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Classes de Amplificadores: A, B, AB, C, D, etc.

25 de fevereiro de 2023 0 Comentários Leitura: 9 min

A maneira como um amplificador opera é definida por sua classe – as classes de amplificadores, incluindo A, B, AB, C, D e outras, são amplamente utilizadas.

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Os conceitos de design do amplificador incluem:
Conceitos básicos | Classes de amplificadores

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Os amplificadores recebem uma classificação de acordo com a maneira como são polarizados e operam.

As classes de amplificadores, incluindo Classe A, Classe B, Classe AB, Classe C e similares, são amplamente vistas quando se trata de especificações de amplificadores e seu design.

A classe de um amplificador é selecionada para atender aos requisitos gerais. Diferentes classes de amplificadores fornecem características diferentes, permitindo que o amplificador funcione de uma maneira particular e também com um nível de eficiência.

Sumário

Visão geral das classes de amplificadores

As diferentes classes de amplificadores fornecem diferentes características de desempenho. Isso torna os diferentes tipos de classes de amplificadores adequados para diferentes situações. Um resumo tabular de suas diferentes características é dado abaixo.

DESIGNAÇÕES DE CLASSES DE AMPLIFICADORES E RESUMO DE DESEMPENHO
CLASSE DE AMPLIFICADOR	DESCRIÇÃO	ÂNGULO DE CONDUÇÃO Θ
Classe A	Condução em todos os 360° do ciclo	θ = 2π
Classe B	A condução ocorre na metade do ciclo, ou seja, para 180°	θ = π
Classe AB	A condução ocorre por pouco mais da metade do ciclo, ou seja, pouco mais de 360°	θ < θ < 2π
Classe C	A condução ocorre por menos de 180° do ciclo, mas isso cria distorção	θ < π
Classes D a T	Essas classes de amplificadores utilizam técnicas de comutação não linear para melhorar a eficiência.	N / D

Amplificadores classe A

Um amplificador classe A é polarizado para que conduza durante todo o ciclo da forma de onda. Ele conduz o tempo todo, mesmo para sinais muito pequenos ou quando nenhum sinal está presente.

O amplificador Classe A é inerentemente a forma mais linear de amplificador, e normalmente é polarizado para garantir que a saída do próprio dispositivo, antes de passar por um capacitor ou transformador de acoplamento, fique na metade da tensão do trilho, permitindo excursões de tensão igualmente ambos os lados deste ponto central. Isso significa que o maior sinal pode ser acomodado antes de atingir o trilho de tensão superior ou inferior.

Normalmente, um amplificador de classe A começará a se tornar não linear à medida que o sinal se aproxima de qualquer trilho de tensão, portanto, a operação é normalmente mantida longe dessa situação.

Para que o amplificador opere corretamente em sua condição de classe A, a corrente sem sinal no estágio de saída deve ser igual ou maior que a corrente de carga máxima para o pico de qualquer sinal.

Como o dispositivo de saída está sempre conduzindo esta corrente representa uma perda de potência no amplificador. De fato, a máxima eficiência teórica que um amplificador classe A pode atingir é de 50% de eficiência com acoplamento de saída indutivo ou apenas 25% com acoplamento capacitivo. Na prática, os valores reais obtidos são muito menores do que isso por uma variedade de razões, incluindo perdas no circuito e o fato de que as formas de onda normalmente não permanecem em seus valores máximos, onde os níveis máximos de eficiência são alcançados.

Conseqüentemente, o amplificador Classe A fornece uma saída linear com a menor distorção, mas também possui o menor nível de eficiência.

Amplificadores classe B

Um amplificador classe B é polarizado de modo que conduz mais da metade da forma de onda. Usando dois amplificadores, cada um conduzindo nossa metade da forma de onda, o sinal completo pode ser coberto.

Para conseguir isso, dois dispositivos ativos são usados e a forma de onda de entrada é dividida para que um dispositivo ativo conduza durante metade de um ciclo de entrada e o outro durante a outra metade. As duas metades são somadas na saída do amplificador para reconstruir a forma de onda completa.

Às vezes, os amplificadores classe B são chamados de “push-pull”, porque as saídas dos dispositivos ativos têm uma relação de fase de 180°. No entanto, este termo é usado menos amplamente nos dias de hoje – tendia a ser muito comum quando tubos de vácuo / válvulas termiônicas eram usados e, nos últimos anos, o termo caiu em desuso.

A eficiência é muito maior, mas o amplificador classe B sofre com o que é chamado de distorção cross-over, onde uma metade do amplificador desliga e a outra entra em jogo. Isso resulta de não não linearidades que ocorrem perto do ponto de comutação onde um dispositivo está ligando e o outro está desligando. Este ponto é notoriamente não linear e a distorção é particularmente perceptível para sinais de baixo nível, onde a seção não linear da curva representa uma porção muito maior do sinal geral.

Embora a eficiência teórica máxima de um amplificador classe B seja de 78,5%, os níveis de eficiência típicos são muito mais baixos.

Amplificadores classe AB

Como seria de esperar, um amplificador Classe AB fica entre a Classe A e a Classe B. Ele procura superar a distorção de cruzamento ligando ligeiramente os transistores para que eles conduzam por pouco mais da metade do ciclo e os dois dispositivos se sobreponham por um pequeno quantidade durante a fase de ligar / desligar, superando assim a distorção do crossover.

Essa abordagem significa que o amplificador sacrifica uma certa quantidade de eficiência potencial para melhor linearidade – há uma transição muito mais suave no ponto de cruzamento do sinal de saída. Desta forma, os amplificadores Classe AB sacrificam parte da eficiência para uma distorção mais baixa. Assim, a classe AB é uma opção muito melhor onde é necessário um compromisso entre eficiência e linearidade.

Classes AB1 e AB2
As válvulas termiônicas ou válvulas foram amplamente utilizadas para amplificadores lineares de áudio e RF de alta potência. Para economizar custos, peso e consumo de energia, os amplificadores eram executados na classe AB, e duas subclasses de amplificadores eram frequentemente mencionadas: Classe AB1 e AB2. Essas subclasses são aplicáveis apenas à tecnologia de tubo termiônico ou de vácuo, pois se referem à maneira como a grade foi polarizada:

Classe AB1: A classe AB1 é onde a grade é mais polarizada negativamente do que na classe A. Na classe AB1, a válvula é polarizada para que nenhuma corrente de grade flua. Esta classe de amplificador também oferece menor distorção do que a classe AB2.
Classe AB2: A classe AB2 é onde a grade geralmente é mais polarizada negativamente do que em AB1, e também o tamanho do sinal de entrada geralmente é maior. Nesta classe, a corrente da grade flui durante parte do meio ciclo de entrada positiva. É prática normal que o ponto de polarização da grade Classe AB2 esteja mais próximo do corte do que ocorre na Classe AB1, e a Classe AB2 fornece uma maior potência de saída.

Amplificadores classe C

Um amplificador Classe C é polarizado de modo que conduz muito menos do que meio ciclo. Isso dá origem a níveis muito altos de distorção, mas também permite que níveis de eficiência muito altos sejam alcançados. Este tipo de amplificador pode ser usado para amplificadores de RF que carregam um sinal sem modulação de amplitude – ele pode ser usado para modulação de frequência sem problemas. Os harmônicos criados pelo amplificador funcionando efetivamente em saturação podem ser removidos por filtros na saída. Esses amplificadores não são usados para aplicações de áudio devido ao nível de distorção.

Amplificadores classe C normalmente usam um único dispositivo ativo que é bem polarizado em sua região desligada. À medida que o sinal é aplicado, os picos superiores do sinal fazem com que o dispositivo entre em condução, mas obviamente apenas por uma pequena parte de cada ciclo de forma de onda de entrada.

Na saída, o circuito usa um circuito ressonante LC de alto Q. Este circuito toca efetivamente após ser atingido por cada pulso, de modo que a saída contenha uma aproximação de uma onda senoidal. A filtragem é necessária na saída para garantir que o nível de harmônicos seja suficientemente baixo.

Normalmente, o ângulo de condução para o transistor é significativamente menor que 180° – geralmente em torno da região de 90°. Os níveis de eficiência podem chegar a 80%, mas valores de 66% são mais normais quando as perdas do circuito, etc., são levadas em consideração.

Amplificador Classes D a T

Há uma variedade de diferentes classes de amplificadores que tendem a se basear em técnicas de comutação em vez de usar abordagens analógicas.

Amplificador Classe D: Um amplificador de áudio Classe D utiliza tecnologia de comutação dentro do amplificador. Como os dispositivos de saída estão ligados ou desligados, os amplificadores Classe D podem, teoricamente, atingir níveis de eficiência de 100%. Na realidade, os níveis reais atingidos são inferiores, mas mesmo assim os níveis de eficiência alcançados são muito superiores aos das outras classes analógicas.

Um dos primeiros amplificadores de classe D para uso de áudio foi introduzido por Sinclair no Reino Unido por volta de 1964. Embora o conceito fosse bom em teoria, o amplificador não funcionava muito bem e, quando funcionava, tendia a causar grandes quantidades de interferência. aos aparelhos de rádio e televisão locais, pois as precauções EMC normalmente não eram aplicadas aos equipamentos neste momento.
Amplificador Classe G: Classe G é uma forma de amplificador que usa várias fontes de alimentação em vez de apenas uma única fonte. Para sinais de baixo nível, uma fonte de baixa tensão é usada, mas à medida que o nível do sinal aumenta, uma fonte de alta tensão é utilizada. Isso é gradualmente colocado em ação até a saída de potência nominal total, conforme necessário. Isso fornece um design muito eficiente, pois a energia adicional é usada apenas quando é realmente necessária. A mudança tanto quanto maior a tensão de alimentação pode ser alcançada sem prejuízo da fidelidade do sinal de saída. Desta forma, o amplificador é capaz de fornecer baixos níveis de distorção, ao mesmo tempo em que fornece altos níveis de eficiência. Essa abordagem pode ser complexa para projetar do zero, mas, se projetada corretamente, pode funcionar bem. Felizmente, a dificuldade de projeto pode ser reduzida se um dos muitos ICs de áudio que usam Classe G for usado.

Existem muito mais classes operacionais de amplificadores disponíveis para o projetista atualmente. A moderna tecnologia de silício abriu muito mais portas, mas, apesar disso, as três classes básicas de amplificadores de classe, Classe B e Classe C, com a derivada Classe AB, que é um cruzamento entre Classe A e B, ainda são as mais amplamente utilizadas.

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