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 Amplificadores Passo a Passo

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Cmeletronica
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MensagemAssunto: Amplificadores Passo a Passo   Qua Jul 08, 2015 3:03 pm

Amplificadores Passo a Passo
Ruy Monteiro.

Um guia rápido e fácil com tudo que você precisa saber sobre amplificadores
Índice:

- Introdução.
- Ligações de entrada.
- Sensibilidade de entrada para máxima potência.
- Impedância de entrada.
- Conexões de entrada.
- A potência de saída.
- Consumo.
- Cabos de alimentação.
- Especificações modernas de carga na saída do amplificador de áudio.

Clique aqui se preferir fazer o download deste arquivo em formato ZIP (11Kbytes)

Introdução:

É amplificador de áudio o equipamento eletrônico que a partir de um pequeno sinal de áudio colocado na sua entrada, fornece na sua saída este sinal ampliado e adequado ao funcionamento de um ou mais falantes.

A função básica de um amplificador é simples: Amplificar!... mas são tão variados os equipamentos que precisam da sua amplificação e também tantos os tipos de falantes que precisam de sua alimentação, que se torna indispensável conhecer melhor a Potência, como é vulgarmente chamado, para poder ao final se estabelecer um equilíbrio entre preço e desempenho para a aplicação que se deseja.

Um amplificador é mono quando tem somente um canal de amplificação e estéreo quando tem dois canais independentes com características gerais idênticas. Existem outras configurações onde encontramos amplificadores com maior número de canais ou com diferentes características entre eles e servem para aplicações dedicadas.

O gabinete de um amplificador tem dois painéis: O Painel frontal onde ficam os controles de volume, chave liga-desliga e os indicadores de condição de funcionamento e o Painel traseiro com todos os conectores de entrada, saída e o cabo de alimentação de força. Os amplificadores de média e alta potência ocupam uma parte destes painéis com aberturas que permitem a entrada e a saída do ar utilizado na refrigeração. Estas passagens de ar, se obstruídas, irão prejudicar o funcionamento normal do amplificador.

Ligações de entrada:

Ficam geralmente no painel traseiro. A entrada de sinal deve sempre ser "fêmea de painel".
Com respeito a entrada de sinal, existem dois tipos de amplificadores: Os de entrada balanceada e os de entrada não balanceada. Sempre que possível, devemos escolher o primeiro, para que o nosso sistema tenha um desempenho dinâmico superior e com menor ruído.

ATENÇÃO: Para se ter certeza de que a entrada de um amplificador é balanceada, devemos consultar suas especificações técnicas, pois a simples presença de conectores do tipo "XLR" de três pinos no painel traseiro não é suficiente para que suas entradas se tornem balanceadas.

Para se levar um sinal de áudio até a entrada do amplificador, devemos usar sempre um fio especial chamado coaxial. Quando descascamos um cabo coaxial, encontramos logo uma camada de malha trançada ou uma camada enrolada de papel aluminizado, que funciona como blindagem e condutor comum. Dentro da blindagem, temos um condutor isolado quando o amplificador possui entrada desbalanceada e dois condutores isolados no caso da entrada balanceada. O fio que chega ao amplificador deve ser terminado sempre com um conector macho de cabo. Para se fazer esta ligação devemos sempre consultar o manual do fabricante.

Sensibilidade de entrada para máxima potência (Medida em Volt):

Quando se coloca um pequeno sinal de áudio na entrada de um amplificador, podemos ouvir pelos falantes na sua saída este sinal com maior amplitude. Se aumentamos o sinal de entrada irá ocorrer um aumento proporcional na saída e assim por diante. Vamos descobrir entretanto, que há um limite para esse aumento no sinal de entrada, chamado Sensibilidade. A partir deste ponto o sinal na saída pára de aumentar, porque chegamos a potência máxima do amplificador.

Existe uma certa variação de marca para marca. Os mais sensíveis (com 0,5Volt), até os menos (com 1,5Volt).

- Amplificadores muito sensíveis (0,5V), costumam aumentar o ruído do sistema e os chamados duros.
- Os pouco sensíveis (1,5V), irão exigir maior esforço do estágio de saída da mesa, ou do pré que estão amplificando.

Devemos portanto, escolher uma sensibilidade média por volta de 1 Volt.

Impedância de entrada:

A impedância de entrada do amplificador é a carga que ele apresenta para o sinal que colocamos na sua entrada. Esta carga é medida em ohms.

Existem valores típicos de impedância de entrada para os amplificadores, conforme sua categoria e função principal, como veremos abaixo.

Categoria

Tipo de entrada

Faixa de valor

Profissional (PA ou Estúdio)

Balanceada

600 ohms a 10 kilo ohms

Profissional automotivo
(Som para carro, especial)

Não balanceada

5 a 50 kilo ohms

Profissional industrial
(Som ambiente)

Balanceada ou não

600 ohms a 10 kilo ohms

Semi profissional

Não balanceada

10 a 100 kilo ohms

Doméstico separado
(Som de audiófilo)

Balanceada ou não

600 ohms a 100 kilo ohms

O valor alto ou baixo da impedância de entrada por si, não é um indicador da qualidade de um amplificador, seu valor serve mais para definir qual deve ser a impedância de saída do equipamento que o alimentará de sinal, no caso, a mesa de som, crossover ou o pré amplificador.

Em áudio, a impedância de entrada de um equipamento deve sempre ser maior do que a impedância de saída do aparelho que o alimenta de sinal.

Devemos evitar em todos os casos as altas impedâncias (acima de 10 kilo ohms). A alta impedância de entrada aumenta a captação de ruído eletrostático da cabeação e microfonia.

As conexões de sinal de entrada de um amplificador são provavelmente a principal razão da queima e de problemas de mal funcionamento nos sistemas de áudio.

Conexões de entrada:

Olhando para o painel de entrada dos amplificadores, vamos descobrir que há uma grande variedade de conectores que são escolhidos para fazer esta função.

Dependendo da aplicação de um amplificador profissional, ele precisará de entradas balanceadas. A simples presença de entradas balanceadas não é sinônimo de profissionalismo, mas quando precisamos montar um sistema de áudio num local com muita interferência elétrica ou que tenha cabos longos para envio do sinal, é indispensável que isto seja feito com cabos, entradas e saídas balanceadas em todas as suas etapas, desde o microfone até a entrada do amplificador de potência.

Os amplificadores de entrada balanceada usam geralmente o conector fêmea "XLR" de 3 pinos. O pino 1 é usado para a ligação do comum do circuito, onde se liga a malha do cabo de sinal, o pino 2 é usado para o sinal em fase e o pino 3 para o sinal invertido.

ATENÇÃO: Existe ainda pelo mundo alguns países onde a orientação destas ligações, é invertida no caso dos pinos 2 e 3, e para não haver problemas de inversão de fase, devemos sempre consultar o manual.

Os amplificadores que operam com entradas desbalanceadas costumam exibir conectores fêmea "RCA" e alguns, menos comuns, o conector fêmea "BNC", este último é muito confiável. Em todos os casos, o mais importante é a qualidade do banho dos contatos, que deve ter aparência brilhante não só na primeira semana de uso do aparelho.

Conectores que depois de algum tempo perdem o brilho ou ficam escuros serão a principal razão para falhas e distorção, por isso devem ser trocados.

A potência de saída:

É sem dúvida a característica mais importante na avaliação de um amplificador de áudio e está diretamente ligada ao seu preço e ao volume máximo de som que se deseja. Por esta razão é que encontramos no mercado amplificadores com tamanha variedade no que se refere à potência de saída.

Já ha alguns anos, por causa do avanço tecnológico em matéria de componentes eletrônicos, podemos dizer que todos os amplificadores de potência de áudio seriamente projetados, atingiram a perfeição necessária para o bom desempenho de um sistema de som.

Por ser a potência de saída um fator decisivo na escolha de um amplificador, foi necessário o desenvolvimento de um método bastante preciso para sua medição e a unidade de medida para esta grandeza é o Watt RMS.

Todo amplificador traz no seu manual, na parte de especificações técnicas, o item "Máxima potência em Watts RMS" e junto deste dado devem aparecer mais algumas informações complementares, indispensáveis à sua perfeita avaliação.

No caso dos amplificadores mono (com apenas um canal de saída), basta sabermos com que carga esta potência se desenvolve, a que nível de distorção e em que faixa de frequência.

Já no caso dos amplificadores estéreo, estéreo assimétrico ou multi canais, estes dados devem ser específicos para cada canal, quando em funcionamento individual e também para seu funcionamento conjunto uma vez que a potência chega a variar muito nessas condições.

É verdade que a potência de saída de um amplificador de áudio é diretamente proporcional ao quadrado da tensão do sinal que colocamos na sua entrada e também ao número de falantes que colocamos na sua saída, mas existem várias limitações e são estas limitações que vão distinguir um amplificador de outro.

Todo bom amplificador tem um número ideal recomendado de falantes que podemos colocar em paralelo nas suas saídas. Se colocamos menos falantes, ele terá menor potência disponível e funcionará com certa folga mantendo porém suas especificações nominais de qualidade de som. Colocando o número máximo recomendado de falantes, poderemos utilizar a sua máxima potência disponível com segurança e qualidade de som. (Não é recomendável utilizar arranjos com falantes em série, mesmo que sejam do mesmo modelo).

ATENÇÃO: Algo bem diferente ocorre quando colocamos um número excessivo de falantes na saída de um amplificador de áudio, mesmo que seja só um a mais.
O primeiro sintoma é o aumento da temperatura geral do aparelho que tenderá a se desligar por proteção térmica, sua potência máxima rapidamente cai para a metade e na maioria dos casos perdemos a qualidade do som.

A potência de saída de cada canal de um amplificador se divide igualmente entre os falantes quando estes forem do mesmo modelo e estiverem em paralelo.

Quando se coloca num amplificador um sinal senoidal de amplitude máxima e constante com distorção harmônica menor que 1%, seu consumo de energia elétrica chega geralmente a uma grandeza 1,6 vezes maior que a potência de saída nominal que vai para os falantes. Como exemplo podemos concluir que um amplificador de 2000 WRMS irá consumir 3200 Watts, na sua máxima potência.

Felizmente, esta não é a condição prática de funcionamento de um amplificador de áudio moderno.
Na prática vamos ter outras taxas médias de consumo bem menores e que dependem do tipo de programa que se vai reproduzir.

Como referência o ruído rosa, que se aproxima do aplauso constante de uma torcida, tem um ciclo útil de 50%.

Rock n' Roll de alta compressão nos médio graves, tem um ciclo útil de 40%.

Trio elétrico com seu emprego típico para as massas, tem um ciclo útil de 35% a 40%.

Jazz moderno e os programas de show brasileiro, tem um ciclo útil de 30%.

A música ambiente, tem um ciclo útil de 20%.

A voz isolada de um cantor e a conversação contínua, tem um ciclo útil de 10%.

Um sistema de chamadas de uso pouco freqüente, tem um ciclo útil de 1%.

Consumo:

Equações usadas para um calculo mais exato do consumo dos amplificadores:

Potência de entrada do amplificador

Equação para cálculo da potência de entrada do amplificador

C = consumo de potência elétrica (Watts)
E = eficiência do amplificador (.65)
PN = potência nominal de saída de ambos os canais (Watts)
U = ciclo útil (porcentagem). Estes valores foram publicados na 3a parte do artigo.
Q = potência consumida em repouso (Watts). Consultar o manual do seu amplificador
(aprox.40 Watts para amps até 1500W e 80 Watts para maiores potências)

Para converter potência de entrada em Watts para corrente em Ampères.

Equação para conversão da potência de entrada em Watts para corrente em Ampères
I = corrente em (Ampères)
C = consumo de potência elétrica (Watts)
T = tensão da rede em Volts (110 ou 220)
F = fator potência. Consultar o manual do seu amplificador
(0,85 na média dos amps do mercado)

Obs.: O coeficiente [1,6] empregado nos cálculos que se encontram na 3a parte do artigo, é aproximado e já leva em conta a correção do fator potência e distorção característica da nossa rede elétrica.



Exemplo: O amplificador SEVEN da Studio R, em um trio elétrico com gerador de 220 Volts:

Nestas condições, nosso amplificador terá um consumo médio igual à 35% de 6800 Watts.
Fazendo a conta, vamos encontrar um valor que é aproximadamente 2400 Watts.
Consultando a tabela de fiação de força do capitulo anterior, na coluna 3, temos dois valores: 2200 ou 2750. Devemos sempre escolher o valor maior da coluna 3, que é no caso 2750.
Passando para a mesma linha da coluna 4, encontramos a bitola mais adequada para este serviço, que é 2,5 mm2 .
Para uma distância entre gerador e amplificador de até 20 metros, podemos encontrar na mesma linha da coluna 7, qual será a perda de potência desta ligação: 3% (satisfatório).

Na pratica, não é aconselhável trabalhar com perdas de potência maiores que 7%.

A solução para diminuir a perda na fiação é engrossar o fio.
Cada vez que dobramos a bitola do fio, a perda cai para a metade.
A recomendação então é simples:
Para instalações de longa distância, acima de 30 metros, dobrar a bitola do fio.

Exemplo: Para o mesmo amplificador SEVEN ser colocado a uma distância de 80 metros do gerador, devemos usar um fio com bitola de 4mm2.
Especificações modernas de carga
na saída do amplificador de áudio:

No manual do proprietário de um amplificador de áudio, vamos encontrar o item "Potência de saída".

A potência de saída é normalmente especificada em Watts RMS, sobre uma certa carga resistiva que é dada em ohms.

Na pratica, os amplificadores de áudio são fabricados nas mais variadas potências, que vão desde alguns watts até muitos quilowatts, dependendo da sua aplicação. O mesmo não ocorre com o valor da carga resistiva correspondente. A maioria dos amplificadores é especificada para operar com cargas resistivas de 8, 4 ou 2 ohms.

Como o que queremos colocar na saída do amplificador são caixas acústicas e não resistores, é preciso saber mais sobre o projeto dessas caixas e dos alto falantes que elas vão usar, para estabelecer uma correspondência entre os mesmos.

Até uns 15 anos atrás, não havia muita novidade. Toda caixa acústica tinha seus dois ou três falantes, um divisor passivo com seus indutores, resistores e capacitores e o fio que ligava a caixa ao amplificador.

Os falantes com uma impedância nominal de 8 ohms, tinham na verdade uma impedância mínima de 80% deste valor (6,4 ohms) e o divisor passivo colocava em série com os falantes pelo menos mais uns 2 ohms.

Em resumo, uma boa caixa acústica daquela época, tinha uma impedância mínima de 8 ohms ou um pouco mais, então tudo corria bem. O amplificador feito para uma carga de 8 ohms funcionava bem com uma caixa acústica, o de 4 ohms era capaz de operar com duas caixas e o de 2 ohms com até 4 caixas em cada canal.

Muita coisa mudou nos últimos 15 anos...

Com a chegada ao mercado do divisor de frequência ativo, o chamado Crossover Eletrônico, a caixa acústica deixou de usar o divisor passivo, aquele que introduzia uns 2 ohms em série com o falante.

Ao mesmo tempo, muitos fabricantes internacionais famosos de alto falantes, procurando aumentar a eficiência de seus produtos, diminuíram a impedância mínima, embora continuem a declarar a impedância nominal de 8 ohms; e estão chegando quase aos 5 ohms (bem abaixo do que as normas recomendam).

Os amplificadores por sua vez, estão muito mais potentes, exigindo uma fiação para ligação da caixa cada vez mais curta e grossa.

Bem, com tudo isso, se refizermos as contas, uma caixa acústica hoje, ligada ao amplificador, não tem mais do que 6 ohms.

Podemos então concluir sem errar, que um amplificador projetado para operar com uma carga de 8 ohms na sua saída, hoje em dia terá muito pouca serventia. Os amplificadores de 4 ohms só serão capazes de alimentar uma caixa acústica e os de 2 ohms poderão no máximo alimentar 3 caixas, ou 3 alto falantes em paralelo em cada canal.

Para se utilizar 4 caixas ou 4 falantes em paralelo em cada canal de um amplificador, é necessário que este seja de fato projetado para tal. Na especificação de um amplificador deste tipo, deve aparecer de forma clara, a máxima potência de saída com 4 falantes em paralelo por canal, ou máxima potência de saída com carga de 1,5 ohms.



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