Análise, dimensionamento e avaliação de estágios de potência de amplificadores de áudio classes A, B, AB, G e H

Abstract

O presente trabalho apresenta um procedimento de análise, dimensionamento e avaliação de estágios de potência de amplificadores de áudio operando nas Classes A, B, AB, G e H com cargas reativas. Esse estudo considera um sinal de excitação senoidal e tecnologias BJT, IGBT e MOSFET. Inicialmente, considerou-se cargas resistivas para a análise quanto ao tipo de polarização e modo de operação; em seguida, modificou-se as expressões para considerar cargas reativas (magnitude e fase). São utilizados modelos eletro-mecano-acústicos de alto-falantes e caixas acústicas cujos parâmetros sao obtidos pelo modelo Thiele-Small, em conjunto com um divisor de frequências passivo de três vias de segunda oredem Para o dimensionamento do estágio de potência, utilizou-se o modelo eletro-térmico equivalente do sistema transistor-dissipador-ambiente associado às potências média e instantânea dissipadas. Um exemplo comparativo entre o dimensionamento com carga resistiva e carga reativa é realizado para avaliação do procedimento proposto.

Abstract: This work presents an analysis, design and assessment procedure of audio power amplifiers operating in Class A, B, AB, G and H with reactive loads. The study considers steady-state sinusoidal analysis for BJT, IGBT and MOSFET tecnologies. Initially, resistive loads have been considered, for which the class characteristics were analyzed with respect to the bias type and operation mode; next, the expressions have been modified for taking into account reactive loads (magnitude and phase). Electrical-mechanical-acoustical models of loudspeakers and enclosures are used, whose parameters are obtained through Thiele-Small model associated with a second order three way passive crossover. An equivalent electrical-thermal model for the transistor-heatsink-ambience associated with the instantaneous and average powers is used for designing the power stage. An example comparing resistive and reactive loads is presented for assessing the proposed approach.