatíveis com os pinos do padrão da indústria MC1741, MC1458 e o produto bipolar MC3403 / LM324.

Características

• Amplo modo comum (até vcc +) e faixa de tensão diferencial
• Baixa polarização de entrada e corrente de deslocamento
• Baixo ruído en = 15nv / √hz (típico)
• Proteção contra curto-circuito de saída
• Estágio de entrada j – fet de alta impedância de entrada
• Distorção harmônica baixa: 0,01% (típico)
• Compensação de frequência interna
• Operação livre de travamento
• Alta taxa de variação: 16v / µs (típico)

Diagrama esquemático

Na figura 2 temos o diagrama esquemático do Circuito Pré-Amplificador Alto Ganho com CI TL071, como podemos observar no diagrama esquemático, são poucos os componentes externos existentes no circuitos, tornando o circuito bastante simples para ser montado.

Fig. 2 - Circuito Pré-amplificador Alto Ganho com CI TL071

A alimentação desse Pré-Amplificador pode ser feita através da tensão entre 11V a 15V DC, e você pode estar utilizando essas tensões diacordo com o seu projeto.

Lista de Material

• U1 ----------------- Circuito Integrado TL071
• R1, R2 ------------ Resistor 1/8w 62K 
• R3 ----------------- Resistor 1/8w 10K
• C1 ----------------- Capacitor eletrolítico 1uF - 16V 
• C2, C3 ------------ Capacitor eletrolítico 47uF - 16V
• C4 ----------------- Capacitor eletrolítico 100uF - 16V
• POT1 ------------- Potenciômetro 10KΩ
• P1, P2, P3 ------- Conector tipo terminal parafusado 5mm 2 Pinos
• Outros ------------ Fios, Soldas, bateria, placa de circuit impresso, etc.

Fig. 3 - PCI Pré-Amplificador Alto Ganho com CI TL071

Estamos dispondo para Download os materiais necessários para quem deseja montar com a PCI - Placa de Circuito Impresso, os arquivos em PNG, PDF e arquivos GERBER para quem deseja enviar para impressão.

Download:

Link Direto: Arquivos PNG, PDF, GERBER

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