Amplificador de potência de áudio - Audio power amplifier
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Um amplificador de potência de áudio (ou amplificador de potência ) é um amplificador eletrônico que amplifica sinais de áudio eletrônicos de baixa potência , como o sinal do receptor de rádio ou captador de guitarra elétrica, a um nível alto o suficiente para acionar alto - falantes ou fones de ouvido . Os amplificadores de potência de áudio são encontrados em todos os tipos de sistemas de som, incluindo reforço de som , endereços públicos e sistemas de áudio domésticos e amplificadores de instrumentos musicais , como amplificadores de guitarra . É o estágio eletrônico final em uma cadeia de reprodução de áudio típica antes que o sinal seja enviado aos alto-falantes.
Os estágios anteriores dessa cadeia são amplificadores de áudio de baixa potência que realizam tarefas como pré-amplificação do sinal (isso está particularmente associado a sinais de toca-discos de gravação , sinais de microfone e sinais de instrumentos elétricos de captadores, como guitarra e baixo elétrico) , equalização (por exemplo, ajuste de graves e agudos), controles de tom , mixagem de diferentes sinais de entrada ou adição de efeitos eletrônicos , como reverberação . As entradas também podem ser qualquer número de fontes de áudio, como toca-discos , CD players , players de áudio digital e toca- fitas . A maioria dos amplificadores de potência de áudio requer essas entradas de baixo nível, que são de nível de linha .
Embora o sinal de entrada para um amplificador de potência de áudio, como o sinal de uma guitarra elétrica, possa medir apenas algumas centenas de microwatts , sua saída pode ser de alguns watts para pequenos dispositivos eletrônicos de consumo, como rádios-relógio , dezenas ou centenas de watts para um sistema estéreo doméstico , vários milhares de watts para o sistema de som de uma boate ou dezenas de milhares de watts para um grande sistema de reforço de som para um concerto de rock . Embora os amplificadores de potência estejam disponíveis em unidades autônomas, normalmente voltadas para o mercado de audiófilos de alta fidelidade (um nicho de mercado) de entusiastas de áudio e profissionais de sistema de reforço de som , a maioria dos produtos eletrônicos de áudio de consumo , como rádios-relógios , aparelhos de som e televisores têm potência relativamente pequena amplificadores integrados ao produto.
História
O amplificador de áudio foi inventado por volta de 1912 por Lee de Forest , tornado possível por sua invenção do primeiro componente elétrico amplificador prático, o tubo de vácuo triodo (ou "válvula" em inglês britânico) em 1907. O triodo era um dispositivo de três terminais com um grade de controle que pode modular o fluxo de elétrons do filamento para a placa. O amplificador triodo a vácuo foi usado para fazer o primeiro rádio AM . Os primeiros amplificadores de potência de áudio eram baseados em tubos de vácuo e alguns deles alcançaram uma qualidade de áudio notavelmente alta (por exemplo, o amplificador Williamson de 1947–9).
Amplificadores de potência de áudio baseados em transistores tornaram-se práticos com a ampla disponibilidade de transistores baratos no final dos anos 1960. Desde a década de 1970, a maioria dos amplificadores de áudio modernos são baseados em transistores de estado sólido , especialmente o transistor de junção bipolar (BJT) e o transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico (MOSFET). Os amplificadores baseados em transistor são mais leves, mais confiáveis e requerem menos manutenção do que os amplificadores valvulados .
O MOSFET , inventado por Mohamed Atalla e Dawon Kahng na Bell Labs em 1959, foi adaptado em um poderoso MOSFET para áudio por Jun-ichi Nishizawa na Tohoku University em 1974. Os Power MOSFETs foram logo fabricados pela Yamaha para seus amplificadores de áudio hi-fi . JVC , Pioneer Corporation , Sony e Toshiba também começaram a fabricar amplificadores com MOSFETs de potência em 1974. Em 1977, a Hitachi introduziu o LDMOS (MOS de difusão lateral), um tipo de MOSFET de potência. Hitachi foi o único fabricante de LDMOS entre 1977 e 1983, durante o qual LDMOS foi usado em amplificadores de potência de áudio de fabricantes como HH Electronics (série V) e Ashly Audio , e foram usados para música e sistemas de som público . Os amplificadores Classe-D tornaram - se bem-sucedidos em meados da década de 1980, quando os MOSFETs de baixo custo e comutação rápida foram disponibilizados. Muitos amplificadores de transistor usam dispositivos MOSFET em suas seções de alimentação , porque sua curva de distorção é mais parecida com uma válvula .
Na década de 2010, ainda existem entusiastas de áudio, músicos (particularmente guitarristas elétricos , baixistas elétricos , tocadores de órgão Hammond e tocadores de piano elétrico Fender Rhodes , entre outros), engenheiros de áudio e produtores musicais que preferem amplificadores valvulados, e o que é percebido como um som valvulado "mais quente" .
Parâmetros de projeto
Os principais parâmetros de design para amplificadores de potência de áudio são resposta de frequência , ganho , ruído e distorção . Eles são interdependentes; o aumento do ganho freqüentemente leva a aumentos indesejáveis de ruído e distorção. Embora o feedback negativo realmente reduza o ganho, também reduz a distorção. A maioria dos amplificadores de áudio são amplificadores lineares operando na classe AB .
Até a década de 1970, a maioria dos amplificadores usava tubos a vácuo . Durante a década de 1970, os amplificadores valvulados foram cada vez mais substituídos por amplificadores baseados em transistores , que eram mais leves, mais confiáveis e com menos manutenção. No entanto, os pré-amplificadores valvulados ainda são vendidos em nichos de mercado , como entusiastas domésticos de hi-fi , engenheiros de áudio e produtores musicais (que usam pré-amplificadores valvulados em gravações de estúdio para "aquecer" os sinais do microfone) e guitarristas, baixistas elétricos e órgão Hammond jogadores, dos quais uma minoria continua a usar pré-amplificadores valvulados, amplificadores valvulados e unidades de efeitos valvulados . Enquanto entusiastas de alta fidelidade e engenheiros de áudio fazendo som ao vivo ou monitorando faixas no estúdio normalmente procuram amplificadores com a menor distorção, instrumentistas elétricos em gêneros como blues , rock e heavy metal , entre outros, usam amplificadores valvulados porque como o overdrive natural que os amplificadores valvulados produzem quando pressionados com força.
O amplificador Classe-D , que é muito mais eficiente do que os amplificadores Classe AB, é agora amplamente usado em produtos eletrônicos de áudio, amplificadores de baixo e equipamento de sistema de reforço de som , já que os amplificadores Classe D são muito mais leves e produzem muito menos calor.
Filtros e pré-amplificadores
Como os dispositivos digitais modernos, incluindo leitores de CD e DVD, receptores de rádio e toca-fitas já fornecem um sinal "plano" no nível de linha, o pré-amplificador não é necessário, a não ser como um controle de volume e seletor de fonte. Uma alternativa para um pré-amplificador separado é simplesmente usar o volume passivo e os controles de comutação, às vezes integrados em um amplificador de potência para formar um amplificador integrado .
Estágios de saída de energia
O estágio final da amplificação, após os pré-amplificadores, é o estágio de saída, onde as maiores demandas são colocadas nos transistores ou válvulas. Por esse motivo, as escolhas de design feitas em torno do dispositivo de saída (para estágios de saída de terminação única , como em amplificadores triodo de terminação única ) ou dispositivos (para estágios de saída push-pull ), como a classe de operação dos dispositivos de saída é frequentemente considerado como a descrição de todo o amplificador de potência. Por exemplo, um amplificador de Classe B provavelmente terá apenas os dispositivos de saída de alta potência operando desligados na metade de cada ciclo, enquanto os outros dispositivos (como amplificador diferencial, amplificador de tensão e possivelmente até mesmo transistores de driver) operam em Classe A. Em um No estágio de saída sem transformador , os dispositivos estão essencialmente em série com a fonte de alimentação e a carga de saída (como um alto-falante), possivelmente por meio de algum grande capacitor e / ou pequenas resistências.
Desenvolvimentos posteriores
Por alguns anos após a introdução dos amplificadores de estado sólido, seu som percebido não tinha a excelente qualidade de áudio dos melhores amplificadores valvulados (veja amplificador valvulado ). Isso levou os audiófilos a acreditar que o "som de válvula " ou som de válvula tinha uma qualidade intrínseca devido à própria tecnologia de válvula de vácuo. Em 1970, Matti Otala publicou um artigo sobre a origem de uma forma de distorção até então não observada: distorção de intermodulação transiente (TIM), mais tarde também chamada de distorção induzida por giro (SID) por outros. A distorção TIM foi encontrada durante aumentos muito rápidos na tensão de saída do amplificador.
O TIM não apareceu nas medições de tom senoidal de estado estacionário, ajudando a ocultá-lo dos engenheiros de projeto antes de 1970. Problemas com a distorção do TIM decorrem da resposta de frequência de loop aberto reduzida de amplificadores de estado sólido. Outros trabalhos de Otala e outros autores encontraram a solução para a distorção TIM, incluindo aumento da taxa de variação , diminuição da largura de banda da frequência do pré-amplificador e a inserção de um circuito de compensação de atraso no estágio de entrada do amplificador. Em amplificadores modernos de alta qualidade, a resposta de loop aberto é de pelo menos 20 kHz, cancelando a distorção TIM.
O próximo passo no projeto avançado foi o Teorema de Baxandall, criado por Peter Baxandall na Inglaterra. Este teorema introduziu o conceito de comparar a razão entre a distorção de entrada e a distorção de saída de um amplificador. Essa nova ideia ajudou os engenheiros de design de áudio a avaliar melhor os processos de distorção em um amplificador.
Formulários
Aplicações importantes incluem sistemas de endereçamento público , sistemas de reforço de som para teatros e concertos e sistemas domésticos, como um sistema estéreo ou home theater . Amplificadores de instrumentos, incluindo amplificadores de guitarra e amplificadores de teclado elétrico, também usam amplificadores de potência de áudio. Em alguns casos, o amplificador de potência para um amplificador de instrumento é integrado em um único "cabeçote" de amplificador que contém um pré-amplificador, controles de tom e efeitos eletrônicos. Esses componentes podem ser montados em um gabinete de alto-falante de madeira para criar um "amplificador combo". Músicos com necessidades únicas de desempenho e / ou necessidade de amplificação muito poderosa podem criar uma configuração personalizada com pré-amplificadores de montagem em rack separados , equalizadores e um amplificador de potência montado em um case de estrada de 19 " .
Amplificadores de potência estão disponíveis em unidades autônomas, que são usados por oi-fi entusiastas de áudio e designers de sistemas de endereços públicos (sistemas PA) e sistemas de reforço de som . Um usuário de alta fidelidade de amplificadores de potência pode ter um amplificador de potência estéreo para acionar os alto-falantes esquerdo e direito e um amplificador de potência de canal único (mono) para acionar um subwoofer . O número de amplificadores de potência usados em uma configuração de reforço de som depende do tamanho do local. Uma pequena cafeteria pode ter um único amplificador de potência acionando dois alto-falantes PA. Uma boate pode ter vários amplificadores de potência para os alto-falantes principais, um ou mais amplificadores de potência para os alto-falantes do monitor (apontando para a banda) e um amplificador de potência adicional para o subwoofer. Um concerto em estádio pode ter um grande número de amplificadores montados em racks. A maioria dos eletrônicos de consumo produtos de som, tais como TVs , aparelhos de som , home cinema sistemas de som, Casio e Yamaha teclados eletrônicos , "combo" amplificadores de guitarra e aparelhos de som de automóveis têm amplificadores de potência integrados dentro do chassi do produto principal.
Veja também
- Amplificador FET
- Amplificador de instrumento (amplificadores para instrumentos musicais)
- Saída push-pull
- Triodo de terminação única
- Circuitos de controle de tom