Power Amps e lei de Ohm!

[Tiago Vulgar]

Olá Pessoal, seguinte:

 Estava praticando os calculos da Lei de Ohm nos Power Amp que tem na net. Raramente o esquemático indica qual o valor do transformador em volts e Amperes, esquemático da fonte de alimentação, etc.
 Quando estava calculando o valor do transformador deste esquema (http://construyasuvideorockola.com/downloads/transistor_mono.pdf) que já vem com o valor do transformador e esquemático de fonte (retificação e filtragem) e acabei me deparando com valores totalmente diferentes do que eles recomendam nesse projeto. Não estou falando mal ou algo assim  dos autores do projeto mas a lei de ohm não funciona neste caso, ou eu estou errado?
 O esquema é de 100w, tá até aí b l z (moderador, peço que me suspenda do fórum), segundo as fórmulas: P:U.I (potência é igual a tensão x corrente), e como só temos o valor da potência (100w) e o da resistência (impedância do falante), utilizamos a seguinte fórmula: P:U²/R ...OK! agora achamos a corrente com U:R.I e...os valores são diferentes do que geralmente aparecem nos esquemáticos (pelo menos nos que vi)...é isso mesmo  ?

Dados que obtive: R: 8 ohm => U= 28.284V   I= 3,535 A   
                         R: 4 ohm => U= 20V         I= 5A

Dados sem a retificação de porcentagem a mais!
-----Esqueci de citar, só power transistorado!

[hgamal]

Calma. A lei de ohm vale sim. O problema é que o cálculo que você fez é para tensões contínuas.

Para o caso de um amplificador, a potência máxima teórica - que é aquela que você calcula através da tensão de alimentação e assumindo que ele não distorça - é outra.

Para o cálculo de potência máxima ideal, assumimos que o amp fornece uma senoide sem distorções. Neste caso, a potência de um sinal senoidal é dada pela fórmula:

Po = Vrms ^ 2 / RI

Onde Vrms é a amplitude em rms da senoide e Rl a carga.

Mas calma, a amplitude RMS da senoide é dada por outra fórmula, ou seja:

Vrms = Vamp / sqrt(2); assim Temos que: Vamp = Vrms / sqrt(2)

Vamp é o valor de pico da senoide, que corresponderá no caso teórico a tensão de alimentação do amp quando alimentado por uma alimentação simétrica.

Assim, A amplitude de uma senoide teórica que pode ser fornecida por um amplificador alimentado por uma tensão Valim simétrica ( +Valim e -Valim ) é:

Vamp = Valim; quando simétrica, ou

Vamp = Valim / 2; quando alimentação simples.

Assim, um amp alimentado por uma tensão Valim (simétrica) terá uma potência máxima teórica dada pela fórmula:

Po = Valim ^2 / ( 2 * Rl )

Ou seja, a potência máxima teórica é bem menor que a calculada pela lei de ohm para tensões contínuas.

Se alimentar com fonte simples, temos que usar Valim a fórmula é:

Po = Valim ^2 / ( 8 * Rl )

Um exemplo:

Um amplificador ideal  de 50 Watts em 8 ohms é um amplificador capaz de fornecer uma senoide de 20 Vrms de amplitude. Ou seja ele tem que ser alimentado por uma fonte simétrica de +/- 28.30V, ou por uma alimentação simples de 56.60V.

Mas lembre-se, tem que rolar um desconto, as coisas acima é para o caso ideal. Na realidade o amp não é tão bom quando isso!

[Tiago Vulgar]

Humm...já teve vários comentários aqui no fórum sobre tensão de pico, não é?? me lembro de ter visto mas em todo caso neste power então a tensão de pico seria o +Vcc e -Vcc de alimentação do circuito? aquela que achei calculando com a lei de ohm?

[hgamal]

Humm...já teve vários comentários aqui no fórum sobre tensão de pico, não é??

muitos

me lembro de ter visto mas em todo caso neste power então a tensão de pico seria o +Vcc e -Vcc de alimentação do circuito?

No caso do amplificador apresentado, a Valim = Vcc.

aquela que achei calculando com a lei de ohm?

A lei de ohm continua a mesma. O problema é que o cálculo de potência é uma média para um determinado período de tempo. A lei de Ohm para potência que você usou é uma vale para cálculo da potência instantânea, ou casos onde a potência média é igual a potência instantânea. Justamente o caso de alimentação com tensão contínua.

Ou seja, uma bateria ligada diretamente a um resistor, pode a dissipação calculada por P = V^2/R ou P=V*I.

Quando o sinal não é contínuo, a formula da potência é dada por uma integral fechada para período da média:



http://pt.wikipedia.org/wiki/Pot%C3%AAncia_el%C3%A9trica

[Ledod]

 Só colocando mais um comentário, existe também o fato de que o alto falante possui uma impedância de 8 ohms, ou seja, não é uma carga puramente resistiva. Assim, a parte resistiva consome potência enquanto a parte reativa não.
 De acordo com o livro "Análise de Circuitos Elétricos em Engenharia" do Irwin, ele faz a análise da integral que o Haroldo postou para um tensão e uma corrente cosenoidal, cada uma com um ângulo de fase diferente (imagine duas senoides defasadas entre si).

 O resultado é que a potência média é dada pelo Vpico, Ipico e a defasagem entre elas.

 P = 1/2 * Vm * Im * cos (tetav - tetai) , onde Vm e Im é a corrente e tensão de pico, e o ângulo tetav e tetai são os ângulos de fase entre estas formas de onda.

 O interessante mesmo deste cálculo é o comentário do autor:

  Para um circuito puramente resistivo o ângulo de fase é 0, ou seja a corrente segue a tensão aplicada no resistor. Como cos(0) = 1 vale a relação
 P= 1/2 *Vm * Im. Caso seja um circuito puramente reativo (uma forma de onda deslocada de 90º), o cos(90º) = 0, ou seja, não há potência média consumida.

 Ou seja, dentre muitos fatores (eficiência de um amplificador, impedância de um falante, etc) que a potência de saída é bem menor que a potência fornecida pela fonte.
 
 Uma outra observação: Para os cálculos da potência devemos normalizar a frequência do ensaio porque um alto falante só possui sua impedância nominal em uma dada frequência. 8 ohms de um falante é apenas em alguma frequência específica (que deveria ser normalizada pelos fabricantes mas ninguém informa).
Assim, a 100hz por ex a potência média é um valor, a 10Khz a potência média é outra.


 Espero que não tenha confundido mais a cabeça haha

Um abraço

Eduardo

[felixmeirelles]

Isso é engraçado, a tecnologia evolui em diversos campos, mas em alguns outros parece que pararam no tempo, quando um cara compra um processador de PC, ele sabe até quantos transistores foram usados por milímetros no encapsulamento. As industrias criaram normas e padrões para tantas coisas. Mas para áudio em geral vemos cada um com seus pesos e suas medidas.

Seria tão fácil atualmente estabelecer um padrão de frequências audíveis e suas relações de ganho/potência com falantes, microfones, captadores.

Mas tendo um padrão eles teriam que seguir o padrão, o que geraria custos, e parece que grande parte da industria "musical" vive de segredinhos e mojo.

É absolutamente inaceitável pagar uma tonelada de dinheiro para ter Celestions, captadores Fender, mics Shure e na hora do teste ver que as medições mais simples como resistividade/impedância não batem com outros exemplares, nem entre os exemplares do mesmo lote!!!

Imagina comparar freq/ganho por freq/ganho.

É tipo o pensamento da doceira: segue a receita do bolo, se não solar, vende.

[xformer]

As industrias criaram normas e padrões para tantas coisas. Mas para áudio em geral vemos cada um com seus pesos e suas medidas.

Existem normas e padrões sim, mas veja o que escreve o Prof. Rosalfonso Bortoni no seu livro "Amplificadores de Áudio - pág 30":

"Na tentativa de ganhar números, alguns fabricantes especificam potências com nomes absurdos que nada fazem além de enfeitar as especificações técnicas (se é que podemos chamar de técnicas) de um determinado produto. A potência musica, por exemplo, é comumente tida como sendo o dobro da potência média (a chamada "RMS"), o que já vimos não ser obrigatoriamente verdade. No caso dos alto-falantes a potência dita musical é normalmente o dobro da potência média obtida segundo a norma NBR 10.303, por uma simples determinação do fabricante. O método para especificação da potência média de um alto-falante nada se parece com o método para obtenção da potência média em amplificadores. A potência musical declarada para os alto-falantes é obtida com um sinal musical cujo valor pico a pico corresponde ao valor pico a pico de um sinal senoidal que provoca uma potência média equivalente ao dobro da potência média obtida segundo a norma NBR 10.303. Ou seja, o fabricante determina isso. Lamentavelmente existe, também, a potência dita PMPO. Essa potência é, sem sombra de dúvidas, uma farsa. Durante o III Congresso AES Brasil (27 a 29 de julho de 1999, São Paulo) houve um debate, em mesa redonda, sobre a questão "Especificação de Potência". Entre vários representantes da indústria nacional de amplificadores e alto-falantes estava um representante do INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia). Segundo ele, a partir de um levantamento feito pelo INMETRO, pode-se constatar que a potência PMPO não tem qualquer embasamento normativo e que sua existência se deve única e exclusivamente aos apelos do MARKETING.

nota do autor: as citações às normas e, feitas aqui, são para fins de esclarecimento e conscientização do leitor e não podem ser usadas como referências nas aplicações comerciais, pois o apresentado é apenas uma menção ao que as normas sugerem ricamente em detalhes. "

[felixmeirelles]

Então se para determinar o fator de potencia e a nomenclatura já é uma confusão, imagina estabelecer um padrão de ganho / frequência para classificar os equipamentos.

Por exemplo uma escala de 9 subdivisões, Agudos (A1 A2 A3), Médios (M1 M2 M3) e Graves (G1 G2 G3)

Ai quando fossemos comprar um twitter 100W por exemplo A1=70 A2=80 A3=90 M1=60 M2=40 M3=30 G1=20 G2=15 G3=10.

Pronto coisa fácil de se pensar mas difícil de implementar, porque como eu disse e o prof. Rosalfonso Bortoni confirma, "alguns fabricantes especificam potências com nomes absurdos que nada fazem além de enfeitar as especificações técnicas".

E mesmo os fabricantes tops trabalham ainda muito em cima de uma faixa de "tolerância" bem "larga", se pensarmos no valor que pagamos pelos produtos de grife.

[Guilherme]

Tiago

Esqueça a aritmetica e o calculo e faça aquilo que nós, humanos, mais gostamos de fazer: meça.

Infelizmente, para medir, você vai precisar de:

1 gerador de audio senoidal

1 (mili)voltimetro AC de banda larga, pelo menos com boa leitura na faixa de audio

1 carga resistiva de 4 ou 8 ohms de potencia compativel com  o equipamento sob teste.

1 osciloscopio duplo feixe ajuda, mas não é fundamental


Em geral a frequencia de referencia é 1kHz. Isso significa que as medidas em outras frequencias estão automaticamente referenciadas à essa frequencia.

Assim, se você medir uma tensão de 25V sobre uma carga resistiva de 4 ohms,  a potencia desenvolvida nessa carga estará em torno de 150W. Faça o mesmo para outras frequencias (oitavas), digamos 32-64-128-250-500Hz - 1kHz-2kHz-4kHz-8kHz e 16kHz, e v. terá uma otima idéia do comportamento do seu equipamento.

Com cargas reativas, caso de um alto-falante, a coisa muda um pouco, mas nada que invalide o metodo acima. Esse é o metodo usualmente empregado. Com a ajuda de um osciloscopio, v. poderá comparar a forma de onda de entrada com a forma de onda sobre a carga e fazer a medição exatamente antes do ponto de clipagem, que é fácil identificar visualmente. No final, não se assuste se v. medir 102W naquele ampli de 150 ou 68W naquele ampli de 100. Isso em 1kHz.
Em 32Hz...., bem deixemos isso de lado 

Evidentemente, o controle de tonalidade deve estar o mais "plano" possivel, ajuste esse nem sempre facil de se fazer em amplis para guitarras.

Abraços

Guilherme Peregrini

[Tiago Vulgar]

Humm...já teve vários comentários aqui no fórum sobre tensão de pico, não é??

muitos

me lembro de ter visto mas em todo caso neste power então a tensão de pico seria o +Vcc e -Vcc de alimentação do circuito?

No caso do amplificador apresentado, a Valim = Vcc.

aquela que achei calculando com a lei de ohm?

A lei de ohm continua a mesma. O problema é que o cálculo de potência é uma média para um determinado período de tempo. A lei de Ohm para potência que você usou é uma vale para cálculo da potência instantânea, ou casos onde a potência média é igual a potência instantânea. Justamente o caso de alimentação com tensão contínua.

Ou seja, uma bateria ligada diretamente a um resistor, pode a dissipação calculada por P = V^2/R ou P=V*I.

Quando o sinal não é contínuo, a formula da potência é dada por uma integral fechada para período da média:



http://pt.wikipedia.org/wiki/Pot%C3%AAncia_el%C3%A9trica

hgamal
 
 Eu saquei + ou -...neste caso trabalhamos com a média, para a potência média temos uma fração sendo multiplicada por uma integral definida de 0 a T, só não intendi as icógnitas, como no caso da lei de ohm eu demorei um pouco para descobrir que o "R" do U:R.I era a impedância do alto falante, acredito que a maioria do pessoal que tá buscando calcular ou compreender como funciona a teoria e prática acaba travando nas definições. até entendo integrais mesmo porque tenho isso na faculdade, porém o calculo aplicado já fica complicado quando não sei quais são os termos.
 Por exemplo: o que seria o T? é tempo? tempo da senóide?

Tiago

Esqueça a aritmetica e o calculo e faça aquilo que nós, humanos, mais gostamos de fazer: meça.

Infelizmente, para medir, você vai precisar de:

1 gerador de audio senoidal

1 (mili)voltimetro AC de banda larga, pelo menos com boa leitura na faixa de audio

1 carga resistiva de 4 ou 8 ohms de potencia compativel com  o equipamento sob teste.

1 osciloscopio duplo feixe ajuda, mas não é fundamental

Guilherme

 Eu sei que neste modo será bem melhor para ver como a coisa funciona, porém não tenho todos os equipamentos disponíveis  , tenho esses equipamentos no meu estágio, porém é só para a reserva técnica...eu só posso olhar de longe 

 

[Ledod]

 Por isso que a lei de ohm é uma lei física. Ela vale sempre, não importando quais os sinais que estamos analisando, se é contínuo ou variável no tempo, se a carga é reativa ou resistiva ou uma impedância qualquer.
 A lei de ohm não é só R = V/I

 O T é o período da forma de onda que estaremos analisando, I(t) é uma função que indica como o a corrente está variando e U(t) é a função de como a tensão está variando. Pode ser um seno, cosseno, uma exponencial, log, onda quadrada, rampa, o que quiser. Se você conseguir explicitar matematicamente a forma de onda e calcular o valor, vai funcionar e você terá a potência média deste sinal.
 O problema é que as vezes o cálculo da integral fica tão complicado a ponto de não compensar realizar a análise (dai precisaria partir para outros métodos como a transformada de laplace, fourier...).

 No caso de uma senóide cossenoide, existem simplificações matemáticas (já que o valor médio de um período de uma forma de onda senoidal é 0), como aquela que postei ou que está na wikipedia (são as mesmas fórmulas).

Um abraço

Eduardo
 

[Tiago Vulgar]

  O problema é que as vezes o cálculo da integral fica tão complicado a ponto de não compensar realizar a análise (dai precisaria partir para outros métodos como a transformada de laplace, fourier...).

Eduardo (ledod), o que fico na duvida é: aquilo que calculei no início do tópico, na prática não vai funcionar? se não é amplificador ideal então teremos perda  e distorção harmonica, mesmo trabalhando com os valores calculados com a lei de ohm, o amplificador não vai funcionar? isso que fico na dúvida, pois haveria perda e sei que o rendimento não é 100%, fico com essa dúvida pois no projeto o transformador é de 36+36/3A e o que achei dá mais que isso, daí que entraria essa questão da média para dar essa diferença (notável) de valores ou é só economia de capital? 

Att.   

[kem]

Tiago, no projeto esta 36+36V 3A (ou mais). Seu calculo para 8Ohms (100W) esta proximo disso.
Lembre-se que em 4Ohms vai dar mais que 100W.
Se for ligar em 8Ohms, pode pegar o de 3A (de um fabricante confiavel). Lembre-se que é um amplificador não trabalha 100% do tempo no maximo (a não ser que você ligue um gerador de sinais na entrada e o faça trabalhar assim).
Claro que se o preço de um de 5A estiver proximo, pegue este sem duvidas. O transformador vai trabalhar mais frio.

[Tiago Vulgar]

Tiago, no projeto esta 36+36V 3A (ou mais). Seu calculo para 8Ohms (100W) esta proximo disso.
Lembre-se que em 4Ohms vai dar mais que 100W.
Se for ligar em 8Ohms, pode pegar o de 3A (de um fabricante confiavel). Lembre-se que é um amplificador não trabalha 100% do tempo no maximo (a não ser que você ligue um gerador de sinais na entrada e o faça trabalhar assim).
Claro que se o preço de um de 5A estiver proximo, pegue este sem duvidas. O transformador vai trabalhar mais frio.

Kem, o que penso nesse momento seria sobre perder qualidade e ser o mais fiél possivel, por isso tô martelando nesse calculo, pois sei que reduzindo algumas coisas e não trabalhando com o necessário gerando uma perda na qualidade, não sei se é isso que falavam antes no tempo do auge das valvulas, o HI-FI ...alta fidelidade, se eu usar o transformador que ele pede no projeto ele terá uma qualidade que seja fiel? 5A é o que eu já imaginava, trabalha com folga sem esquentar...desculpem se eu pergunto demais, a questão é aprender, como diria chacrinha " quem não se comunica, se trumbica!"

[hgamal]

Tiago,

A questão da fidelidade passa a largo da questão da potência. Por mais que boa seja a capacidade do amp em despejar potência, não será garantia de qualidade. E neste quesito, olhar para o circuito ou ainda simulá-lo, não revelará a sua fidelidade. Certamente, se ele não for aprovado na simulação, terá menos ainda chances de ter fidelidade.

Aconselho a você a procurar referências sobre o circuito, ao invés de analisá-lo.

Isso sem falar que as vezes, fidelidade não é o que procuramos (nós os guitarristas). As vezes queremos apenas que soe bem!