Amplificador de 60 W Com MOSFETs (ART650)

O Application Note AN0948 da International Rectifier (www.irf.com)  descreve a montagem de um amplificador de áudio de 60 W com MOSFETs de potência na saída. As características de excelente fidelidade deste circuito tornam-no ideal para aplicações tradicionais, onde a classe D ainda não precisa ser utilizada. Damos os detalhes básicos como diagrama e placa para a montagem deste amplificador que utiliza componentes comuns. Nesta revisão de 2012 temos apenas a recomendar a verificação da disponibilidade dos componentes usados antes de se pensar numa montagem prática.

Para os ouvidos mais apurados, os transistores bipolares não fornecem a mesma qualidade de som que um circuito á válvulas fornece. Isso se deve ao fato de que os transistores bipolares possuem uma irregularidade no ponto de sua característica em que começam a conduzir a corrente. Em outras palavras, os 0,6 V necessários ao início da condução introduzem distorção e isso afeta a qualidade do som que é produzido por estes amplificadores.

As válvulas não possuem essa característica já que são típicos amplificadores de tensão e não de corrente, fornecendo, por este motivo melhor qualidade de som. Essa característica faz com que ainda existam muitos adeptos do dom de válvula que preferem este tipo de circuito, mesmo com estes componentes cada vez mais sendo menos comuns. Agrava-se ainda o fato de que os amplificadores valvulados necessitam de pesados transformadores ultra-lineares que, além de serem componentes caros, não existem prontos no nosso mercado em qualquer parte, devendo eventualmente ser encomendados.

As características dos MOSFETs de potência entretanto se aproximam das características das válvulas. Estes componentes também são típicos amplificadores de tensão e, por este motivo, não apresentam a distorção dos transistores bipolares. E, eles ainda têm uma vantagem adicional: sua saída de baixa impedância elimina a necessidade dos transformadores.

Tudo isso faz com que os amplificadores de potência de áudio com MOSFETs de potência apresentem um atrativo especial, conforme a descrição de projeto da International Rectifier que damos neste artigo.

O Circuito

O amplificador classe AB apresentado fornece uma potência de 60 W com alimentação simétrica de 30 W, podendo operar com cargas de 4 ?. As curvas de desempenho deste circuito são dadas na figura 1.

Na figura mostramos as curvas de desempenho do circuito para cargas de 4 ? e também as curvas da corrente drenada para as diversas potências. Observe o pico de corrente em torno de 7 A quando a potência de saídas se aproxima do valor máximo.

Na figura 2 temos o diagrama do amplificador. Observamos que para uma versão estéreo, os componentes devem ser dobrados e a capacidade da fonte também, pois devem ser montados dois canais semelhantes ao mostrado.

A figura mostra o diagrama para um dos canais. O circuito tem boa sensibilidade de entrada mas, poara um projeto completo exige um pré-amplificador externo de acordo com os tipos de fonte de sinais comuns.

Os transistores de saída operam na configuração de seguidores de fonte. Com esta configuração temos uma redução da possibilidade de oscilação na etapa de saída já que o ganho de tensão é menor do que 1. Além disso não há perigo de realimentação de sinal através do dissipador, já que o terminal de dreno que está ligado à aleta apresenta uma tensão DC. Os valores dos componentes utilizados estão na tabela da figura 3.

Os resistores são de 1/8 W salvo indicação em copntrário, e as tensões de operação dos capacitores indicadas são mínimas. Para os capacitores eletrolíticos deve ser observada a polaridade. Os capacitores menores podem ser cerâmicos.

A placa de circuito impresso sugerida pela própria internatinal rectifier é mostrada na figura 4.

A placa foi sugerida pela própria International Rectifier e leva em conta a utilização de componentes discretos de dimensões comuns. Será interessante ter os componentes em mãos antes para se verificar eventuais necessidades de modificação da placa.

Observe que os MOSFETs de potência estão posicionados de modo a poderem receber o radiador de calor. A relação entre R7 e R6 determina o ganho do amplificador. Assim, podemos ter diversos ganhos conforme esta relação e com eles diferentes curvas de resposta. Estas curvas estão mostradas na figura 5.

Curva de desempenho para diversos ganhos do amplificador. Observe que ela é plana entre menos de 40 Hz até perto de 10 kHz, o que atesta a qualidade do projeto.

O ganho maior de 30 dB é obtido com a retirada de R7. Veja a linearidade deste amplificador que é excelente, sendo estas curvas obtidas com uma carga de 8 ?.

A corrente quiescente entre 50 e 100 mA é ajustada no potenciômetro R12. Com ganho 100, excitando carga de 4 ?, o amplificador precisa de 150 mVrms para ser excitado à plena potência. Com carga de 8 ?, a sensibilidade é de 160 mVrms. Para ganho 20, em carga de 4 ? precisamos de 770 mVrms e com carga de 8 ? o sinal de entrada deve ser de 800 mVrms para excitação total.

A fonte de alimentação, que não precisa ser regulada é mostrada na figura 6.

Uma boa filtragem é necessária para se evitar ruídos. A conexão da fonte à placa do amplificador deve ser a mais curta possível para que problemas sejam evitados.

Os diodos são de 50 V x 3 A e os capacitores eletrolíticos são de 2 200 F x 50 V. O transformador tem corrente de secundário de pelo menos 2,5 A para versão mono e 5 A para a versão estéreo.

Conclusão

Amplificadores com MOSFETs de potência têm sido bastante apreciados principalmente pelos leitores tradicionalistas que desejam versões analógicas de excelente qualidade de som. O desenvolvimento de produtos que utilizem esta tecnologia é também bastante interessante, pelas facilidades de montagem, componentes de baixo custo e que podem ser obtidos com facilidade.

Veja também:

* Como funciona um amplificador valvulado (V095)

* Amplificador valvulado de 20 W (V018)

* Rendimento de amplificador valvulado (DUV229)