Amplificador

Um amplificador electrónico é um dispositivo para aumentar a poder e / ou amplitude de um sinal. Ele faz isso por tomar o poder a partir de uma fornecimento de energia e controlando a saída para combinar com a forma do sinal de entrada, mas com uma maior amplitude. Neste sentido, um amplificador pode ser considerado como modulando a saída da fonte de alimentação.

A vácuo-tubo amplificador Hi-Fi.

Tensão, corrente, e amplificação de potência

Amplificadores podem ser especificados de acordo com as suas propriedades de entrada e saída. Eles têm algum tipo de ganho, ou seja, um fator entre o sinal de saída e de entrada. O ganho pode ser especificado como "saída de tensão tensão / input", "tensão de saída de alimentação / entrada" ou qualquer outra combinação de corrente, tensão e potência.

Na maioria dos casos, um amplificador deve ser linear, que é o ganho deve ser constante para cada combinação de entrada e saída de sinal. Se o ganho não é linear, por exemplo, por corte o sinal de saída nos limites das suas capacidades, o sinal de saída é distorcida.

A classificação de fases e sistemas de amplificação

Há muitas classificações alternativas que abordam diferentes aspectos do design do amplificador, e todos eles expressam uma perspectiva particular relacionando os parâmetros de projeto para os objetivos do circuito. Projeto do amplificador é sempre um compromisso de vários fatores, tais como custo, consumo de energia, as imperfeições de dispositivos do mundo real, e uma infinidade de especificações de desempenho. Abaixo estão várias abordagens diferentes para a classificação:

As variáveis de entrada e de saída

Os quatro tipos de fonte dependente; variável de controle na esquerda, variável de saída no lado direito

Amplificadores eletrônicos usam duas variáveis: corrente e tensão. Qualquer um pode ser usado como entrada e como saída ou levando a quatro tipos de amplificador. Na forma idealizada eles são representados por cada um dos quatro tipos de fonte dependente utilizados na análise linear, como mostrado na figura, nomeadamente:

Cada tipo de amplificador na sua forma ideal tem uma entrada ideal e resistência de saída que é o mesmo que o do correspondente fonte dependente:

Na prática, as impedâncias ideais só são aproximadas. Para qualquer circuito especial, a análise de sinal fraco frequentemente é utilizado para encontrar a impedância realmente alcançada. Um pequeno sinal de corrente de CA I _x teste é aplicado ao nó de entrada ou de saída, todas as fontes externas são postos a zero, e o correspondente V _x tensão alternada através da fonte de corrente de teste determina a impedância vista pelo nó como que R = V _x / I _x.

Amplificadores projetado para anexar a um A linha de transmissão na entrada e / ou saída, especialmente Amplificadores de RF, não se encaixam nesta abordagem de classificação. Ao invés de lidar com tensão ou corrente individualmente, eles idealmente casal com uma entrada e / ou saída impedância combinava com a impedância de linha de transmissão, ou seja, os rácios dos jogos de tensão de corrente. Muitos amplificadores de RF verdadeira chegar perto desse ideal. Embora, para uma dada fonte adequada e impedância de carga, amplificadores de RF pode ser caracterizado como amplificar tensão ou corrente, que fundamentalmente estão ampliando o poder.

Terminal comum

Um conjunto de classificações de amplificadores é baseada em qual terminal dispositivo é comum a ambos a entrada e circuito de saída. No caso de transistores de junção bipolar, as três classes estão emissor comum, base comum, e coletor comum. Para transistores de efeito de campo, as configurações correspondentes são fonte comum, portão comum, e dreno comum; para dispositivos de vácuo triodo, cátodo comum, grade comum, e placa comum.

Unilateral ou bilateral

Quando um amplificador tem uma saída que exibe nenhum feedback para o seu lado de entrada, ele é chamado unilateral. Uma consequência é o amplificador tem uma impedância de entrada, que é independente da carga ligado ao amplificador e uma impedância de saída que é independente da fonte de sinal do amplificador de condução.

O caso oposto é o amplificador bilateral, onde o feedback liga a saída no lado da entrada do amplificador. Tais comentários muitas vezes é deliberada, por exemplo feedback negativo muitas vezes é utilizado para adequar o comportamento de amplificador. No entanto, pelo menos, tão frequentemente, o feedback é tanto indesejável e inevitável; introduzido, por exemplo, por elementos parasitas como inerentes, capacitances indesejáveis nos transistores que entrada casal a saída. Em qualquer caso, um amplificador bilateral tem uma impedância de entrada que depende da carga ligado ao amplificador e uma impedância de saída que depende da fonte do amplificador de condução.

Amplificadores unilaterais e bilaterais lineares pode ser representado por circuitos de duas portas. A maioria dos amplificadores são bilaterais, em certa medida, no entanto, podem muitas vezes ser modelado como unilateral sob certas condições de operação destinadas a simplificar a análise (veja a artigo da base comum para um exemplo).

Invertendo ou não-inversora

Outra forma de classificar amplificadores é a relação de fase do sinal de entrada para o sinal de saída. Um amplificador de inversão produz uma saída 180 graus fora de fase com o sinal de entrada (que uma imagem de espelho ou inversão da entrada é, como visto numa osciloscópio). Um amplificador não-inversora mantém a fase das formas de onda de sinal de entrada. Um seguidor de emissor é um tipo de amplificador não-inversora, indicando que o sinal no emissor de um transístor está a seguir (isto é, correspondentes ao ganho de unidade, mas talvez um offset) ao sinal de entrada.

Esta descrição pode aplicar-se a uma única fase de um amplificador, ou a um sistema de amplificador completa.

Função

Outros amplificadores podem ser classificadas por suas características de função ou saída. Estas descrições funcionais normalmente se aplicam a sistemas completos de amplificação ou sub-sistemas e raramente para estágios individuais.

• Um amplificador servo indica um sistema integrado loop de feedback para controlar ativamente a saída em algum nível desejado. A DC servo indica o uso em freqüências a níveis DC, onde as rápidas flutuações de um áudio ou sinal de RF não ocorrem. Estas são muitas vezes utilizadas em actuadores mecânicos ou dispositivos, tais como Motores de corrente contínua, que deve manter uma velocidade constante ou binário. Um servo amp AC pode fazer isso por alguns motores de corrente alternada.

• Um amplificador linear responde a diferentes componentes de frequência de forma independente, e não gera distorção harmónica ou distorção de intermodulação. Um amplificador não linear gera distorção.

• Um amplificador de banda larga tem um fator de amplificação preciso sobre uma ampla gama de freqüências, e é muitas vezes usado para impulsionar sinais de retransmissão em sistemas de comunicações. Um amplificador de banda estreita é feita para amplificar apenas uma estreita faixa de frequências específica, com a exclusão de outras frequências.

• Um amplificador de RF refere-se a um amplificador concebido para ser utilizado na frequência de rádio do intervalo espectro electromagnético, e é muitas vezes utilizada para aumentar a sensibilidade de um receptor ou o poder de uma saída transmissor.

• Um amplificador de áudio é projetado para uso na reprodução freqüências de áudio. Esta categoria subdivide-se em pequena amplificação de sinal e amplificadores de potência que são otimizados para a condução alto-falantes, às vezes com vários amplificadores agrupados em canais separados ou em ponte para acomodar diferentes necessidades de reprodução de áudio.

• Um tipo especial de amplificador é amplamente utilizado em instrumentos e de processamento de sinal, entre muitos outros usos variados. Estes são conhecidos como amplificadores operacionais, (ou op-ampères). Isto é porque este tipo de amplificador é utilizado em circuitos que realizam funções de algoritmos matemáticos, ou "em operações de" sinais de entrada para obter os tipos específicos de sinais de saída. A op-amp típico tem entradas diferenciais (uma "inversão", um "não-inversora" em relação à saída) e uma saída. Um op-amp idealizada tem as seguintes características:
  • Impedância de entrada infinita (de modo a não carregar circuito é de amostragem como uma entrada de controlo)
  • Impedância de saída Zero
  • Ganho infinito
  • Zero atraso de propagação

O desempenho de um amplificador operacional com estas características serão inteiramente definida pelos componentes (passivos) geralmente formam um circuito de realimentação negativo em torno dele, isto é, o próprio amplificador não tem qualquer efeito sobre a saída.

Hoje, op-amps são normalmente fornecidos como circuitos integrados, em vez de construído a partir de componentes discretos. Todos os do mundo real op-amps ficam aquém da especificação idealizado acima - mas alguns componentes modernos têm desempenho notável e chegou perto em alguns aspectos.

Método de acoplamento Interstage

Os amplificadores são por vezes classificadas pelo método de acoplamento do sinal de entrada, de saída, ou entre fases. Diferentes tipos destes incluem:

• RC amplificador acoplado, através de uma rede de resistências e condensadores. Por design esses amplificadores não pode amplificar os sinais de CC, tal como os condensadores bloquear o componente DC do sinal de entrada. Amplificadores RC-acopladas foram usadas muitas vezes em circuitos com válvulas eletrônicas ou transistores discretos. Nos dias de circuito integrado mais alguns transistores em um chip são muito mais baratos e menor do que um capacitor.
• LC acoplados amplificador, usando uma rede de indutores e capacitores. Este tipo de amplificador é mais frequentemente usado em circuitos de rádio-freqüência seletivos.
• Transformador amplificador acoplado, utilizando um transformador para coincidir com impedâncias ou para desacoplar partes dos circuitos. Muitas vezes e amplificadores acoplada por transformador não pode ser distinguida como um transformador acoplado-LC é algum tipo de indutor.
• Amplificador de acoplamento direto, sem uso de impedância e polarização componentes correspondentes. Esta classe de amplificador era muito incomum nos dias de tubo de vácuo quando o (saída) tensão do ânodo era em vários 100 plus V ea grade (entrada) de tensão em algumas tensões menos. Então, eles foram utilizados apenas se o ganho foi especificado até DC, por exemplo, em um osciloscópio. Estes desenvolvedores dia são pressionados a usar amplificadores direcly acoplados sempre que possível.

Veja também: Amplificadores múltiplos estágios.

Faixa de freqüência

Dependendo da faixa de freqüência e outras propriedades amplificadores são projetados de acordo com princípios diferentes.

• Faixas de freqüência para baixo para DC são usados apenas quando esta propriedade é necessária. Amplificação DC leva a complicações específicas que são evitadas, se possível.
• Dependendo da faixa de freqüência especificada diferentes princípios de design deve ser utilizado. Até o MHz gama única propriedades "discretos" precisa ser considerada, por exemplo, um terminal tem uma impedância de entrada.
• Assim que qualquer ligação dentro do circuito fica maior do que talvez a 1% do comprimento de onda da frequência mais alta especificado (por exemplo, 3 m a 100 MHz) propriedades de design de mudar radicalmente. Por exemplo, um comprimento especificado e uma largura de Traço PCB pode ser usado como uma entidade selectiva ou adaptação de impedância.
• Acima de alguns 100 MHz torna-se difícil de usar elementos discretos, especialmente indutores. Na maioria dos casos vestígios PCB de formas muito de perto definded são usados em vez disso.

Tipo de carga

• Untuned - (a) de áudio (b) video
• Tuned (amps RF) - utilizados para a amplificação de uma única freqüência de rádio ou faixa de freqüências

Implementação

Amplificadores são implementados usando elementos ativos de diferentes tipos:

• Os primeiros elementos ativos foram relés. Eles foram, por exemplo, utilizado em linhas de telégrafo trans-continentais: Uma corrente fraca foi utilizado para exibir a voltagem de uma bateria para a linha de saída.
• Até a década de 1960 a maioria dos amplificadores utilizados tubos de vácuo ("válvulas" no Reino Unido). Tubos de hoje só são geralmente utilizados para muito de alta potência, amplificadores de alta freqüência e para aplicações de áudio especializadas, em que o campo que recentemente alcançou um novo popularidade. Muitos emissores de radiodifusão ainda usam tubos de vácuo. Além disso, a sua impermeabilidade aos danos de flash eletromagnética pode ter levado a sua retenção em certos contextos de defesa.
• Na década de 1960 o transistor assumiu, permitindo, por exemplo, o rádio transistor. Estes dias transistores "discretos" ainda são usados em amplificadores de alta potência e em dispositivos de áudio especializados.
• A partir de 1970 mais e mais transistores foram conectados em um único chip, portanto, a criação do circuito integrado . Quase todos os amplificadores comercialmente disponíveis hoje em dia baseiam-se em circuitos integrados.

Para fins exóticos outros elementos activos têm sido utilizados. Por exemplo, nos primeiros dias do satélite de comunicação foram usados amplificadores paramétricos ". O circuito de núcleo era um diodo cuja capacidade foi alterada por um sinal RF criado localmente. Sob certas condições este sinal RF de energia fornecida que foi modulado pelo sinal extremamente fraco satélite recebidos na estação de terra. O princípio de funcionamento de um amplificador paramétrico é um pouco semelhante ao princípio pelo qual as crianças manter seus balanços em movimento: Enquanto o balanço move você só precisa mudar um "parâmetro" da entidade oscilante, por exemplo, você deve mover seu centro de gravidade para cima e para baixo. No nosso caso, a capacidade do díodo é mudado periodicamente.

Classes de amplificador de potência

Ângulo de fluxo ou de condução ângulo

Circuitos de amplificador de potência (fases de saída) são classificados como A, B, AB e C para modelos analógicos, e a classe D e E para interrupção desenhos com base no ângulo de condução ou de "ângulo de fluxo 'Θ do sinal de entrada por meio do dispositivo de amplificação, isto é, a porção do ciclo de sinal de entrada durante o qual o dispositivo de amplificação realiza. A imagem do ângulo de condução é obtido a partir de amplificação de um sinal sinodial. (Se o dispositivo está sempre ligado, Θ = 360 °). O ângulo de fluxo está intimamente relacionado com o amplificador eficiência de energia. As várias classes são introduzidos abaixo, seguido de discussão mais detalhada nas rubricas individuais mais tarde.

Classe A

100% do sinal de entrada é usado (ângulo de condução Θ = 360 ° ou 2π, ou seja, o elemento activo funciona na sua gama linear de todos os tempos). Quando a eficiência não é uma consideração, a maioria dos amplificadores lineares de sinal pequeno são concebidos como classe A , o que significa que os dispositivos de saída estão sempre na região de condução. Amplificadores de classe A são tipicamente mais lineares e menos complexos do que outros tipos, mas são muito ineficientes. Este tipo de amplificador é mais comumente usado em estágios pequenos sinais ou para aplicações de baixa potência (como fones de ouvido de condução).

Classe B

50% do sinal de entrada é usado (Θ = 180 ° ou π, ou seja, o elemento activo funciona na sua gama linear metade do tempo e é mais ou menos desligado para a outra metade). Na maioria da Classe B , existem dois dispositivos de saída (ou conjuntos de dispositivos de saída), cada um dos quais realiza alternadamente (push-pull) durante exactamente 180 ° (ou metade) ciclo do sinal de entrada; amplificadores selectivos RF também pode ser implementada utilizando um único elemento activo.

Estes amplificadores estão sujeitos ao cruzamento distorção se o handoff de um elemento ativo para o outro não é perfeito, como quando dois transistores de cortesia (ou seja, uma PNP, uma NPN) são conectados como dois seguidores de emissor com sua base e emissor terminais em comum, requerendo a tensão de base para matou toda a região em que ambos os dispositivos estão desligados.

Classe AB

Aqui os dois elementos activos realizar mais do que metade do tempo como um meio para reduzir as distorções do cross-over de amplificadores de classe B. No exemplo dos seguidores de emissor complementares uma rede de polarização permite mais ou menos corrente de repouso proporcionando, assim, um ponto de operação em algum lugar entre a classe A e Classe B. Às vezes, uma figura é adicionado, por exemplo, AB1 ou AB2, com valores mais elevados o que implica uma maior corrente de repouso e, portanto, mais das propriedades da Classe A.

Classe D

Estes usam a mudança para alcançar uma eficiência muito alta potência (mais de 90% em projetos modernos). Ao permitir que cada dispositivo de saída para ser completamente ligado ou desligado, as perdas são minimizados. A saída analógica é criado por modulação de largura de impulso, isto é o elemento activo é ligado para intervalos mais curtos ou mais longos, em vez de modificar a sua resistência. Existem esquemas de comutação mais complicados como sigma-delta de modulação, para melhorar alguns aspectos de desempenho como distorções mais baixos ou uma melhor eficiência.

Outras classes

Existem várias outras classes de amplificação, embora sejam principalmente variações das classes anteriores. Por exemplo, classe H e amplificadores de classe G são marcados por variação das calhas de alimentação (em passos discretos ou de uma forma contínua, respectivamente) seguindo o sinal de entrada. O calor residual nos dispositivos de saída podem ser reduzidos como o excesso de tensão é mantida a um mínimo. O amplificador que é alimentado com estes carris em si pode ser de qualquer classe. Estes tipos de amplificadores são mais complexos, e são utilizados principalmente para aplicações especializadas, tais como próprias unidades de alta potência. Além disso, Classe E e Classe F amplificadores são comumente descritos na literatura de radiofrequências aplicações onde a eficiência das aulas tradicionais desviam substancialmente de seus valores ideais. Essas classes usar sintonia harmônica de suas redes de saída para alcançar maior eficiência e pode ser considerado um subconjunto de Classe C, devido às suas características ângulo de condução.

Mais detalhes sobre as várias classes é fornecida abaixo.

Classe A

Dispositivos de amplificação Classe A operar ao longo de todo o ciclo de entrada de tal modo que o sinal de saída é uma réplica escalonado-se exacta da entrada sem recorte. Amplificadores Classe A são os meios usuais de implementação de amplificadores pequenos sinais. Eles não são muito eficientes; um máximo teórico de 50% pode ser obtido com acoplamento indutivo de saída e apenas 25%, com o acoplamento capacitivo.

Num circuito de Classe A, o elemento amplificador é polarizado de modo que o dispositivo esteja sempre conduzindo em certa medida, e é operado através da porção mais linear da sua curva característica (conhecido como o seu transferir ou característica curva de transcondutância). Uma vez que o dispositivo esteja sempre realização, mesmo se não houver nenhuma entrada de todo, a potência é desenhada para a fonte de alimentação. Esta é a principal razão para sua ineficiência.

Amplificador de Classe A

Se potências de saída elevados são necessários a partir de um circuito Classe A, o desperdício de energia (eo calor de acompanhamento) vai se tornar significativo. Para cada watts entregue ao carga, o próprio amplificador, na melhor das hipóteses, se dissipar outro watt. Para as grandes potências. isto significa fontes de alimentação muito grandes e caros e dissipação de calor. Modelos Classe A foram amplamente superados para áudio amplificadores de potência, embora alguns audiófilos acreditam que classe A dá a melhor qualidade de som, devido a ser operado de uma forma tão linear quanto possível, que fornece um pequeno mercado em alta fidelidade amplificadores Classe A caros. Além disso, alguns aficionados preferem válvula thermionic (ou "tubo") projeta em vez de transistores, por várias razões alegadas:

Os tubos são mais comumente usados em projetos de classe A, que têm uma assimétrica função de transferência. Isto significa que a distorção de um onda senoidal cria tanto estranho- e de número par harmônicos. A alegação é que isso soa mais "musical" do que o maior nível de harmônicos ímpares produzidos por um amplificador push-pull simétrico. Apesar de um bom design amplificador pode reduzir os padrões de distorção harmônica a quase nada, a distorção é essencial para o som de amplificadores de guitarra elétrica, por exemplo, e é realizada por engenheiros de gravação para oferecer microfones mais lisonjeiros e para aprimorar a tecnologia digital "clínico-som".

Válvulas usar muito mais elétrons de uma só vez do que um transistor, e os efeitos estatísticos de modo conduzir a uma "suave" aproximação da verdadeira forma de onda - veja ruído tiro para saber mais sobre isso. Transistores de efeito de campo de junção (JFETs) têm características semelhantes às válvulas, assim que estas são encontradas mais frequentemente em amplificadores de alta qualidade do que os transistores bipolares. Historicamente, os amplificadores de válvulas frequentemente utilizado um amplificador de potência de classe A, simplesmente porque são válvulas grandes e caros; muitos projetos de classe A usam apenas um único dispositivo.

Transistores são muito mais baratos, e assim mais elaborado projetos que dão maior eficiência, mas usam mais partes ainda são rentáveis. Uma aplicação clássica para um par de dispositivos de classe A é a par de cauda longa, que é excepcionalmente linear, e constitui a base de muitos circuitos mais complexos, incluindo muitas amplificadores de áudio e quase todos op-amps. Amplificadores Classe A são frequentemente utilizados em fases de saída op-amps; eles são usados às vezes como de médio poder, baixa eficiência, e amplificadores de áudio de alto custo. O consumo de energia não está relacionada com a potência de saída. No inactivo (sem entrada), o consumo de energia é, essencialmente, o mesmo como no volume de saída elevado. O resultado é a baixa eficiência e dissipação de calor elevado.

Classe B e AB

Amplificadores Classe B só amplificam metade do ciclo da onda de entrada. Como tal, eles criam uma grande quantidade de distorção, mas a sua eficácia é melhorada e é muito melhor do que o de classe A. Classe B tem uma eficiência teórica máxima de 78,5% (isto é, π / 4). Isto é porque o elemento de amplificação está ligado por completo metade do tempo, e por isso não pode dissipar energia. Um elemento de uma única classe B raramente é encontrado na prática, embora possa ser utilizado em Amplificador de potência RF em que os níveis de distorção são menos importantes. No entanto Classe C é mais comumente usado para isso.

Classe B Amplificador

Um circuito prático usando elementos da Classe B é o par complementar ou arranjo "push-pull". Aqui, dispositivos complementares ou quase complementares são usadas para cada amplificar as metades opostas do sinal de entrada, que é, então, recombinados na saída. Este arranjo dá excelente eficiência, mas podem sofrer da desvantagem de que existe um pequeno desfasamento no "junta" entre as duas metades do sinal. Isto é chamado distorção de crossover. Uma melhoria é a enviesar os dispositivos para que eles não estão completamente fora quando não estão em uso. Esta abordagem é chamada operação classe AB.

Na operação de classe AB, cada dispositivo funciona da mesma maneira que na classe B ao longo de metade da forma de onda, mas também conduz a uma pequena quantidade sobre a outra metade. Como resultado, a região em que ambos os dispositivos ao mesmo tempo são quase fora (a "zona morta") é reduzida. O resultado é que, quando as formas de onda dos dois dispositivos são combinados, o cruzamento é minimizada ou eliminada totalmente.

Classe AB sacrifica um pouco mais de eficiência classe B em favor da linearidade, por isso será sempre menos eficiente (abaixo de 78,5%). É geralmente muito mais eficiente do que a classe A.

Classe B amplificador push-pull

Classe B ou AB circuitos push-pull são o tipo de construção mais comum encontrado em amplificadores de potência de áudio. Classe AB é amplamente considerado um bom compromisso para amplificadores de áudio, uma vez que grande parte do tempo a música é calma o suficiente para que o sinal permanece na "classe A" região, onde é amplificado com boa fidelidade, e, por definição, se passando fora deste região, é grande o suficiente para que os produtos de distorção típicos de classe B são relativamente pequenos. A distorção de crossover pode ser ainda mais reduzido pelo uso de feedback negativo. Classe B e AB amplificadores são por vezes usados para RF amplificadores lineares também. Amplificadores Classe B também são favorecidos em dispositivos que funcionam com bateria, tal como rádios.

Digital Classe B

Um amplificador de Classe-B limitada potência com um single-ended ferroviário de 5V +/- 10% de abastecimento.

Classe C

Amplificadores de classe C conduzir a menos de 50% do sinal de entrada e da distorção da saída é elevado, mas altas eficiências (até 90%) são possíveis. Alguns aplicativos (por exemplo, megafones) pode tolerar a distorção. A aplicação mais comum para amplificadores classe C está em RF transmissores, onde a distorção pode ser muito reduzidas, usando cargas sintonizados no palco amplificador. O sinal de entrada é usado para exibir aproximadamente o dispositivo amplificador ligado e desligado, o que faz com que impulsos de corrente para fluir através de um circuito sintonizado.

O amplificador classe C tem dois modos de operação: sintonizados, e desafinados. O diagrama abaixo mostra uma forma de onda de um circuito simples classe C sem a carga atento. Esta operação é chamada não ajustado, e a análise das formas de onda mostra a distorção maciça que aparece no sinal. Quando a carga apropriada (por exemplo, um filtro LC puro) é utilizado, 2 coisas acontecem. A primeira é que o nível de polarização de saída é "preso", de modo que a variação de saída está centrado na metade da tensão de alimentação. É por isso que a operação sintonizada é às vezes chamado de "clamper". Esta acção de elevação do nível de polarização permite que a forma de onda a ser restaurada para a sua forma apropriada, permitindo que uma forma de onda completa para ser re-estabelecida apesar de ter apenas um fornecimento de um polaridade. Isso está diretamente relacionado com o segundo fenômeno: a forma de onda na freqüência central torna-se muito menos distorcida. A distorção que está presente é dependente da largura de banda da carga ajustado, com a frequência central de ver uma distorção muito pequena, mas a maior atenuação mais longe da frequência sintonizada que recebe o sinal.

O circuito sintonizado só vai ressoar em freqüências específicas, e assim as frequências indesejadas são reprimidas de forma dramática, eo sinal completo queria (onda senoidal) será extraído pela carga sintonizado ( por exemplo, um sino de alta qualidade irá tocar em uma freqüência particular quando é atingido periodicamente com um martelo). Desde que o transmissor não é necessário para operar em uma ampla faixa de freqüências, este arranjo funciona muito bem. Outros harmónicas residuais podem ser removidos utilizando um filtro.

Classe C Amplificador

Classe D

Amplificadores Classe D são muito mais eficientes do que os amplificadores de potência classe AB. Como tal, os amplificadores Classe D não precisa de grandes transformadores e dissipadores de calor pesados, o que significa que eles são menores e mais leves do que um amplificador classe AB equivalente. Todos os dispositivos de potência em um amplificador classe D estão operado em modo on / off. Andares de saída, tais como aqueles usados em geradores de impulsos são exemplos de amplificadores classe D. O termo geralmente se aplica a dispositivos destinados a reproduzir sinais com uma largura de banda bem abaixo da frequência de comutação.

Estes amplificadores usar modulação de largura de pulso, modulação densidade de pulso (por vezes referido como modulação de freqüência de pulso) ou forma mais avançada de modulação, tais como Modulação delta-sigma (por exemplo, no amplificador de potência de áudio Analog Devices AD1990 Classe D).

O sinal de entrada é convertido de uma sequência de impulsos, cujo valor médio é directamente proporcional à amplitude instantânea do sinal. A frequência dos pulsos é tipicamente dez ou mais vezes a frequência mais elevada de interesse no sinal de entrada. A saída de um tal amplificador contém componentes espectrais indesejáveis (isto é, a frequência de impulsos e os seus harmónicas), que deve ser removido por um passiva filtro. O sinal filtrado resultante é, em seguida, uma réplica amplificado da entrada.

A principal vantagem de um amplificador de classe D é a eficiência de energia. Porque os pulsos de saída têm uma amplitude fixa, os elementos de comutação (normalmente MOSFETs, mas válvulas e transistores bipolares foram usados uma vez) são ligadas dentro ou fora, em vez de operado em modo linear. Isto significa que muito pouca energia é dissipada pelos transistores, excepto durante o intervalo muito curto entre o estados ligado e desligado. O desperdício de energia é baixa, porque a potência instantânea dissipada no transistor é o produto da tensão e da corrente, e um ou o outro é quase sempre próximo de zero. As perdas mais baixas permitem a utilização de uma menor dissipador de calor enquanto o requisitos de alimentação são reduzidas também.

Amplificadores de classe D pode ser controlada quer ou analógico circuitos digitais. O controle digital introduz distorção adicional chamado erro de quantização causada pela conversão do sinal de entrada para um valor digital.

Amplificadores de classe D têm sido amplamente utilizados para controlar motores, e quase exclusivamente para pequenos motores de corrente contínua, mas que agora são também utilizados como amplificadores de áudio, com alguns circuitos extra para permitir analógica para ser convertido num sinal modulado de largura de impulso de frequência muito mais elevada. A dificuldade relativa de atingir boa qualidade de áudio significa que quase todos são usados em aplicações onde a qualidade não é um fator, tais como sistemas de áudio estante preço modesto e "DVD-receptores" em meados de preços sistemas de home theater.

Alta qualidade amplificadores de áudio classe D estão agora, no entanto, começam a surgir no mercado:

• Tripath ter chamado sua revista Classe D projeta classe T.
• Sistema de classe D ICEpower da Bang e Olufsen tem sido utilizado na gama Alpine PDX e faixa PRS de alguns Pioneer e para equipamentos de outros fabricantes.

Estes desenhos revistos foram disse para rivalizar com bons amplificadores AB tradicionais em termos de qualidade.

Antes desses projetos de maior qualidade existia uma utilização anterior de amplificadores Classe D e prolífico área de aplicação foi de grande potência, amplificadores subwoofer em carros. Porque subwoofer são geralmente limitados para uma largura de banda não superior a 150 Hz, a velocidade de comutação para o amplificador não tem de ser tão alta como para um amplificador de gama completa. A desvantagem com modelos Classe D que está sendo usado para subwoofers de alimentação é que seus filtros de saída (tipicamente indutores que convertem o sinal de largura de pulso para trás em uma forma de onda analógica) diminuir o factor de amortecimento do amplificador.

Isto significa que o amplificador não podem impedir que a natureza reactiva do subwoofer de diminuir o impacto de sons graves baixos (tal como explicado na parte de retorno da secção de classe AB). Amplificadores Classe D para dirigir subwoofers são relativamente baratos, em comparação com amplificadores Classe AB. Um amplificador de subwoofer de 1000 watts de classe D que pode operar a cerca de 80% a 95% de eficiência custa cerca de US $ 250, muito menos do que um amplificador classe AB deste poder, o que custaria milhares de dólares.

A letra D utilizado para designar esta classe amplificador é simplesmente a letra seguinte após C, e não representam digital. Classe D Classe E e amplificadores são às vezes erroneamente descrito como "digital", porque a onda de saída superficialmente se assemelha a um pulso de trem de símbolos digitais, mas um amplificador classe D meramente converte uma forma de onda de entrada em um continuamente por largura de pulso modulada sinal analógico (onda quadrada). (Uma forma de onda digital seria pulse-code modulada.)

Aulas especiais

Classe E

O amplificador de classe E / M é um amplificador de potência de comutação altamente eficiente, normalmente utilizados em tais altas frequências que o tempo de comutação se torna comparável com o período de serviço. Como referido no amplificador de classe D do transistor está ligado através de uma série-LC-circuito para a carga, e conectados via uma grande L (indutância) para a tensão de alimentação. A tensão de alimentação está ligado à terra através de um capacitor grande para evitar quaisquer sinais de RF-vazando para o fornecimento. O amplificador classe-E acrescenta um C entre o transistor e chão e usa um L definido _um para se conectar à tensão de alimentação.

Classe E Amplificador

A descrição a seguir ignora DC, que pode ser adicionado depois facilmente. O acima mencionado C (C1 na figura) e L são de facto uma LC- circuito paralelo ao solo. Quando o transistor é ligado, ele empurra através da série LC-circuito na carga e alguma corrente começa a fluir para o LC-circuito paralelo ao chão. Em seguida, o LC-circuito em série vai e compensa a corrente para o LC-circuito paralelo. Neste ponto, a corrente através do transistor é zero e é desligado. Ambos os LC-circuitos agora estão cheios de energia no C ea L _0. Todo o circuito realiza uma oscilação amortecida.O amortecimento da carga foi ajustada de modo a que algum tempo mais tarde a energia do Ls é canalizado para a carga, mas a energia em ambos os C₀picos no valor original, por sua vez, para restaurar a tensão original, de modo que a voltagem através da transístor é novamente zero e pode ser ligado.

Com carga, frequência e ciclo de trabalho (0,5) na forma de determinados parâmetros e a restrição de que a tensão não só é restaurada, mas os picos de tensão no original, os quatro parâmetros (L, G ₀ , C, C ₀ ) são determinadas. A classe F-amplificador leva o finito sobre a resistência em conta e tenta fazer com que o toque atual do fundo em zero. Isto significa que a tensão e a corrente no transistor são simétricas com respeito ao tempo. O Transformada de Fourier permite uma formulação elegante para gerar os complexos de LC-redes. Ele diz que o primeiro harmônico é passado para a carga, todos os harmônicos estão em curto e todos os harmônicos maiores ímpares estão abertas.

Classe F e os harmônicos

Em push-pull amplificadores e em CMOS os harmônicos pares de ambos os transistores simplesmente cancelar. Experiência diz que uma onda quadrada pode ser gerada por esses amplificadores e matemática diz que as ondas quadradas que consistem em harmônicos ímpares somente. Em um amplificador classe D o filtro bloqueia saída todos os harmônicos, isso significa que os harmônicos ver uma carga aberta. Assim mesmo pequenas correntes nos harmônicos suficiente para gerar uma onda quadrada de tensão. A corrente em fase com a tensão aplicada ao filtro, mas a tensão através do transistor está fora de fase. Portanto, existe uma sobreposição mínima entre a corrente através dos transistores e tensão entre os transistores. Quanto mais acentuada as bordas mais baixa é a sobreposição.

Enquanto classe D vê os transistores e a carga como dois módulos separados da classe F admite imperfeições como os parasitas do transistor e tenta otimizar o sistema global para ter uma alta impedância para os harmônicos. Claro que tem de haver uma tensão através do transistor finito para empurrar a corrente através da resistência no estado. Porque a corrente combinada através de ambos os transistores é principalmente no primeiro harmônico parece um seno. Isso significa que, no meio da praça o máximo de corrente tem que fluir, por isso pode fazer sentido ter um mergulho na praça ou em outras palavras para permitir que alguns sobre balanço da onda quadrada de tensão. Uma classe F rede de carga, por definição, tem de transmitir a seguir uma frequência de corte e para refletir acima.

Qualquer freqüência deitado abaixo da corte e tendo a sua segunda harmônica acima do cut off pode ser amplificado, que é uma largura de banda de oitava. Por outro lado, um circuito em série LC com um grande L e um sintonizável C pode ser mais simples de implementar. Ao reduzir o ciclo de trabalho inferior a 0,5, a amplitude de saída pode ser modulada. A forma de onda quadrada de tensão irá degradar, mas qualquer sobreaquecimento é compensada pelo poder global inferior fluindo. Qualquer incompatibilidade de carga atrás do filtro só pode agir sobre a primeira onda de corrente harmônica, claramente apenas uma carga puramente resistiva faz sentido, então, menor a resistência quanto maior a corrente.

Classe F podem ser accionados por seno ou por uma onda quadrada, para um seno a entrada pode ser ajustado por um L para aumentar o ganho. Se a classe F é implementado com um único transistor o filtro é complicado para os curto harmônicos. Todos os projetos anteriores usar bordas afiadas para minimizar a sobreposição. Classe E usa uma quantidade significativa de segunda tensão harmônica. A segunda harmónica pode ser utilizado para reduzir a sobreposição com bordas com nitidez finito. Para que isto funcione energia na segunda harmónica tem a fluir a partir da carga no transistor, e nenhuma fonte para isso é visível no diagrama de circuito. Na realidade, a impedância é principalmente reativa ea única razão para isso é que a classe E é um amplificador classe F com uma rede de carga muito simplificado e, portanto, tem de lidar com imperfeições.

Em muitos amadores simulações de amplificadores classe E bordas afiadas atuais são assumidos anulando a própria motivação para a classe E e medições perto da frequência de trânsito dos transistores mostram curvas muito simétricos, que se parecem muito semelhantes às simulações classe F. O amplificador classe E foi inventado em 1972 por Nathan O. Sokal e Alan D. Sokal, e os detalhes foram publicados pela primeira vez em 1975. Alguns relatórios anteriores sobre esta classe de funcionamento foram publicados em russo.

Classe G e H

Demonstração de eficiência teórica de Classe G amplificador part1

Demonstração de eficiência teórica de Classe G amplificador parte2

O sinal de tensão é assim mostrada uma versão maior da entrada, mas foi alterado no sinal (invertidas) da amplificação. Outros arranjos de dispositivo de amplificação são possíveis, mas que dada (isto é, emissor comum, fonte comum ou cátodo comum ) é o mais fácil de entender e empregar na prática. Se o elemento de amplificação é linear, então a saída será cópia fiel da entrada, só maior e invertido. Na prática real, transistores não são lineares, e a saída será a aproximar de entrada. não-linearidade a partir de qualquer de várias fontes, é a origem da distorção dentro de um amplificador. Qual a classe de amplificador (A, B, AB ou C) depende da forma como o dispositivo de amplificação é tendenciosa - nos diagramas dos circuitos de polarização são omitidos para maior clareza.

Qualquer amplificador real é uma realização imperfeita de um amplificador ideal. Uma limitação importante de um amplificador real é que a saída pode gerar é finalmente limitada pela potência disponível a partir da fonte de alimentação. Um amplificador vai saturar e clipe da saída, se o sinal de entrada torna-se muito grande para o amplificador para reproduzir ou se os limites operacionais para um dispositivo são excedidos.

Amplificadores Doherty

A configuração híbrida recebendo nova atenção é o amplificador Doherty, inventado em 1934 por William H. Doherty para Laboratórios Bell (cuja irmã empresa, Western Electric, foi, então, um importante fabricante de transmissores de rádio). O amplificador Doherty consiste de uma classe principal-B (ou "veículo") fase em paralelo com um auxiliar de classe-C (ou "pico") fase. O sinal de entrada é dividido igualmente para conduzir os dois amplificadores, e uma rede combinando soma os dois sinais de saída e corrige as diferenças de fase entre os dois amplificadores. Durante os períodos de baixo nível do sinal, o amplificador de classe B funciona eficientemente com o sinal e o amplificador de classe C é inactivo e não consome energia. Durante os picos de sinal de alta saturados amplificador de classe B e os pontapés amplificador classe-C. A eficiência de modelos de transmissores AM anteriores era proporcional à modulação, mas com modulação média tipicamente de 20 por cento, transmissores foram limitados a eficiência inferior a 50 por cento. No projeto de Doherty, mesmo com modulação de zero um transmissor podia alcançar pelo menos 60 por cento de eficiência.

O amplificador Doherty permanece em uso em muito de alta potência AM transmissores, mas para AM transmissores de baixa potência, amplificadores de tubo de vácuo, em geral, foram eclipsadas na década de 1980 por matrizes de amplificadores de estado sólido, o que poderia ser ligados e desligados com muito maior granularidade em resposta às exigências da entrada de áudio. No entanto, o interesse na configuração Doherty foi revivida por aplicativos de telefonia celular e sem fio à Internet, onde a soma de vários usuários constante do envelope cria um resultado agregado AM. O principal desafio do amplificador Doherty para os modos de transmissão digital está em alinhar as duas fases e obter o amplificador de classe C para ligar e desligar muito rapidamente.

Outras classes

Vários fabricantes de amplificador de áudio começaram a "inventar" novas classes como uma forma de diferenciar-se. Estes nomes de classe geralmente não refletem qualquer técnica de amplificação revolucionário, e são utilizados principalmente para fins de marketing. Isso pode ser facilmente determinada pelo fato de que o nome da classe é marca registrada ou direitos de autor. Por exemplo, Coroa K e I-Tech Series, bem como vários outros modelos utilizam a tecnologia patenteada da Crown Class-I (ou BCA). Lab.gruppen usar uma forma de classe amplificador D chamada classe TD ou lagartas Classe D que monitora a forma de onda para ver-la ampliada com mais precisão, sem os inconvenientes dos amplificadores tradicionais da classe D.

" Classe T "é uma marca comercial da empresa TriPath, que fabrica ICs amplificador de áudio. Esta nova classe" T "é uma revisão do amplificador classe D comum, mas com mudanças para garantir a fidelidade ao longo do espectro de áudio completo, ao contrário de projetos tradicionais de classe D. Opera-se em frequências diferentes, dependendo da potência, com valores variando de tão baixo como 200 kHz e 1,2 MHz, utilizando um modulador de propriedade.

"Classe Z" é uma marca comercial daZetex de semicondutores e é uma tecnologia digital de feedback direto.

Circuito de amplificador

Para fins de ilustração, este circuito amplificador prático é descrita. Pode ser a base para um amplificador de áudio de potência moderada. Ele apresenta um design típico (embora bastante simplificado) como encontrado em amplificadores modernos, com uma classe AB estágio de saída push-pull, e usa algum feedback negativo global. Transistores bipolares são mostrados, mas este projeto também seria realizável com FETs ou válvulas.

Um amplificador de circuito prático

O sinal de entrada é acoplado através do condensador C1 a base do transístor Q1. O condensador permite que a AC do sinal de passar, mas bloqueia a tensão de polarização DC estabelecida por resistências R1 e R2 de modo a que qualquer circuito anterior não é afectado pelo mesmo. Q1 e Q2 formar um amplificador diferencial (de um amplificador que multiplica a diferença entre duas entradas por uma constante), em um arranjo conhecido como um par de cauda longa. Este arranjo é utilizado convenientemente para permitir a utilização de realimentação negativa, que é alimentada a partir da saída para o Q2 através de R7 e R8.

O feedback negativo para o amplificador de diferença permite que o amplificador comparar a entrada para a saída real. O sinal amplificado a partir de Q1 é introduzida directamente para a segunda fase, Q3, que é uma fase de emissor comum, que proporciona ainda a amplificação do sinal e a distorção DC para a fase de saída, Q4 e Q5. R6 fornece a carga para a Q3 (Um projeto melhor, provavelmente usaria algum tipo de carga ativa aqui, como uma pia de corrente constante). Até agora, todos do amplificador operacional é da classe A. O par de saída estão dispostas em classe AB push-pull, também chamado um par complementar. Eles fornecem a maior parte da amplificação de corrente e conduzir directamente a carga, ligado através de DC de bloqueio de condensador C2. O díodos D1 e D2 fornecer uma pequena quantidade de polarização de voltagem constante para o par de saídas, tal polarização los para o estado de condução, de modo que a distorção de cruzamento é minimizado. Isto é, os diodos empurrar o estágio de saída firmemente no modo de classe AB (assumindo que a queda de base-emissor dos transistores de saída é reduzida por dissipação de calor).

Este projeto é simples, mas uma boa base para um design prático porque estabiliza automaticamente seu ponto de operação, uma vez que o feedback funciona internamente a partir de DC-se através da faixa de áudio e além. Outros elementos de circuito, provavelmente, ser encontrado em um projeto real que saem da resposta de freqüência acima do intervalo necessário para evitar a possibilidade de indesejada oscilação. Além disso, a utilização de polarização de diodo fixa como mostrado aqui pode causar problemas se os diodos não são ambos electricamente termicamente e combinado com os transistores de saída - se os transistores de saída ligar demasiado, que pode facilmente superaquecer e destruir-se, como a corrente completa a partir da fonte de alimentação não é limitada nesta fase.

Uma solução comum para ajudar a estabilizar os dispositivos de saída é para incluir algumas resistências de emissor, tipicamente um ohm ou menos. Calculando os valores das resistências e condensadores do circuito é feito com base nos componentes utilizados e a utilização a que se destina o amplificador.

Para os conceitos básicos de amplificadores de frequência de rádio, utilizando válvulas, consulteamplificadores valvado RF.