Amplificador de Áudio com dois Estágios

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O segundo amplificador funciona como um amplificador inversor, cujo ganho é controlado pelo potenciômetro de 10 kΩ. Isso não faz nada mais que prover o controle de volume do amplificador. Usualmente, amplificadores operacionais têm seus resistores de realimentação dispostos como mostrado na figura 5, sendo diretamente ligados da saída do amplificador para a entrada invertida:

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Figura 5: Resistência de realimentação alocada de modo convencional.

A configuração mostrada acima permite uma grande distorção de crossover na saída, já que a saída do amplificador operacional é diretamente ligada a base dos transistores, possibilitando assim a zona “morta” na operação dos transistores, uma vez que a tensão de polarização vai de + 0.7 volts a - 0.7 volts:

A razão para isso é que quando o sinal de saída do amplificador operacional estiver entre + 0.7 volts e - 0.7 volts, nenhum transistor estará conduzindo. Para corrigir esta diferença de 1.4 volts, é utilizada uma técnica mostrada na figura 6:

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Figura 6: Introdução dos diodos para a correção da diferença de 1.4V.

Os dois diodos em série vão resultar em uma tensão de aproximadamente 1.4 volts, que é equivalente ao Vbe combinado dos dois transistores, o que elimina a zona “morta” que existia no sinal anteriormente.

Esta solução não é perfeita, uma vez que os transistores ao esquentar terão a tensão Vbe diminuídas para menos de 0.7 volts (algo em torno de 0.6 ou 0.5 volts). Os diodos, que não sofrem o mesmo efeito da temperatura, continuarão a prover os 1.4 volts de diferença, mesmo que os transistores precisem de menos. Isto vai resultar em um amplificador de classe AB, onde haverá momentos em que os dois transistores conduzirão simultaneamente.

Para resolver este problema, é comum o uso de resistores de realimentação para compensar a temperatura nos emissores dos transistores:

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Figura 7: Introdução dos resistores de realimentação.

Esta solução não previne a atuação simultânea de ambos os transistores, mas provém uma severa redução do problema e também ajuda na questão da temperatura. Isto também acaba causando um inconveniente, uma vez que é colocado um resistor no caminho da corrente da carga, o que limita a corrente de saída do amplificador. A solução adotada, portanto, é utilizar um diodo que proverá uma polarização de 0.7 volts para o par de transistores. Isto não eliminará a zona "morta", mas reduzirá ela em, pelo menos, 50%. Uma vez que a tensão de um simples diodo sempre será menor que a tensão combinada de base-emissor dos dois transistores, eles não poderão ser acionados simultaneamente, prevenindo que operem conforme um classe AB. Agora, para ajudar no problema da distorção de crossover, o sinal de realimentação do amplificador operacional é retirado do terminal de saída dos transistores (os emissores dos transistores) da seguinte forma:

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Figura 8: Reconfiguração da realimentação do transistor.

O amplificador operacional de realimentação negativa tem como função prover um sinal de saída de forma que se mantenham os dois terminais de entrada com uma mesma voltagem. Ao conectar a linha de realimentação dos transistores, o amplificador consegue “sentir” a zona “morta” onde nenhum dos transistores estará conduzindo e fornecer uma saída de forma que os transistores sejam rapidamente levados a uma condição de condução e desta forma manter a forma do sinal de entrada. Isto requer um amplificador operacional com um grande slew rate (que nada mais é que a habilidade de produzir uma grande ascensão ou queda de voltagem de saída). É por isso que o amplificador operacional escolhido para executar este circuito é o TL082. Amplificadores mais lentos podem não ser capazes de fazer o circuito operar de forma eficiente.

Capacitores foram ser adicionados ao circuito para que ele esteja completo. Um capacitor de 47 µF conectado em paralelo aos diodos para manter a voltagem de polarização em 0.7 volts mesmo com a grande variação de voltagem vinda da saída do amplificador operacional, enquanto um capacitor de 0.22 µF é conectado entre a base e o emissor do transistor NPN que ajuda a reduzir a distorção de crossover em volumes mais baixos. Temos como resultado final, portanto:

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Figura 9: Circuito final do amplificador classe B com dois estágios.