1 ELETRÔNICA II – CAPÍTULO 1

ELETRÔNICA II – CAPÍTULO 1
AMPLIFICADORES
Teoria
Os amplificadores de áudio podem ser projetados de diversas maneiras. Devido a esta flexibilidade, o
método adotado poderá determiná-lo como de baixa, média ou alta potência, além caracterizá-lo quanto à sua
eficiência: baixo, médio ou alto rendimento. Além disso, a metodologia de projeto determinará a autonomia
do amplificador, ou seja, o aproveitamento da energia da fonte de alimentação.
Idealmente, um amplificador deve ser projetado para aproveitar a energia fornecida pela fonte da
melhor maneira possível, evitando ao máximo o sobre-aquecimento dos componentes empregados, mas
existe uma série de fatores que podem comprometer o rendimento do amplificador de um modo geral. Os
valores dos componentes obtidos através dos cálculos não resultam no valor exato do componente, que na
maioria das vezes não corresponde à um valor comercial do mesmo. Nesta situação o projetista precisa
abandonar a precisão dos cálculos e migrar para a aproximação de valores, que inevitavelmente, torna o
circuito prático uma aproximação daquele que está no papel (teórico) e por isso, acaba por apresentar um
rendimento inferior.
Teoria versus Prática
Na teoria, contamos com resultados precisos, fontes de alimentação estáveis, enquanto que na prática
os componentes tem tolerância de valor e o funcionamento é afetado em função da temperatura de operação,
que não ocorre na análise teórica. A divergência entre o circuito prático e teórico motivou os projetistas a
criarem novas metodologias de projeto, de forma que se tornassem mais estáveis e flexíveis quanto aos
componentes de valor teórico e de valor comercial. Mesmo assim, na prática, o uso dessa aproximação de
valores torna-se crítica porque os circuitos acabam por amplificar o erro de projeto e a etapa de saída (que é a
mais potente), acaba por gerar muito calor. Muitas vezes, o calor se torna tão excessivo ao ponto de causar o
desperdício de energia ou resultar na freqüente manutenção destes equipamentos.
Metodologia
Antigamente os componentes eletrônicos não suportavam a potência dos amplificadores que temos
atualmente. Isto porque a metodologia de projeto não permitia um alto rendimento nos amplificadores, o que
significa que eles geravam mais calor e eram menos potentes. A evolução dos semicondutores, aliada a nova
metodologia de projeto, permitiu o desenvolvimento de amplificadores de áudio de alta potência e alto
rendimento.
Um amplificador de áudio com bom rendimento se constitui de vários estágios (ou etapas)
amplificadoras de sinal. Cada estágio adiciona uma propriedade ao sinal que está sendo amplificado e
somente depois desse processo é que o sinal pode ser encaminhado ao próximo estágio, que proporcionará
uma nova característica, podendo ser repetida ou diferente. Não é determinado o número de estágios
necessários para um amplificador ser eficiente. Porém, a potência e o rendimento de um aplificador são
proporcionais à quantidade de estágios. Quando se utiliza poucas etapas, acabamos por sobrecarregá-las de
tarefas, muitas vezes, encarregando-as de funções para a qual não são muito eficientes. Assim, o sinal
enviado ao estágio seguinte não terá recebido as propriedades ideais e o desequilibro se repetirá em todos os
estágios, resultado na baixa eficiência do amplificador como um todo. Ao projetar um amplificador com
todas as etapas necessárias (o que é mais complexo), obtemos um circuito de alto rendimento e baixo
consumo.
Amplificador de Áudio
Os equipamentos que estão presentes no nosso cotidiano, como o microfone, instrumentos musicais
elétricos (guitarra, baixo), possuem sensíveis captadores de som capazes de converter a energia
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eletromagnética, proveniente da vibração incidente em uma bobina em corrente alternada de valor
relativamente baixo, situando-se na ordem dos microampéres. Essa pequena energia gerada não é suficiente
para ser reproduzida num alto-falante, pois o mesmo é considerado uma carga de baixa resistência (4Ω ou
8Ω, por exemplo) e precisa de uma corrente maior para vibrar.
Para fazer com que o pequeno sinal gerado pela fonte de sinal seja audível num alto falante, torna-se
necessário utilizar um circuito denominado amplificador, o qual é capaz de perceber a sensível variação de
corrente dos instrumentos e proporcionar o aumento de forma a ser perfeitamente ouvido num alto falante.
Blocos do Amplificador
Como citado anteriormente, um amplificador de áudio consiste em etapas de amplificação que
enriquecem as propriedades elétricas da fonte de sinal. Um amplificador completo pode incluir os blocos
pré-amplificador e amplificador. Cada bloco pode corresponder a um ou mais estágios.
O Pré-amplificador
O pré-amplificador consiste no bloco projetado para receber as pequenas variações de corrente elétrica
e, então, produzir a primeira amplificação do sinal. Como citado anteriormente, cada etapa amplificadora
tem uma função específica. Por isso, o cuidado durante o projeto deste bloco é indispensável para obter um
circuito de boa qualidade. O pré-amplificador ideal é aquele que mantém a fidelidade ao som aplicado em
sua entrada, não modificado a tonalidade ou introduzindo ruídos durante o processo de amplificação. O préamplificador é um bloco tão crítico que muitos fabricantes não alcançando a fidelidade absoluta em seus
equipamentos, simplesmente a excluem do projeto para não serem mal-conceituados. Assim, o operador do
amplificador fica encarregado da aquisição de um pré-amplificador de alta fidelidade separadamente, que
costuma ser comercializado como mesa de som pré-amplificada. Por outro lado, algumas empresas
especializaram-se na produção de pré-amplificadores, desenvolvendo-os e alcançando a qualidade das
marcas famosas a um custo mais acessível.
Através destas observações pode-se
notar que o estágio pré-amplificador, mesmo
sendo o início do circuito, possui a
característica que poderá determinar a
qualidade sonora de todo o aparelho. Muitos
amplificadores são comercializados como
circuito completo, incluindo todas as etapas
Figura 1
como, por exemplo, a caixa amplificada.
A importância dada ao pré-amplificador pode
ser notada nestas caixas, já que são projetadas especificamente para microfone (voz), guitarra, violão,
teclado, baixo, etc, e dispõem de uma saída especial chamada pré-out, a qual apresenta o sinal da saída do
pré-amplificador da caixa. Este é o mesmo sinal enviado a etapa de potência, conforme a ilustra a Figura 1.
Qual a finalidade da saída “pré-out”? Permitir a conexão de outros amplificadores de potência,
aproveitamento do pré-amplificador e os recursos incorporados à caixa amplificada, tais como: controle de
volume,
equalizadores,
efeitos,
etc;
conforme ilustra a Figura 2.
As caixas amplificadas para
instrumentos musicais diferentes podem
utilizar um único modelo de circuito,
divergindo
apenas
na
etapa
préamplificadora, que é projetada para ter
melhor qualidade num determinado grupo de
instrumentos. Outra diferença pode aparecer
no tipo de alto falante utilizado. Estes são
escolhidos de acordo com o instrumento a
ser reproduzido ou aplicação que o
amplificador terá.
Figura 2
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Na prática o pré-amplicador não é capaz de excitar (acionar) um alto falante, pois a primeira etapa de
amplificação, não proporciona o ganho de corrente necessário para tornar o som audível. Assim, conclui-se
que um aparelho capaz de acionar um alto-falante, possui um amplificador completo, mesmo que seja de
baixa potência como, por exemplo, um rádio portátil.
Classificação dos Tipos de Amplificadores
De acordo com a tecnologia empregada, e a época de fabricação, o amplificador é classificado como
valvulado, transistorizado, integrado e misto.
O Amplificador Valvulado
O amplificador valvulado representa a primeira geração dos amplificadores. Isto porque as válvulas
foram os primeiros componentes capazes de controlar a intensidade da corrente elétrica em um circuito.
Apesar de que modelos modernos tenham sido criados, os amplificadores valvulados sempre foram os
preferidos; atribuído a estes a qualidade sonora superior a aquela obtida nos modelos comercializados
atualmente. Em termos técnicos observa-se que a válvula, exibida na Figura 3, não
apresenta queda de tensão nas junções, enquanto que com o transistor é possível até
mesmo ouvi-la.
A implementação de um amplificador valvulado é muito trabalhosa, pois as
conexões entre os componentes deste circuito são feitas por meio de fios. Desta forma,
a montagem ocupa mais espaço, aumenta as chances de erros entre as conexões e torna
o acabamento menos atraente do que a placa de circuito impresso (PCI). Apesar de
robusto, a ligação com fios não causa o efeito capacitivo presente nas placas de
circuito impresso que impede a reprodução das harmônicas dos instrumentos musicais,
Figura 3
as quais são perceptíveis pelos músicos mais exigentes. Algumas das características
relacionadas abaixo tornavam os amplificadores valvulados muito caros e perigosos:
• Trabalham sob baixa corrente e altíssima tensão, o que tornava o choque elétrico um risco constante a
partir dos equipamentos conectados ao amplificador (como, por exemplo, o microfone);
• A válvula precisa de uma fonte de 6Vca para ativar o filamento, o que demanda uma fonte de
alimentação extra;
• O amplificador (isto é, a válvula) precisa aquecer para funcionar, resultando no desperdício constante
de energia quando convertida em calor;
• O consumo de uma válvula compara-se ao de uma lâmpada;
• A etapa de potência geralmente utiliza um transformador casador de impedância, que é tipicamente
grande, pesado e caro.
Amplificador Transistorizado
A evolução da eletrônica deu-se com a criação dos componentes semicondutores, a qual derivou um
componente denominado transistor. Os semicondutores requerem uma fonte de alimentação relativamente
simples, apresentam consumo de energia relativamente baixo e suas dimensões são bem reduzidas quando
comparadas às dos equipamentos valvulados. Com toda essa praticidade, praticamente todos os
equipamentos valvulados foram reprojetados empregando a tecnologia transistorizada e rapidamente
dominaram o mercado de eletro-eletrônicos, dando início a uma nova geração caracterizada por
amplificadores compactos e de baixo consumo.
Para que os amplificadores transistorizados tivessem o desempenho esperado, foram necessárias várias
evoluções de projeto para que se aproximassem da qualidade ideal. Algumas experiências comprovaram o
diferente funcionamento do transistor em função do modo como era polarizado. Algumas dessas
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polarizações foram aproveitadas em partes específicas dos amplificadores, classificando estágios ou etapas
amplificadoras. Isto será estudado mais adiante.
Enquanto que na primeira geração dos amplificadores o aquecimento era favorável para o bom
funcionamento, o efeito é inverso nos semicondutores, que têm suas características alteradas com o calor
excessivo, tornando o circuito ineficiente ou, então, bem menos eficiente.
Amplificador Integrado
O amplificador integrado é um amplificador que também utiliza transistores em sua estrutura. Porém,
os mesmos são implementados dentro de um único chip o qual inclui os principais estágios de amplificação a
transistor. O resultado dessa integração é um amplificador compacto e independente, o qual requer, na
maioria das vezes, uma quantidade de componentes muito pequenos para o seu completo funcionamento.
Os amplificadores integrados foram inicialmente desenvolvidos pela Philips com a nomenclatura
“TDA”, tipicamente aplicados em amplificadores automotivos. Por isso, a maioria destes chips são
alimentados com 12Vcc, que é a tensão típica das baterias automotivas. Devido à popularidade dos
amplificadores integrados, tais componentes foram inseridos em praticamente todos os aparelhos que se
encontram no mercado, tais como: televisores, rádios, microsystems, em algumas caixas amplificadas, etc.
Pelo fato de que este amplificador é fabricado dentro de um circuito integrado, o aparelho final se apresenta
em menor tamanho e mais barato.
Essa tecnologia também causou impacto no sentido técnico, pois apesar de que substituir um circuito
integrado seja uma tarefa relativamente fácil, o problema pode estar em localizar o fornecedor de tal
componente. De um modo geral, o conserto de aparelhos totalmente integrados pode ser mais simples.
Porém, o cliente geralmente precisa esperar mais tempo pela peça de reposição, enquanto que nos
amplificadores transistorizados, podem ser utilizados componentes equivalentes e de fácil aquisição.
Outra questão importante é que esta geração de amplificadores não pode ser modificada para aumentar
a potência ou trabalhar sob uma tensão de alimentação diferente daquelas estabelecidas pelo fabricante. O
custo e consumo são relativamente superiores àqueles dos amplificadores transistorizados. Porém, os
amplificadores integrados tornam os aparelhos eletrônicos bem mais compactos. As características dos
amplificadores integrados são a baixa tensão de alimentação (além de fixa, ou constante), a baixa impedância
de saída (2Ω, 4Ω), a proteção contra sobre-aquecimento e poucos componentes externos, de forma que o
mesmo se torna um circuito (final) compacto.
Amplificador Misto
O amplificador misto utiliza mais de uma geração de amplificadores. O mesmo pode ser composto,
por exemplo, de um pré-amplificador à transistor e de uma etapa de potência integrada ou vice-versa. Devido
à bem conceituada geração pai dos amplificadores, alguns fabricantes fazem questão de mencionar o termo
“valvstage” em seus equipamentos, o qual indica que um dos estágios do amplificador é do tipo valvulado.
Simbologia
Na ilustração por diagrama de blocos, um circuito amplificador (não necessariamente de áudio), é
representando por uma figura tipicamente acompanhada de uma legenda, conforme ilustra a Figura 4.
Figura 4
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