O post discute 6 circuitos amplificadores de potência classe A simples e baratos que podem ser usados para qualquer aplicação de amplificador de áudio de pequena escala.
Por: Dhrubajyoti Biswas
1) Amplificador de feedback negativo zero
Os dados a seguir detalham como construir um amplificador com feedback negativo zero, o que implica a construção de um amplificador de componente zero. O amplificador será single-ended e Classe A.
Para começar, vamos primeiro estabelecer o projeto do circuito do amplificador proposto, conforme indicado abaixo:
Como construir o circuito
Para construir o circuito, precisamos de: Um MOSFET, alguns capacitores e resistores e uma fonte de alimentação robusta que deve ser filtrada adequadamente usando capacitores de filtro grandes. O amplificador que estamos construindo é construído incorporando o dispositivo 2SK1058 N-Channel MOSFET da Hitachi. O diagrama de pinos é mostrado abaixo:
Os capacitores que usamos neste experimento são os de Sprague. Isso é usado para acoplar na entrada e na saída um grande capacitor eletrolítico junto com um capacitor de bypass de poliéster de 10µF. Para gerenciar a carga, usamos quatro resistores enrolados de fio não indutivo de 10W.
No entanto, para atingir uma resistência total de 15 ohms, os resistores são ligados em série de dois, o que perfaz 30 ohms e, além disso, configurando os conjuntos em paralelo. Observe que o dispositivo estaria quente e suscetível a queimar durante o modo inativo, portanto, o cuidado é extremamente importante.
Classe-A nunca pode ser uma opção ideal para um projeto de amplificador de alta eficiência, mas como estamos aplicando a ideia nesta configuração, tivemos que usar mais de 20 Watts de potência para gerar um modesto áudio de 4,8 Watts. O dissipador de calor utilizado para o mosfet foi de 0,784°C/W.
Fonte de energia
A fonte de alimentação usada para este único circuito amplificador de potência MOSFET classe A é um transformador EI de 18VAC e 160VA conectado a um retificador de ponte de 25 amp para gerar energia CC de 24 Volts.
Para filtrar e suavizar a potência, usamos capacitores de 10.000µF e Hammond fez um estrangulamento de 10mH de 5 amp sobre a configuração do filtro pi [Cap – Choke – Cap]. A polarização foi através de um pote de 100K junto com resistor de 1M.
Deve-se tomar cuidado para ajustar o potenciômetro apenas enquanto metade da CC ultrapassar os resistores de carga e o MOSFET.
2) Amplificador Classe A mais fácil
O IRF511 (Q1) é conectado como um circuito amplificador de áudio classe A mais simples, conforme mostrado na figura abaixo. Tendo a polarização de porta zero empregada, Q1 age de forma semelhante a uma chave que está no estado desligado. Nesta condição, nenhuma corrente se move do resistor de carga, R2. Essencialmente, a tensão em Q1 e no resistor de carga deve ser a mesma para o funcionamento dos amplificadores classe A.
Um potenciômetro de 100K (R3) junto com um 1M fixo (R1) constituem um circuito de polarização de porta ajustável direto. Se colocarmos um voltímetro no dreno Q1 e no terra do circuito, e ajustarmos R3 para obter uma leitura do medidor de metade da tensão da fonte de alimentação.
Praticamente qualquer resistor pode ser utilizado no lugar de R2, desde que as classificações máximas de corrente e potência do FET não sejam ultrapassadas. Um valor de resistor entre 22 e 100 ohms pode ser uma seleção decente para teste. Se for usado um fornecimento de alta corrente, certifique-se de usar um dissipador de calor apropriado para o FET.
3) Amplificador Classe A usando BJTs
Nos parágrafos acima aprendemos como construir um amplificador classe A usando MOSFET, agora vamos aprender como um circuito amplificador classe A simples pode ser construído usando apenas transistores bipolares ou BJTs.
Quando a saída de potência, harmônicos, distorção, resposta de frequência não são considerados críticos para um amplificador, por exemplo, em pequenos receptores de rádio, a aplicação de um amplificador classe ‘A’ torna-se uma escolha favorável. O circuito mostrado abaixo utiliza apenas 3 transistores, é capaz de amplificar com um transformador de saída e fornece uma potência de saída entre 100 -200mW. Ele opera usando uma fonte de bateria tão baixa quanto 4,5V.
O RV1 funciona como um controle de volume e se conecta ao estágio do amplificador por meio de C1. Os três estágios discutidos abaixo estão diretamente conectados. A polarização de base de Q1 é implementada pelos resistores R2 e R5. O resistor R1 e o transistor Q1 se comportam como um divisor de potencial de polarização para a base Q2 e, da mesma forma, o resistor R3 e o transistor Q2 executam a base de polarização para o transistor Q3.
O resistor R2 e o resistor R5 também funcionam como uma seção de um loop de feedback negativo geral, aumentando a resposta de frequência deste circuito amplificador BJT classe A e também minimizando sua distorção. Uma barganha entre ganho e qualidade é determinada através da seleção apropriada de valores R6 e C3.
C3 está configurado como um capacitor de desacoplamento e o valor de R6 pode ser encontrado através de alguma experimentação. (O menor valor possível de R6 não deve ser inferior a 22k).
4) Circuito Amplificador de Potência Classe A
O principal benefício de um amplificador classe A é que ele funciona sem qualquer distorção de crossover. Juntamente com essa vantagem significativa, encontramos uma grande desvantagem de dissipadores de calor sempre quentes e fontes de alimentação de grande potência.
O circuito exibido acima consiste em uma série de bons recursos e é capaz de fornecer 5W de áudio genuíno de classe A em uma carga de 8 Ohm. Q1 e Q2, em conjunto com as partes conectadas, funcionam como um amplificador de tensão de primeira linha com feedback de CA e CC alimentado do coletor Q2 por meio de R6 para o emissor Q1.
O estágio de saída inclui genuinamente Q6 e Q7 configurados como um par Darlington seguidor de emissor. Esses transistores são acionados pelo IC1, que é um amplificador operacional de 741. Esses BJTs também podem ser vistos incorporados no circuito de feedback do 741. Esses três elementos juntos constituem um estágio de saída quase ideal com uma impedância de entrada de muitos megaohms, juntamente com uma largura de banda que varia de DC a mais de 100 KHz.
A corrente de repouso é fornecida por A fonte de corrente constante formada pelos transistores Q3, Q4, Q5, R9 e R10 determina a corrente de repouso do circuito. A utilização de uma fonte de corrente constante neste projeto de amplificador classe A isola adequadamente o estágio de saída das flutuações e oscilações da linha de alimentação.
Usando os valores de parte indicados, o circuito obtém uma largura de banda entre 10Hz – 30KHz -3db, com uma distorção muito inferior a 0,1% antes do recorte. O circuito também oferece uma impedância de entrada de 1,5M e uma sensibilidade de 180mV para a potência de saída completa.
Os transistores Q4 a Q7 devem ser fixados em um dissipador de calor apropriado, que pode ter uma dimensão de 5″ por 4″ e deve ser do tipo aletado. Esses dissipadores de calor devem ser instalados verticalmente e posicionados de forma que fiquem expostos ao fluxo de ar adequado.
5) Outro circuito amplificador de boa classe
O problema com circuitos amplificadores classe A é sua eficiência reduzida em comparação com os estágios classe B. Com este layout específico, e aplicando uma fonte de alimentação de 44 V, a corrente quiescente será em torno de 960 mA.
Uma potência de saída de cerca de 15 W será fornecida diretamente em um alto-falante de 8 Ohm. Espera-se que a distorção harmônica seja inferior a 0,1%.
A sensibilidade de entrada deste design pode ser em torno de 360 mV, em relação à potência de saída, isso pode ser em torno de 15 W em alto-falante de 8 Ohm. A impedância de entrada será de aproximadamente 150 k.
Para pré-amplificadores com impedância de fonte de 1 k, o capacitor C2 será 6n8, para impedância de fonte de 2 k provavelmente será 3n3. Este amplificador classe A oferece uma grande característica de ser à prova de curto-circuito; se você encontrar um curto, ele consumirá cerca de 1,6 A.
O potenciômetro P10 é empregado para implementar o controle de offset para a tensão de saída sem sinal na interseção das partes R18/R19 (em torno de 21 V).
Cada transistor de saída (T6 e T7) deve ser montado sobre um grande dissipador de calor, a resistência térmica não deve ser inferior a 3,3°C/W; transistores de driver T4 e T5 necessitarão de um dissipador de calor tipo clipe.
6) Circuito Amplificador Classe A de 5 Watts
Este circuito amplificador classe A produz 5 watts rms em uma carga de 8 ohms, porém precisa de uma alimentação de 22 a 24 volts a 1 amp. Isso resulta em uma eficiência máxima de cerca de 19%, que é inferior a 1/3 da eficiência das configurações típicas de Classe B.
Q1 é utilizado no estágio de entrada do emissor comum e é ligado diretamente ao estágio de saída através do transistor de buffer seguidor do emissor, Q2. Este último é essencial devido à grande corrente de condução do estágio de saída. O transistor de saída, Q5, é usado no modo de emissor comum. Sua carga de coletor é produzida por Q3, Q4 e R7, e é uma fonte de corrente constante. O último fixa a corrente de saída do circuito para um pouco abaixo de 1 amp.
A carga do gerador de corrente constante tem maior eficiência e linearidade em comparação com um resistor de carga comum. Em DC, R3 fornece quase 100% de feedback negativo ao amplificador, resultando em ganho de tensão unitário. R1 e R2 polarizam a entrada para 1⁄2 da tensão de alimentação, o que também direciona a saída para o nível desejado de 1⁄2 da tensão de alimentação.
Nas frequências de áudio, R5 e C3 eliminam parte do feedback, permitindo ao circuito uma sensibilidade máxima de saída em torno de 380 mV rms. C1 e C5 habilitam o bloqueio DC na entrada e saída, correspondentemente, enquanto C2 e C4 ajudam na estabilidade. Q4 e Q5 precisam ser colocados em cima de um grande dissipador de calor.
Projeto de dois transistores mais pequenos
Este circuito amplificador simples de dois transistores classe A funciona usando Tr1 como um estágio de driver de emissor comum configurado para operar diretamente Tr2; o estágio de saída da fonte comum. R1 a R3 estão posicionados para polarizar o circuito para garantir que tenhamos uma corrente quiescente de aproximadamente 25mA por meio de LS1 e Tr2. O sinal de entrada modifica esta corrente em ambos os lados do valor quiescente, permitindo a operação necessária do alto-falante LSI.
A corrente de saída varia de 0 a cerca de 50mA na saída de pico, e o consumo de corrente típico como resultado permanece consistente em 25mA e não aumenta em níveis de saída mais altos, como no caso de um amplificador classe B. A potência de saída deste circuito é de apenas 23mW RMS, porém é suficiente para diversas aplicações (pequenos rádios, interfones, etc.).
O circuito fornece qualidade de áudio bastante decente; a principal restrição na qualidade do áudio são os níveis de distorção e a resposta de frequência restrita do minúsculo alto-falante de alta impedância empregado. Um sinal de entrada de apenas cerca de 80mV RMS é necessário para gerar uma saída ótima, porém esse valor pode ser modificado, até certo ponto, ajustando o valor de R5.
Alterações no valor de R5 levam a uma variação inversamente proporcional na sensibilidade de entrada do circuito. Um alto-falante de baixa impedância não é recomendado neste circuito, pois isso pode fazer com que uma corrente alta se mova através de Tr2 e do alto-falante, provavelmente levando à quebra de um deles ou de ambos.
Melhorando o projeto acima
O circuito acima tem uma pequena falha devido à presença de uma corrente persistente no alto-falante, fazendo com que o cone nunca se mova para frente e para trás em torno de sua posição normal de repouso, mas seja constantemente deslocado de uma maneira ou de outra. O desempenho do alto-falante pode sofrer como resultado disso.
o seguinte design aprimorado elimina o problema acima.
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FONTE
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