Amplificador de Áudio com dois Estágios

Universidade Federal do ABC[pic 1]

EN2720 – Eletrônica Analógica Aplicada

Atividade Prática

Amplificador de Áudio com dois Estágios

Alunos:

Cedeia Araújo

Marco Aurélio Gomes dos Santos

Pedro Henrique Silva

Roberto Freixeira

Vinicius Carneiro da Costa

Prof. Dr. Roberto Jacobe Rodrigues.

Santo André, agosto  de 2015

Qualquer variação de tensão ou corrente através da qual se conduz uma informação é conhecida como sinal elétrico. A música nada mais é do que um sinal elétrico transformado em som pelo alto-falante. A amplificação possibilita que até mesmo um pequeno sinal elétrico produzido por uma agulha de toca disco (mV) seja reproduzido em um alto-falante.

         O amplificador de áudio é um aparelho eletrônico capaz de elevar os níveis de tensão dos sinais de áudio. É muitas vezes empregado para designar o conjunto pré-amplificador e amplificador de potência ou o amplificador integrado.

Pré-amplificador é o estágio de um amplificador de áudio que recebe o sinal da fonte baixo nível e corrige-o, entregando em sua saída um sinal suficientemente elevado para excitar o amplificador de potência.

Amplificador de potência é o estágio de um amplificador de áudio capaz de elevar o sinal de áudio fornecido pelo pré-amplificador a um nível de tensão e impedância adequado para funcionar as caixas acústicas.

Qualquer diferença entre a entrada e a saída é conhecida como distorção, o que pode causar tons desagradáveis. Há várias configurações de amplificadores de áudio. A escolhida para este projeto é a de classe B.

Em amplificadores de classe B, o dispositivo eletrônico de saída (transistor) conduz durante apenas 180 graus do sinal de entrada (apenas um semiciclo). Um transistor providencia potência durante uma metade da forma de onda e o outro transistor provém potência para a outra metade da forma de onda. Nesta configuração, nenhum transistor permanece ativo por um ciclo inteiro, dando um ao outro um tempo de “descanso” e resfriamento. Isso faz com que o circuito se torne eficiente em termos de potência, mas causa um efeito conhecido como distorção de crossover.

A figura 1 mostra um exemplo de uma possível onda de entrada de formato senoidal:

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Figura 1: Onda senoidal – sinal de entrada

Neste tipo de configuração, os transistores trabalham em turnos para executar a amplificação como mostrado na figura 2.

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Figura 2: Saída da amplificação (transistores trabalhando em turno ).

Porém, os transistores não são precisamente sincronizados, causando um efeito conhecido como “crossover’, como mostra a figura 3:

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Figura 3: Saída da amplificação com crossover.

A distorção ocorre pelo fato de que há um atraso entre os tempos de ativação e desativação dos transistores. Este efeito é conhecido como distorção de crossover. Um método comum para atenuar esta distorção é polarizar os transistores para que o atraso seja sobreposto, assim os dois transistores trabalham juntos por uma pequena parte de tempo, como mostra a figura 4:

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Figura 4: Saída da amplificação com transistores trabalhando simultaneamente de modo parcial

Esta forma de amplificação é conhecida como classe AB, pois tecnicamente os transistores estão ativos por mais de 50% do tempo durante o período da forma de onda. A desvantagem de fazer isso é que há um grande consumo de potência do circuito amplificador, uma vez que no momento em que os dois transistores estão conduzindo há corrente sendo conduzida que não está sendo aplicada a carga. Isto não é somente uma perda de energia, como também colabora para o aquecimento desnecessário do circuito. Um aumento da temperatura do transistor pode alterar as características de funcionamento deste.

Neste projeto, os transistores não operam ao mesmo tempo (classe B), sendo assim, poupam energia e diminuem a dissipação de calor, mas geram uma distorção de crossover. A solução adotada neste circuito é a de usar um amplificador operacional com realimentação negativa, o que faz com que os transistores sejam rapidamente levados para a zona “morta”.

O primeiro amplificador é apenas um buffer, capaz de ajudar a reduzir a carga de entrada da rede de capacitores/resistores, que são colocados no circuito para filtrar qualquer tensão DC do sinal de entrada, o que previne que esta tensão DC seja amplificada pelo circuito e mandada ao speaker, uma vez que isto pode danificar o circuito. Sem o buffer, o circuito de filtragem reduz a resposta de baixa frequência do amplificador e aumenta a de alta frequência.

O segundo amplificador funciona como um amplificador inversor, cujo ganho é controlado pelo potenciômetro de 10 kΩ. Isso não faz nada mais que prover o controle de volume do amplificador. Usualmente, amplificadores operacionais têm seus resistores de realimentação dispostos como mostrado na figura 5, sendo diretamente ligados da saída do amplificador para a entrada invertida:

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Figura 5: Resistência de realimentação alocada de modo convencional.

A configuração mostrada acima permite uma grande distorção de crossover na saída, já que a saída do amplificador operacional é diretamente ligada a base dos transistores, possibilitando assim a zona “morta” na operação dos transistores, uma vez que a tensão de polarização vai de + 0.7 volts a - 0.7 volts: