Cálculo de potência em amplificadores

[Tiago Vulgar]

   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?

[Eduardo]

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

[Ramsay]

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.

[xformer]

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;

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.

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 digital 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;

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.

[Ledod]

Ramsay

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

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

 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).

 

 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...

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;

 Olha um CI recente que comprei para um projeto:

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

 Um abraço!

 Eduardo

[xformer]

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:

[Tiago Vulgar]

 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!!

 

[Electric Effects]

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.