Handmades

Pessoal,

não aguento mais as dúvidas sobre amplificadores e as potências produzidas. Vamos falar de potência. Como calcula?

A matemática é única. A potência de saída média de um sinal elétrico é dada pela fórmula:

(http://www.gamal.com.br/pot_media/pt_media_0.png)

Onde f(t) é função da potencia instantânea produzido pelo sinal que depende da natureza do sinal e T é o período escolhido para a avaliação da média.

O valor da potência instantânea é regida pela velha e conhecida lei de ohm, ou seja, ela depende do valor do sinal e da resistência da carga no em um dado instante do tempo.  Para facilitar as coisas, vamos prosseguir sempre imaginando que a (resistência da carga) não varia  com o tempo. Assim, segundo a lei de ohm, em um dado tempo é dada pela velha fórmula:

(http://www.gamal.com.br/pot_media/pt_media_1.png)

Agora ficou simples, não foi? Bom, como nem todos aqui estão familiarizados com integrais e cálculo, vou tentar simplificar ao máximo para ir adiante, colocando os resultados finais, para que a integral apresentada acima não precise ser avaliada.

Nos sinais de corrente contínua, como eles não variam com o tempo, a potência instantânea é igual à potência média, ou seja,

f(t) = P(t) = V

Assim, o resultado, da potencia média é igual à instantânea:

(http://www.gamal.com.br/pot_media/pt_media_2.png)

Por exemplo, uma bateria de 12V ligada a uma resistência de 8 ohm, produzirá 18 watts.

Para um sinal senoidal, a potência instantânea é dada pela fórmula:

(http://www.gamal.com.br/pot_media/pt_media_3.png)

Aplicando a fórmula acima a integral da potência (usando um período de 0 a pi/2), obtemos:

(http://www.gamal.com.br/pot_media/pt_media_4.png)

Por exemplo, um amplificador que consiga fornecer um sinal senoidal de 24 Volts pico a pico, em carga de 8 ohms, fornecerá uma potência média de 9.05 Watts.

Como um a coisa tão simples pode causar tantas dúvidas? Simples, se o sinal medido na saída não for senoidal, a fórmula acima não vale! Simples, outros sinais, produzem potências de saídas diferentes.

Quando o amplificador distorce, o sinal de saída não é senoidal, ele contém harmônicos que normalmente (vejam bem normalmente) colaboram par aumentar a potência de saída.

Agora faz sentido "datasheets" de válvulas apresentando potências maiores justamente para sinais com 3% ou mais de distorção harmônica. (EL-84 17 Watts @ 4% THD)

Notem mais uma coisa, se o sinal de saída for uma onda quadrada perfeita, a potência de saída será muito maior que a mesma medida realizada para uma onda senoidal.

Colocar um amplificador distorcendo produz mais potência? Eu diria que, numericamente, sim. Mas na realidade ele não apresenta nominalmente a potencia que desejamos. A medida de potência tem que se ser realizada com o amplificador na sua região linear, sem distorção, para um sinal senoidal.

Vamos comparar 50 Watts RMS senoidais de um amplificador com 50 Watts RMS senoidais de outro, por favor!

Se a onda fosse uma onda quadrada pura:

(http://www.gamal.com.br/pot_media/pt_media_2.png)

Exemplo:
Temos uma fonte de 12V, que alimenta um amplificador.  A tensão mais baixa da fonte, quando a plena carga é 10,5V.  O amplificador alimenta um falante de 8 ohms por um capacitor e aplicamos uma onda quadrada perfeita.  No amplificador, quando satura, tem saída que vai de 1V até 9,5V, numa excursão de 8,5V.  A onda quadrada de saída, tem então, 8,5V/2 =4,25V de amplitude.

A potência então no falante seria:
P = (4,25^2)/8 = 2,25W  aproximado..  nunca é exato!

Viu só, como um exemplo pode ser bom!!

Se fosse uma onda senoidal, seria a metade da potencia:
P= 1,12W!!!

 :tup

Abraços, T+

O problema é que uma onda quadrada perfeita, passando por um capacitor, excitando uma carga de 8 ohms, não resultaria em uma saída quadrada perfeita. Mas o cálculo aproximado é próximo do correto!

Nada em eletrônica é perfeito ou exato, todos os cálculos são apenas aproximações, para que possamos nos referenciar para construir ou entender algo.  Na prática, tudo muda..  quanto mais comparamos um com o outro, melhor fica pra gente se basear na próxima vez que calcular.   É A REALIMENTAÇÃO DIFUSA!!

T+

Só para complementar o assunto potência em amplificadores ou alto-falantes (ou potência elétrica em geral), é o uso errôneo do termo "potência rms" ou "watts rms".  Não existe essa figura de associar valor rms à potência. A unidade de potência real (média) é simplesmente o watt (W).  O conceito de root mean square é aplicado à tensão elétrica e corrente elétrica (e outras grandezas físicas como aceleração, etc) que variem positivamente e negativamente, de modo que para obtermos uma média (sem zerar como numa média simples) temos que elevar os valores ao quadrado, somar, tirar a média e depois achar a raiz quadrada. 

Já os valores instantâneos de potência real nunca ficam negativos (pois é média de trabalho realizado ou energia transformada pelo tempo). Para uma resistência atravessada por uma corrente alternada, pra ela não importa se os elétrons vem de um lado e depois de outro, ela esquenta dissipa potência e sempre num sentido positivo (senão ela esfriaria). O próprio conceito de tensão e corrente rms é "o valor de tensão ou corrente alternada que aplicado a uma carga resistiva dissipa a mesma potência que uma tensão ou corrente contínua".  Então não tem sentido a expressão "potência rms" ou "watts rms", pois qual seria a conceituação para elas ?
 
A potência reativa sim, varia positivamente (recebe energia) e negativamente (devolve energia), por isso não dissipa potência, e a unidade é VAr (volt ampére reativo).

Multiplicando-se tensão rms por corrente rms, simplesmente obtemos o valor de potência em watts, nada de watts rms.   

Meus primeiros valvulados, foram feitos com componentes recuperados em sucata (pela falta de capital).
Como a fonte tornaria-se cara, com transformador exclusivo, fiz o uso de duplicador para alta tensão e na saída, enrolei transformadores, até um resultado satisfatório.
Como o mesmo distorcia em volumes altos; procurei contato com meu amigo  Leandro (técnico da MG-Music) e o mesmo disse-me que isso era o que mais agradava em "Amplificadores Valvulados".

Com isso senti-me feliz e não preocupo-me tanto com as distorções.

E como diz o "hgamal", no inicio do tópico, "Quando o amplificador distorce, o sinal de saída não é senoidal, ele contém harmônicos que normalmente (vejam bem normalmente) colaboram par aumentar a potência de saída."
Realmente esse efeito é sentido... aparenta maior potencia que normalmente teria.

Meus amplificadores ficaram bons para "Grunge".

Só para ver o palhaço sair queimado porque o circo já está pegando fogo... [beer]
Vejam o artigo que encontrei: http://www.qgdaluz.com.br/Apostilas%20e%20Cursos%20de%20Áudio%20Profissional/Potência%20uma%20coisa%20mais%20que%20complicada%20-%20Parte%20VI%20-%20Conclusão.pdf


Só uma dúvida... meu falante não aguenta o amp. Pelos cálculos, ele daria 12,5w wrms , mas o falante com 15w RMS satura com uns 80% do volume e já começa a "peidar" (usei esse termo porque realmente parece isso). Perdão aos moderadores, mas não achei outro termo.

Colocando num falante de 120w rms, o som é ótimo até o final! A pergunta é. Como o falante de 15w não suporta os 12,5w se existe sobra de mais de 10% da potência do amp?

Pelas contas que fiz (agora falando de voltagem, datasheet e válvula) ele está dando entre 16w e 18wrms de potência:

pré : 12at7
power: 6l6wxt+ com sua configuração máxima segundo o datasheet eu cheguei na bucha!

Quando um amp de 12 Watts RMS distorce, ele produz mais que 12 Watts!

Se você entendeu a minha explicação inicial, vai perceber que a potência máxima para um amp é um parâmetro calculado para quando ele está sendo alimentado por uma senoide e não está distorcendo. Em teoria, ele pode produzir até o dobro da potência quando distorcendo. Daí a regra de usar sempre um alto-falante maior que a potência do amp.

Não conheço a forma com que a máxima potência admissível de um alto-falante é calculada, mas o fato é que devemos ter sempre um fator de segurança. EU (veja bem, EU) sempre que posso, uso um alto-falante de pelo menos o dobro da potência do AMP. Como isso é bem difícil em alguns casos, pelo menos 50% é uma boa idéia!

Pois é... Essa eu também queria saber! E para piorar, agora os falantes estão vindo com duas marcações. Vem "potência RMS" e "potência musical". Vai saber que raio é cada uma!

Eu vi uma página que explicava (especificação de potência de alto falantes). Vou tentar achar o link.

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http://www.amplifiedparts.com/tech_corner/guitar_speaker_power_handling

Belo artigo heim Guilerme (gfr).

A figura abaixo, traduz muito bem as considerações sobre cálculo de potência:

(http://www.amplifiedparts.com/sites/default/files/imagecache/product_full/imagepicker/1/guitar_power5.png)

Vejam que conforme a distorção aumenta, a tensão RMS aumenta também, até o limite da tensão de pico. E ainda por cima ele fecha com chave de ouro:

"This simplified overdrive distortion model illustrates how the 100 watt Marshall® amp which puts out 115 watts at 4% THD could put out an additional 50 watts at 10% THD."

Sim, eu tinha entendido hagmal, mas deixa eu ver se consigo passar como entendi... Achei que o valvulado em especial, produzia sempre uma senoide na potência e a saturação viria sempre do pré... ou seja, os engenheiros que produziam as válvulas de potência, colocariam no datasheet as especificações de uso para ela dar sua potência desse jeito (senoide). Quando agente "arregaça" o volume o pré que transformava a onda em onda quadrada e deixava distorcendo para agente curtir mais o som. Isso acontece por exemplo no JCM800 que no volume 1 você tem como deixar um drive bacana com o ganho no talo. E ai pensei que a potência fosse relacionada somente à tensão, corrente e impedância geral (isso para valvulados). Transistor, já achei que fosse o do citado abaixo porque eles são produzidos em teoria para serem o mais linear possível, mas quando chega a seu limite, você acaba distorcendo ele.

Mas peço perdão pela ignorância na interpretação.  :pinchX >>(: :-[

 Pessoal, tô retomando o tópico porque não quero abrir um tópico novo, pois creio que a dúvida se resolva aqui. Vamos lá!!


 Minha dúvida é o seguinte:
  
   Se eu tiver um amplificador de potência (genérico) com a especificação de 100 watts, com  impedância de 8 ohm, fazendo os cálculos eu chego na seguinte conclusão...

   P= U²/R, onde P=Potência, U=tensão do transformador e R=impedância do alto falante;
  
  100 watt=U²/8, isolando "U" temos que U~28,28ac e que 28,28ac x raiz quad(2)= 40cc (40 volts simétrico)
  
   P=R.I², onde P=Potencia, R=impedância do alto falante e I= corrente consumida

  100=8.I², isolando "I" temos que I~3,53A e que 3,53 x 1,5 = 5,295A (por segurança)


  ...Resumindo: Terei uma alimentação simétrica de 40-0-40/5,295A para dissipar até 100 watt, correto?

   Agora aí é que entre uma dúvida, se eu colocar um falante com impedância de 4 ohms ao invés de 8 ohms e refazendo todas essas contas novamente, teriamos uma alimentação simétrica de aproximadamente 28-0-28/7,5A para dissipar os mesmos 100 watts. Eu posso mudar o valor da carga e configurando a  alimentação de acordo com os cálculos mesmo que, no projeto esteja especificando um valor de carga e alimentação diferente? Não sei se conseguiram entender minha dúvida mas no caso seria esse projeto do site construyasuvideorockola (http://construyasuvideorockola.com/downloads/zener_TO3.pdf) onde está especificado uma carga de 4 ohm (...e pretendo usar 8 ohm para 120 watts).

 

 

Tiago, não conferi seus calculos sobre a potencia, mas...
Se você tem 3.53A na saida do amplificador, você tem que lembrar de 2 coisas.
1: Qual a classe do amplificador. Se for AB (o mais comum, a eficiência é de aproximadamente 60%). Então seria necessário uma fonte capaz de fornecer 5.88A.
2: Precisa levar em conta também a eficiência do tipo de retificação, que costuma ser entre 50 e 60% para poder calcular o transformador mais indicado ao seu projeto.

Oi Tiago

O raciocínio está no caminho certo, mas tem uns quiproquós a serem considerados. Primeiro é o que se chama de "eficiência" do amplificador. Como o Kem comentou, de acordo com o tipo de circuito ela pode variar de 50% a no máximo 75%. Essa energia perdida é dissipada no aquecimento dos transistores do amplificador.

Quando você muda a impedância da carga, não basta apenas rever a tensão e corrente do transformador. É preciso saber se os transistores da saída vão suportar a corrente extra. Normalmente, não é o caso.

Assim, ao especificar um transformador para um amplificador que você tem poucos dados a respeito, melhor usar de 50% a 75% mais capacidade de corrente do que o calculado pela formula de potência.

Abraços

Eduardo

   Eduardo, a eficiência é calculada de que forma? Seria uma relação de potência da fonte com potência dissipada na carga?
   Achei que "refazendo" os valores, o circuito responderia quase da mesma forma especificada no documento. Pensei assim pelo fato da potência feita com TDA7294 disponibilizar variações de fonte e carga.
   Então este integrado seria uma outra situação pelo fato de ser um "integrado", não é?

O integrado é só uma forma compacta e prática de um circuito com transistores. Não faz diferença significativa em termos de eficiência.

A eficiência de um amplificador é calculada na fase de projeto pela relação entre a energia transmitida para a carga e a entregue ao circuito.

Você pode "medir" a eficiência de um amplificador jogando um sinal conhecido nele e usando um resistor de 8R como carga. Pela tensão nos terminais do resistor você consegue calcular a potência que chega nele. Daí você mede a corrente consumida na fonte e tem a potência entregue ao circuito. A eficiência é a relação entre elas.

Cabe dizer que a eficiência varia conforme o nível do sinal muda. Para amplificadores classe AB e B ela aumenta para sinais maiores.

Abraços

Eduardo

Os amplificadores se dividem em classes, sendo que a A e a AB são as mais comuns em se tratando de amplificadores de guitarras.
Mas, o fato é que existe uma infinidades de classes de amplificadores para as aplicações mais diversas.

E transcrevo aqui (de outro fórum) todas as classes de amplificadores possíveis, algumas das quais eu nem sabia que existiam.

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.

Uma observação: esse rendimento máximo teórico de 25% para classe A ocorre em amplificadores com acoplamento capacitivo na carga (aquele que elimina o nível DC colocando um capacitor em série com o alto falante).

Mas para amplificadores classe A com acoplamento por transformador de saída (tanto valvulado como transistorizado), esse rendimento aumenta para um máximo teórico de 50%, desde que o sinal seja máximo e sujeito a distorção, e se o transformador for ideal.


O amplificador classe D não tem nada de chaveamento digital ou circuito digital, podendo ser todo analógico, apenas usa modulação por largura de pulso (e não uma "onda quadrada de largura variável") que deverá ser filtrada por um filtro passa baixas para reproduzir o sinal na saída. A frequência do sinal PWM citada acima deve ser a partir de 100kHz (e não 100Hz). Hoje os classe D conseguem amplificar sinais acima de 10kHz, tudo depende da qualidade do filtro passa baixas de saída.

Ramsay

 Cuidado ao ler informações sem fontes confiáveis e simplesmente transcrevê-las, as vezes (muitas) falam algumas asneiras rs...


 Gera distorção "pior" que um classe B. Mas um classe C nunca é utilizado para amplificar uma banda larga de frequências... O circuito ressoante LC oscila em apenas uma frequência! (Nunca vi um LC estático "banda larga" rs).
 Em relação à distorção, na frequência de oscilação ela é bem baixa (é sempre uma senóide modulada).

  (http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amplifier18.gif)

 Ou seja, tentar amplificar áudio com um classe C é como pegar um microondas, ligar um transformador de saída, inserir um sinal de aúdio e esperar que saia alguma coisa "ouvível" (rs) na saída...


 Olha um CI recente que comprei para um projeto:

 http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/SSM2305.pdf

 Um abraço!

 Eduardo

Só como curiosidade e a título de informação, meu professor de eletrônica aplicada (curso que ensinava sobre amplificadores) tinha feito um programinha (para calculadora programável) para calcular o rendimento máximo teórico em função do ângulo de condução do amplificador. Obviamente não adianta colocar o programa aqui pois era de uma calculadora antiga que quase ninguém vai ter. Há um tempo eu havia feito o programa em planilha eletrônica e posto a tabela abaixo:

(http://s11.postimg.cc/e64lnlo1v/rendimento.jpg)

 Espero não estar colocando algo incoerente (Com todo respeito ao Ramsay, digo isso por que já postei coisas incoerentes), mas encontrei um PDF do ITA com detalhes sobre um ampliador AB (é o que está escrito no documento "ampliador"), achei ele bem legal e ampliou um pouco mais minha base teórica.

http://www.ele.ita.br/~eloif/graduacao/EEA_46/L5_Amp_AB.pdf

Acho que ajuda um pouco!!

 :-\

Legal, sempre aprendo muito com esses tópicos, já imprimir até um livro que foi indicação do xformer, mas as vezes não tenho tanto tempo, logo espero poder interagir também no assunto.