Classes de amplificadores de potência - Power amplifier classes

Na eletrônica , as classes de amplificadores de potência são símbolos de letras aplicados a diferentes tipos de amplificadores de potência . A classe dá uma ampla indicação das características e desempenho de um amplificador . As classes estão relacionadas ao período de tempo em que o dispositivo amplificador ativo está passando a corrente, expresso como uma fração do período de uma forma de onda do sinal aplicada à entrada. Um amplificador classe A está conduzindo por todo o período do sinal; Classe B apenas para metade do período de entrada, classe C por muito menos da metade do período de entrada. Um amplificador Classe D opera seu dispositivo de saída de uma maneira de comutação; a fração do tempo que o dispositivo está conduzindo é ajustada de forma que uma saída de modulação por largura de pulso seja obtida do estágio.

As classes de letras adicionais são definidas para amplificadores de propósito especial, com elementos ativos adicionais ou melhorias específicas na fonte de alimentação; às vezes, um novo símbolo de letra é usado por um fabricante para promover seu design proprietário.

Classes de amplificadores de potência

Os circuitos do amplificador de potência (estágios de saída) são classificados como A, B, AB e C para projetos lineares - e classes D e E para projetos de comutação. As classes são baseadas na proporção de cada ciclo de entrada (ângulo de condução) durante o qual um dispositivo amplificador passa a corrente. A imagem do ângulo de condução deriva da amplificação de um sinal senoidal. Se o dispositivo estiver sempre ligado, o ângulo de condução é 360 °. Se estiver ativado apenas na metade de cada ciclo, o ângulo é de 180 °. O ângulo de fluxo está intimamente relacionado à eficiência de potência do amplificador .

Nas ilustrações abaixo, um transistor de junção bipolar é mostrado como o dispositivo de amplificação. No entanto, os mesmos atributos são encontrados com MOSFETs ou tubos a vácuo.

Classe A

Amplificador classe A

Em um amplificador classe A, 100% do sinal de entrada é usado (ângulo de condução Θ = 360 °). O elemento ativo permanece conduzindo o tempo todo.

Dispositivos de amplificação operando em classe A conduzem em toda a faixa do ciclo de entrada. Um amplificador classe A é distinguido pelos dispositivos de estágio de saída sendo polarizados para operação classe A. A subclasse A2 é às vezes usada para se referir aos estágios de classe A de válvula de vácuo que conduzem a grade ligeiramente positiva nos picos de sinal para um pouco mais de potência do que a classe A normal (A1; onde a grade é sempre negativa). Isso, no entanto, incorre em maior distorção do sinal.

Vantagens dos amplificadores classe A

  • Os projetos da Classe A podem ser mais simples do que outras classes, na medida em que os projetos das classes -AB e -B requerem dois dispositivos conectados no circuito ( saída push-pull ), cada um para lidar com uma metade da forma de onda, enquanto a classe A pode usar um único dispositivo ( single-ended ).
  • O elemento de amplificação é polarizado para que o dispositivo esteja sempre conduzindo, a corrente de coletor quiescente (sinal fraco) (para transistores ; corrente de dreno para FETs ou corrente de ânodo / placa para tubos de vácuo) está perto da porção mais linear de sua curva de transcondutância .
  • Como o dispositivo nunca está 'desligado', não há tempo de "ligar", nenhum problema com armazenamento de carga e, geralmente, melhor desempenho de alta frequência e estabilidade de loop de feedback (e geralmente menos harmônicos de alta ordem).
  • O ponto onde o dispositivo chega mais perto de estar 'desligado' não é no 'sinal zero', portanto, os problemas de distorção de crossover associados aos designs de classe AB e -B são evitados.
  • Melhor para baixos níveis de sinal de receptores de rádio devido à baixa distorção.

Desvantagem dos amplificadores classe A

  • Os amplificadores de classe A são ineficientes. Uma eficiência máxima teórica de 25% é obtida usando configurações usuais, mas 50% é o máximo para um transformador ou configuração acoplada por indução. Em um amplificador de potência, isso não apenas desperdiça energia e limita a operação com baterias, mas aumenta os custos operacionais e requer dispositivos de saída com classificação mais alta. A ineficiência vem da corrente permanente, que deve ser aproximadamente a metade da corrente de saída máxima, e uma grande parte da tensão da fonte de alimentação está presente no dispositivo de saída em níveis de sinal baixos. Se uma alta potência de saída for necessária de um circuito classe A, a fonte de alimentação e o calor que a acompanha tornam-se significativos. Para cada watt entregue à carga , o próprio amplificador, na melhor das hipóteses, usa um watt extra. Para amplificadores de alta potência, isso significa fontes de alimentação e dissipadores de calor muito grandes e caros.
  • Como os dispositivos de saída estão em operação total em todos os momentos (ao contrário de um amplificador classe A / B), eles não terão uma vida tão longa a menos que o amplificador seja especificamente projetado para levar isso em consideração, aumentando o custo de manutenção ou projetar o amplificador.

Os designs de amplificadores de potência Classe A foram amplamente substituídos por designs mais eficientes, embora sua simplicidade os torne populares entre alguns entusiastas. Há um mercado para a cara de alta fidelidade classe-A ampères considerado um "item cult" entre os audiófilos principalmente para sua ausência de distorção de crossover e reduziu odd-harmônico e de alta ordem harmônica distorção . Amplificadores de potência Classe A também são usados ​​em alguns amplificadores de guitarra "boutique" devido à sua qualidade tonal exclusiva e para reproduzir tons vintage.

Amplificadores classe A de terminação única e triodo

Alguns amadores que preferem amplificadores classe A também preferem o uso de projetos de válvula termiônica (tubo) em vez de transistores, por vários motivos:

  • Os estágios de saída de terminação única têm uma função de transferência assimétrica , o que significa que os harmônicos de ordem par na distorção criada tendem a não se cancelar (como acontece nos estágios de saída push-pull ). Para válvulas, ou FETs , a maior parte da distorção são harmônicos de segunda ordem, da característica de transferência da lei do quadrado , que para alguns produz um som "mais quente" e mais agradável.
  • Para aqueles que preferem figuras de baixa distorção, o uso de válvulas com classe A (gerando pouca distorção harmônica ímpar, como mencionado acima) junto com circuitos simétricos (como estágios de saída push-pull ou estágios de baixo nível balanceados) resulta no cancelamento da maioria dos harmônicos de distorção uniforme, daí a remoção da maior parte da distorção.
  • Historicamente, os amplificadores de válvula eram freqüentemente usados ​​como amplificadores de potência de classe A simplesmente porque as válvulas eram grandes e caras; muitos projetos de classe A usam apenas um único dispositivo.

Os transistores são muito mais baratos do que os tubos, então designs mais elaborados que usam mais peças são ainda menos caros de fabricar do que os designs de tubos. Uma aplicação clássica para um par de dispositivos classe A é o par de cauda longa , que é excepcionalmente linear e forma a base de muitos circuitos mais complexos, incluindo muitos amplificadores de áudio e quase todos os amplificadores operacionais .

Amplificadores Classe A podem ser usados ​​em estágios de saída de op-amps (embora a precisão da polarização em op-amps de baixo custo como o 741 possa resultar em classe A ou classe AB ou desempenho de classe B, variando de dispositivo para dispositivo ou com temperatura). Às vezes, eles são usados ​​como amplificadores de potência de áudio de média potência, baixa eficiência e alto custo. O consumo de energia não está relacionado à potência de saída. Em modo inativo (sem entrada), o consumo de energia é essencialmente o mesmo que em alto volume de saída. O resultado é baixa eficiência e alta dissipação de calor.

Classe B

Amplificador classe B (push-pull) ideal. Na prática, a distorção ocorre perto do ponto de cruzamento.

Em um amplificador classe B, o dispositivo ativo conduz 180 graus do ciclo. Isso causaria uma distorção insuportável se houvesse apenas um dispositivo, portanto, geralmente são usados ​​dois dispositivos, especialmente em frequências de áudio. Cada um conduz pela metade (180 °) do ciclo do sinal e as correntes do dispositivo são combinadas de forma que a corrente de carga seja contínua.

Na radiofrequência , se o acoplamento à carga for por meio de um circuito sintonizado , um único dispositivo operando na classe B pode ser usado porque a energia armazenada no circuito sintonizado fornece a metade "ausente" da forma de onda. Dispositivos operando na Classe B são usados ​​em amplificadores lineares, assim chamados porque a potência de saída da radiofrequência é proporcional ao quadrado da tensão de excitação de entrada. Esta característica evita a distorção de sinais modulados em amplitude ou modulados em frequência que passam pelo amplificador. Esses amplificadores têm uma eficiência em torno de 60%.

Quando os amplificadores Classe B amplificam o sinal com dois dispositivos ativos, cada um opera durante a metade do ciclo. A eficiência é muito melhorada em relação aos amplificadores classe A. Amplificadores Classe B também são favorecidos em dispositivos operados por bateria, como rádios transistores . A classe B tem uma eficiência teórica máxima de π / 4 (≈ 78,5%).

Um circuito prático que usa elementos de classe B é o estágio push-pull , como o arranjo de pares complementares muito simplificado mostrado à direita. Dispositivos complementares são usados ​​para amplificar as metades opostas do sinal de entrada, que é então recombinado na saída. Este arranjo oferece boa eficiência, mas geralmente sofre da desvantagem de haver uma pequena incompatibilidade na região de cruzamento - nas "junções" entre as duas metades do sinal, pois um dispositivo de saída deve assumir o fornecimento de energia exatamente como o outro termina. Isso é chamado de distorção cruzada . Uma melhoria é polarizar os dispositivos para que não fiquem completamente desligados quando não estiverem em uso. Essa abordagem é chamada de operação de classe AB .

Classe AB

Amplificador classe AB ideal

Em um amplificador classe AB, o ângulo de condução é intermediário entre as classes A e B; cada um dos dois elementos ativos conduz mais da metade do tempo. A classe AB é amplamente considerada um bom compromisso para amplificadores, já que na maior parte do tempo o sinal da música é baixo o suficiente para que o sinal permaneça na região "classe A", onde é amplificado com boa fidelidade e, por definição, se passa de esta região é grande o suficiente para que os produtos de distorção típicos da classe B sejam relativamente pequenos. A distorção de crossover pode ser reduzida ainda mais usando feedback negativo.

Na operação de classe AB, cada dispositivo opera da mesma maneira que na classe B na metade da forma de onda, mas também conduz uma pequena quantidade na outra metade. Como resultado, a região onde os dois dispositivos estão simultaneamente quase desligados (a "zona morta") é reduzida. O resultado é que, quando as formas de onda dos dois dispositivos são combinadas, o crossover é bastante minimizado ou totalmente eliminado. A escolha exata da corrente quiescente (a corrente permanente em ambos os dispositivos quando não há sinal) faz uma grande diferença no nível de distorção (e no risco de fuga térmica , que pode danificar os dispositivos). Freqüentemente, a tensão de polarização aplicada para definir essa corrente quiescente deve ser ajustada com a temperatura dos transistores de saída. (Por exemplo, no circuito mostrado à direita, os diodos seriam montados fisicamente perto dos transistores de saída e especificados para ter um coeficiente de temperatura compatível.) Outra abordagem (frequentemente usada com tensões de polarização de rastreamento térmico) é incluir resistores de pequeno valor em série com os emissores.

A classe AB sacrifica alguma eficiência em relação à classe B em favor da linearidade, portanto, é menos eficiente (abaixo de 78,5% para ondas senoidais de amplitude total em amplificadores de transistor, normalmente; muito menos é comum em amplificadores de tubo a vácuo de classe AB). Normalmente é muito mais eficiente do que a classe A.

Números de sufixo para amplificadores valvulados

O projeto de um amplificador valvulado às vezes terá um número de sufixo adicional para a classe, por exemplo, classe B1. Um sufixo 1 indica que a corrente da grade não flui durante qualquer parte da forma de onda de entrada, onde um sufixo 2 indica que a corrente da grade flui para parte da forma de onda de entrada. Esta distinção afeta o design dos estágios do driver para o amplificador. Números de sufixo não são usados ​​para amplificadores de semicondutores.

Classe C

Amplificador classe C

Em um amplificador classe C, menos de 50% do sinal de entrada é usado (ângulo de condução Θ <180 °). A distorção é alta e o uso prático requer um circuito sintonizado como carga. A eficiência pode chegar a 80% em aplicações de radiofrequência.

A aplicação usual para amplificadores classe C é em transmissores de RF operando em uma única frequência de portadora fixa , onde a distorção é controlada por uma carga sintonizada no amplificador. O sinal de entrada é usado para alternar o dispositivo ativo, fazendo com que pulsos de corrente fluam através de um circuito sintonizado que faz parte da carga.

O amplificador classe C tem dois modos de operação: sintonizado e desafinado. O diagrama mostra uma forma de onda de um circuito simples de classe C sem a carga sintonizada. Isso é chamado de operação não sintonizada, e a análise das formas de onda mostra a distorção massiva que aparece no sinal. Quando a carga adequada (por exemplo, um filtro indutivo-capacitivo mais um resistor de carga) é usada, duas coisas acontecem. A primeira é que o nível de polarização da saída é fixado com a tensão de saída média igual à tensão de alimentação. É por isso que a operação sintonizada às vezes é chamada de clamper . Isso restaura a forma de onda à sua forma adequada, apesar de o amplificador ter apenas uma alimentação de uma polaridade. Isso está diretamente relacionado ao segundo fenômeno: a forma de onda na frequência central torna-se menos distorcida. A distorção residual depende da largura de banda da carga sintonizada, com a frequência central vendo muito pouca distorção, mas maior atenuação quanto mais longe da frequência sintonizada o sinal chega.

O circuito sintonizado ressoa em uma frequência, a frequência da portadora fixa, e então as frequências indesejadas são suprimidas e o sinal completo desejado (onda senoidal) é extraído pela carga sintonizada. A largura de banda do sinal do amplificador é limitada pelo fator Q do circuito sintonizado, mas esta não é uma limitação séria. Quaisquer harmônicos residuais podem ser removidos usando um filtro adicional.

Em amplificadores de classe C práticos, uma carga sintonizada é invariavelmente usada. Em um arranjo comum, o resistor mostrado no circuito acima é substituído por um circuito sintonizado em paralelo que consiste em um indutor e um capacitor em paralelo, cujos componentes são escolhidos para ressoar na frequência do sinal de entrada. A energia pode ser acoplada a uma carga pela ação do transformador com uma bobina secundária enrolada no indutor. A tensão média no coletor é então igual à tensão de alimentação, e a tensão do sinal que aparece no circuito sintonizado varia de quase zero a quase duas vezes a tensão de alimentação durante o ciclo de RF. O circuito de entrada é polarizado de modo que o elemento ativo (por exemplo, transistor) conduza apenas uma fração do ciclo de RF, geralmente um terço (120 graus) ou menos.

O elemento ativo conduz apenas enquanto a tensão do coletor está passando por seu mínimo. Dessa forma, a dissipação de energia no dispositivo ativo é minimizada e a eficiência aumentada. Idealmente, o elemento ativo passaria apenas um pulso de corrente instantâneo enquanto a tensão através dele é zero: ele então não dissipa energia e 100% de eficiência é alcançada. No entanto, os dispositivos práticos têm um limite para a corrente de pico que eles podem passar, e o pulso deve, portanto, ser alargado, para cerca de 120 graus, para obter uma quantidade razoável de energia, e a eficiência é então de 60-70%.

Classe D

Diagrama de blocos de um amplificador de comutação básico ou PWM (classe D).
Amplificador mono Boss Audio classe D com filtro passa-baixo para alimentar subwoofers

Os amplificadores Classe-D usam alguma forma de modulação de largura de pulso para controlar os dispositivos de saída. O ângulo de condução de cada dispositivo não está mais relacionado diretamente ao sinal de entrada, mas varia na largura do pulso.

No amplificador classe D, os dispositivos ativos (transistores) funcionam como interruptores eletrônicos em vez de dispositivos de ganho linear; eles estão ligados ou desligados. O sinal analógico é convertido em um fluxo de pulsos que representa o sinal por modulação de largura de pulso , modulação de densidade de pulso , modulação delta-sigma ou uma técnica de modulação relacionada antes de ser aplicado ao amplificador. O valor médio da potência dos pulsos é diretamente proporcional ao sinal analógico, portanto, após a amplificação, o sinal pode ser convertido de volta para um sinal analógico por um filtro passa-baixo passivo . O objetivo do filtro de saída é suavizar o fluxo de pulso para um sinal analógico, removendo os componentes espectrais de alta frequência dos pulsos. A frequência dos pulsos de saída é normalmente dez ou mais vezes a frequência mais alta no sinal de entrada a ser amplificado, de modo que o filtro pode reduzir adequadamente os harmônicos indesejados e reproduzir a entrada com precisão.

A principal vantagem de um amplificador classe D é a eficiência energética. Como os pulsos de saída têm uma amplitude fixa, os elementos de chaveamento (geralmente MOSFETs , mas tubos de vácuo e, ao mesmo tempo , transistores bipolares foram usados) são ligados ou totalmente desligados, em vez de operados no modo linear. Um MOSFET opera com a resistência mais baixa quando totalmente ligado e, portanto (excluindo quando totalmente desligado), tem a dissipação de energia mais baixa quando nessa condição. Comparado a um dispositivo equivalente de classe AB, as perdas mais baixas de um amplificador de classe D permitem o uso de um dissipador de calor menor para os MOSFETs enquanto também reduz a quantidade de energia de entrada necessária, permitindo um design de fonte de alimentação de menor capacidade. Portanto, os amplificadores de classe D são normalmente menores do que um amplificador de classe AB equivalente.

Outra vantagem do amplificador classe D é que ele pode operar a partir de uma fonte de sinal digital sem a necessidade de um conversor digital para analógico (DAC) para converter o sinal para a forma analógica primeiro. Se a fonte do sinal estiver em formato digital, como em um reprodutor de mídia digital ou placa de som de computador , o circuito digital pode converter o sinal digital binário diretamente em um sinal de modulação de largura de pulso que é aplicado ao amplificador, simplificando consideravelmente o circuito.

Um amplificador classe D com potência de saída moderada pode ser construído usando o processo de lógica CMOS regular, tornando-o adequado para integração com outros tipos de circuitos digitais. Portanto, é comumente encontrado em System-on-Chips com áudio integrado quando o amplificador compartilha um dado com o processador principal ou DSP.

Os amplificadores Classe-D são amplamente usados ​​para controlar motores - mas agora também são usados ​​como amplificadores de potência, com circuitos extras que convertem o analógico em um sinal modulado por largura de pulso de frequência muito maior. Fontes de alimentação comutadas foram até mesmo modificadas em amplificadores grosseiros de classe D (embora normalmente estes apenas reproduzam baixas frequências com precisão aceitável).

Amplificadores de potência de áudio classe D de alta qualidade já apareceram no mercado. Esses designs rivalizam com os amplificadores AB tradicionais em termos de qualidade. Um dos primeiros usos dos amplificadores classe D foram os amplificadores de subwoofer de alta potência em carros. Como os subwoofers geralmente são limitados a uma largura de banda não superior a 150 Hz, a velocidade de comutação para o amplificador não precisa ser tão alta quanto para um amplificador de faixa completa, permitindo designs mais simples. Os amplificadores de classe D para conduzir subwoofers são relativamente baratos em comparação com os amplificadores de classe AB.

A letra D usada para designar esta classe de amplificador é simplesmente a próxima letra depois de C e, embora ocasionalmente usada como tal, não significa digital . Amplificadores de classe D e classe E às vezes são descritos erroneamente como "digitais" porque a forma de onda de saída se assemelha superficialmente a uma seqüência de pulso de símbolos digitais, mas um amplificador de classe D meramente converte uma forma de onda de entrada em um sinal analógico modulado continuamente por largura de pulso . (Uma forma de onda digital seria modulada por código de pulso .)

Aulas adicionais

Outras classes de amplificadores são principalmente variações das classes anteriores. Por exemplo, amplificadores de classe G e classe H são marcados pela variação dos trilhos de alimentação (em etapas discretas ou de forma contínua, respectivamente) seguindo o sinal de entrada. O calor desperdiçado nos dispositivos de saída pode ser reduzido, pois o excesso de voltagem é mínimo. O amplificador que é alimentado por esses trilhos pode ser de qualquer classe. Esses tipos de amplificadores são mais complexos e são usados ​​principalmente para aplicações especializadas, como unidades de alta potência. Além disso, amplificadores de classe E e classe F são comumente descritos na literatura para aplicações de radiofrequência onde a eficiência das classes tradicionais é importante, embora vários aspectos se desviem substancialmente de seus valores ideais. Essas classes usam a sintonia harmônica de suas redes de saída para obter maior eficiência e podem ser consideradas um subconjunto da classe C devido às suas características de ângulo de condução.

Classe E

O amplificador classe E é um amplificador de potência de comutação sintonizado altamente eficiente usado em frequências de rádio. Ele usa um elemento de comutação monopolar e uma rede reativa sintonizada entre a chave e a carga. O circuito obtém alta eficiência operando o elemento de chaveamento apenas em pontos de corrente zero (chaveamento on to off) ou tensão zero (chaveamento off to on), o que minimiza a perda de potência na chaveamento, mesmo quando o tempo de chaveamento dos dispositivos é longo comparado à freqüência de operação.

O amplificador classe E é freqüentemente citado como tendo sido relatado pela primeira vez em 1975. No entanto, uma descrição completa da operação classe E pode ser encontrada na tese de doutorado de 1964 de Gerald D. Ewing. Curiosamente, as equações de projeto analíticas só recentemente se tornaram conhecidas.

Classe F

Em amplificadores push-pull e em CMOS, os harmônicos pares de ambos os transistores são cancelados. A experiência mostra que uma onda quadrada pode ser gerada por esses amplificadores. Teoricamente, ondas quadradas consistem em harmônicos ímpares apenas. Em um amplificador classe D, o filtro de saída bloqueia todos os harmônicos; ou seja, os harmônicos vêem uma carga aberta. Portanto, mesmo pequenas correntes nos harmônicos são suficientes para gerar uma onda quadrada de tensão. A corrente está em fase com a tensão aplicada ao filtro, mas a tensão nos transistores está fora de fase. Portanto, há uma sobreposição mínima entre a corrente através dos transistores e a voltagem através dos transistores. Quanto mais nítidas forem as bordas, menor será a sobreposição.

Enquanto na classe D, os transistores e a carga existem como dois módulos separados, a classe F admite imperfeições como os parasitas do transistor e tenta otimizar o sistema global para ter uma alta impedância nos harmônicos. É claro que deve haver uma tensão finita através do transistor para empurrar a corrente através da resistência do estado ligado. Como a corrente combinada através de ambos os transistores está principalmente no primeiro harmônico, ela se parece com um seno. Isso significa que no meio do quadrado o máximo de corrente deve fluir, então pode fazer sentido ter uma queda no quadrado ou em outras palavras, permitir alguma oscilação excessiva da onda quadrada de tensão. Uma rede de carga classe F, por definição, deve transmitir abaixo de uma frequência de corte e refletir acima.

Qualquer frequência abaixo do corte e tendo seu segundo harmônico acima do corte pode ser amplificada, ou seja, uma largura de banda de oitava. Por outro lado, um circuito em série indutivo-capacitivo com uma grande indutância e uma capacitância ajustável pode ser mais simples de implementar. Ao reduzir o ciclo de trabalho abaixo de 0,5, a amplitude de saída pode ser modulada. A forma de onda quadrada da tensão se degrada, mas qualquer superaquecimento é compensado pelo fluxo de energia geral mais baixo. Qualquer incompatibilidade de carga atrás do filtro só pode agir na primeira forma de onda da corrente harmônica, claramente apenas uma carga puramente resistiva faz sentido, então quanto menor a resistência, maior a corrente.

A classe F pode ser acionada por seno ou por uma onda quadrada; para um seno, a entrada pode ser ajustada por um indutor para aumentar o ganho. Se a classe F for implementada com um único transistor, o filtro será complicado para curto-circuitar os harmônicos pares. Todos os projetos anteriores usam arestas vivas para minimizar a sobreposição.

Classes G e H

Modulação de tensão de trilho classe G idealizada
Modulação de tensão de trilho classe H idealizada
Modulação de tensão ferroviária
Esquema básico de uma configuração de classe H

Há uma variedade de designs de amplificadores que aprimoram os estágios de saída da classe AB com técnicas mais eficientes para obter maior eficiência com baixa distorção. Esses projetos são comuns em amplificadores de áudio grandes, uma vez que os dissipadores de calor e os transformadores de potência seriam proibitivamente grandes (e caros) sem os aumentos de eficiência. Os termos "classe G" e "classe H" são usados ​​indistintamente para se referir a projetos diferentes, variando em definição de um fabricante ou papel para outro.

Os amplificadores de classe G (que usam "comutação de trilhos" para diminuir o consumo de energia e aumentar a eficiência) são mais eficientes do que os amplificadores de classe AB. Esses amplificadores fornecem vários barramentos de alimentação em tensões diferentes e alternam entre eles conforme a saída do sinal se aproxima de cada nível. Assim, o amplificador aumenta a eficiência reduzindo a potência desperdiçada nos transistores de saída. Os amplificadores da classe G são mais eficientes do que a classe AB, mas menos eficientes quando comparados à classe D; no entanto, eles não têm os efeitos de interferência eletromagnética da classe D.

Os amplificadores Classe-H criam um trilho de alimentação infinitamente variável (analógico). Eles às vezes são chamados de rastreadores ferroviários. Isso é feito modulando os trilhos de alimentação de modo que os trilhos sejam apenas alguns volts maiores do que o sinal de saída "rastreando-o" a qualquer momento. O estágio de saída opera em sua eficiência máxima o tempo todo. Isso se deve à capacidade do circuito de manter os transistores de trilho (T2 e T4) em corte até que o pico de tensão da música seja de magnitude suficiente para exigir a tensão adicional das fontes de + e -80 V. Consulte a figura esquemática. O amplificador classe H pode realmente ser considerado como dois amplificadores em série. No exemplo esquemático mostrado pela figura, os amplificadores de trilho de + - 40 V podem produzir cerca de 100 Watts contínuos em uma carga de 8 ohms. Se o sinal de música vout estiver operando abaixo de 40 volts, o amplificador terá apenas as perdas associadas a um amplificador de 100 W. Isso ocorre porque os dispositivos superiores de Classe H T2 e T4 são usados ​​apenas quando o sinal de música está entre 100 e 400 Watts de saída. A chave para entender essa eficiência sem alterar os números reais é que temos um amplificador com capacidade de 400 Watts, mas com a eficiência de um amplificador de 100 Watts. Isso ocorre porque as formas de onda da música contêm longos períodos abaixo de 100 Watts e contêm apenas breves rajadas de até 400 Watts instantâneos; em outras palavras, as perdas em 400 Watts são por breves períodos de tempo. Se este exemplo fosse desenhado como uma classe AB com apenas as fontes de 80 V no lugar das fontes de 40 V, os transistores T1 e T3 precisariam estar em condução em todo o sinal de 0 V a 80 V com as perdas de VI correspondentes em todo o vout wave period - não apenas as breves explosões de alta energia. Para obter esse controle de rastreamento de trilhos, T2 e T4 atuam como amplificadores de corrente, cada um em série com sua contraparte de baixa tensão T1 e T3. O objetivo de T2 e T3 é permitir a polarização reversa do diodo D2 quando vout está em um pico positivo (acima de 39,3 V) e a polarização reversa D4 quando vout está em um pico negativo inferior a -39,3 V. Durante os picos musicais de vout de 100 a 400 Watts, as fontes de 40 V têm zero Amperes consumidos deles, pois toda a corrente vem dos trilhos de 80 V. Esta figura é muito simplista, no entanto, pois não controlará de forma alguma os transistores T2 T4. Isso ocorre porque os diodos D1 e D3, que se destinam a fornecer um caminho para o Vout de volta aos dispositivos superiores, são sempre polarizados reversamente. Eles são puxados para trás. No lugar desses diodos, um amplificador de tensão com ganho que usa vout como sua entrada seria necessário em um projeto real. Há outra razão para este requisito de ganho entre vout e T2 base em um projeto de classe H real e que é para garantir que o sinal aplicado ao T2 esteja sempre "à frente" do sinal Vout para que nunca possa "alcançar" o rastreador ferroviário. O amplificador do rail tracker pode ter uma taxa de variação de 50 V / µs, enquanto o amplificador AB pode ter apenas uma taxa de variação de 30 V / µs para garantir isso.

Veja também

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