Projeto de Amplificadores de Potência para Áudio – Parte I

O projeto de um amplificador desses merece alguns capítulos, mas começa pela determinação da relação de espiras do transformador, para que a resistência refletida como carga da válvula, ou válvulas, seja ótima, pelo menos em relação ao mínimo de distorção, para uma determinada excursão da corrente de saída e potência média correspondente, fornecidas à carga RL.

Observem que não falei em casamento de impedâncias…

De fato, tirando circuitos de RF e alguns filtros passivos LC para áudio, usados em telefonia, ou os transformadores híbridos, que também eram usados na telefonia analógica no século passado e projetados para funcionar com as impedâncias de entrada e saída casadas com a fonte de sinal e carga, praticamente nenhuma cadeia de amplificação de sinais de áudio funciona nessa condição [ref. 5] [ref. 6].

Uma boa razão para isso é que, ao casar a impedância de saída do amplificador com a carga, a eficiência dos amplificadores cai a menos de 50% e eles vão dissipar internamente tanta potência quanto a que fornecem à carga.

O uso da expressão “casar impedâncias”, em áudio, na maioria dos casos está equivocada e vem da interpretação e aplicação inadequada do “Teorema da Máxima Transferência de Potência” (MTP). como já foi exposto por Snow [ref. 5, JAES,1953] [ref. 7, JAES, 1957] e vários outros autores… [ref. 6, Bohn].

Isso vem de uma época em que não havia amplificação e a única potência disponível para mover o receptor do telefone era a gerada pela voz no transmissor (microfone). Não é de se admirar a necessidade de se conseguir o casamento de impedâncias para obter a MTP nas linhas telefônicas do século XIX.

Encontrado em qualquer livro de teoria de circuitos, o teorema, na sua forma mais simples, vem da demonstração (matemática) de que uma resistência R_L vai dissipar um máximo de potência ao ser ligada a uma fonte de tensão, cuja tensão sem carga seja U_o e que tenha uma resistência interna R_o, também considerada constante, quando R_L=R_o. Essa análise é um modelo simplificado para a interação entre um amplificador e uma carga apenas resistiva, o que, na maioria dos casos, não corresponde à realidade. Vamos avaliar quais são as suposições feitas:

1. A impedância de carga é apenas resistiva, o que não corresponde à realidade de muitas aplicações, como amplificadores de potência para alto-falantes ou caixas acústicas, por exemplo. Não sendo apenas resistiva, varia com a frequência em módulo e fase, o que tornaria, caso fosse realmente necessária, uma tarefa difícil manter o casamento ao longo de uma faixa de frequências com 10 oitavas ou 3 décadas (1:1000);
2. A impedância interna do amplificador é considerada apenas resistiva e constante, o que, na maioria dos casos, não vai ser verdade. Sendo uma impedância, vamos ter variações em função da frequência e podemos ainda ter um valor de impedância interna para sinais pequenos e uma  variação não linear para grandes sinais.

+5

0