À medida que continuamos nossa análise de como amplificadores de áudio automotivo funcionam, precisamos discutir o que se tornou o design mais popular no mercado hoje: amplificadores que usam um estágio de saída Classe D. Em círculos audiófilos, designs Classe D frequentemente carregam uma reputação desfavorável. Seus defeitos superam seus benefícios? Vamos dar uma olhada!
Uma vez que o estágio de entrada lidou com quaisquer necessidades de processamento de sinal, o sinal de áudio é passado para o estágio de saída para que ele aumente em voltagem e os MOSFETs possam fornecer quantidades adequadas de corrente para impulsionar nossos alto-falantes de impedância relativamente baixa. Em um amplificador Classe D moderno, os dispositivos de saída MOSFET são alimentados por um driver IC que lida com a conversão do sinal analógico em um sinal modulado por largura de pulso.
Imagine, se você quiser, uma lâmpada incandescente. Conectamos a lâmpada a uma fonte de energia e inserimos um interruptor controlado por computador em série com o circuito. Se deixamos o interruptor desligado, a luz fica apagada. Se ligamos o interruptor, a ilumina com brilho total. No entanto, se ligamos e desligamos o interruptor muito rapidamente, e o interruptor fica ligado pelo mesmo tempo que fica desligado, a lâmpada brilhará na metade de seu brilho possível. Esta variação de tempo ligado vs. desligado é chamada de duty cycle. Quando o tempo ligado vs. desligado é igual, isso é um duty cycle de 50%. Usar um sinal de onda quadrada com diferentes duty cycles é chamado modulação de largura de pulso (ou PWM para abreviar).
O driver Classe D analisa o sinal de áudio em velocidades extremamente altas (alguns tão rápidos quanto 800kHz) e cria um sinal PWM de voltagem relativamente baixa que alimenta os dispositivos de saída. Os dispositivos de saída ligam e desligam completamente muito rapidamente. Como os dispositivos gastam muito pouco tempo em um estado parcialmente ligado, eles apresentam resistência muito pequena e, subsequentemente, consomem muito pouca energia. Os melhores amplificadores Classe D no mercado oferecem eficiências gerais que excedem 92% na potência total. Esta excelente eficiência contrasta com amplificadores Classe AB que transformam entre 35% a 50% da energia alimentada no amplificador em calor.
Discos compactos usam uma versão de PWM onde o duty cycle do pulso de saída é armazenado em uma palavra digital de 16-bit. Isso nos dá 65.536 níveis de amplitude possíveis. Diferente de drivers Classe D modernos, nosso áudio é armazenado a 44.100 amostras por segundo. Isso ainda é mais que suficiente para reproduzir todo o espectro de áudio.
Por fim, amplificadores Classe D tipicamente têm seus dispositivos de saída arranjados em uma configuração Classe AB, onde um dispositivo impulsiona a parte negativa da forma de onda e o outro impulsiona a positiva. Como tal, Classe D descreve como os dispositivos de saída são usados, em vez de sua orientação elétrica no circuito.
Se você leu os artigos do BestCarAudio.com sobre distorção, então você sabe que um sinal AC de onda quadrada é composto por um grande número de harmônicos de alta frequência. Você provavelmente ouviu este fenômeno em casa se tem um dimmer em algumas das luzes. O filamento nas luzes ocasionalmente zumbirá, dependendo do nível do dimmer. Como só queremos passar um sinal de áudio de volta ao alto-falante, designers de amplificadores adicionam uma rede de filtro passivo à saída dos MOSFETs. Esta rede inclui um indutor em série com a carga, bem como um capacitor e resistor em paralelo e atua como um filtro passa-baixa para remover este ruído de comutação de alta frequência.
Uma desvantagem de um design Classe D é que estes componentes de filtro de saída interagem com as variações dependentes de frequência na impedância de carga para alterar a resposta de frequência do amplificador. Embora o efeito seja minúsculo, pode dar aos amplificadores Classe D um equilíbrio tonal geral diferente do que você obteria de um design AB. Claro, uma pequena manipulação com um processador de sinal digital (DSP) colocará isso de volta nos trilhos num instante.
Outro problema com toda esta energia de alta frequência é o potencial para interferência elétrica com outros sistemas no veículo. Mais comumente, a recepção de rádio AM ou FM pode ser lavada ou dramaticamente reduzida. Embora os melhores fabricantes de amplificadores façam tudo possível para mitigar interferência de radiofrequência, problemas ainda podem ocorrer — o melhor plano é manter o amplificador o mais longe possível da antena de rádio.
O longo e curto é que empresas investiram no desenvolvimento de amplificadores Classe D em um esforço para encolher os requisitos de tamanho físico de amplificadores, supostamente para tornar mais fácil para técnicos de instalação encontrarem locais de montagem para eles. A realidade é, dissipadores de calor para amplificadores são um dos componentes únicos mais caros em um amplificador. Se o tamanho do dissipador pode ser reduzido, o custo do amplificador também pode. Os dias de amplificadores estéreo de 40 e 50 watts por canal com uma pegada de mais de um pé quadrado se foram, graças a designs Classe D modernos. Agora, você pode obter mais de 1.000 watts de potência daquele mesmo espaço físico.
Amplificadores Classe D são uma boa solução para sistemas de subwoofer porque eles oferecem eficiência aumentada sobre seus equivalentes Classe AB, e quase todos os fabricantes de amplificadores têm pelo menos uma série de amplificador Classe D em seu catálogo. Seu varejista especialista local de melhoria móvel pode ajudá-lo a escolher uma solução com o nível de potência certo, número de canais e recursos para fazer seu estéreo automotivo soar ótimo.
Tecnologia Eletrônica © [www.351231.com]
