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Nível de saturação do amplificador

Calcula a tensão, a potência e o nível em dBV de saturação do amplificador a partir da tensão de alimentação e da impedância de carga.

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Fórmula

V_peak ≈ 0.9 × V_cc, P_clip = V_peak² / (2 × Z_L)

V_cc — Supply rail voltage (V)

Como Funciona

O corte do amplificador ocorre quando o sinal de entrada exige uma tensão ou corrente de saída além da capacidade do trilho de alimentação do amplificador. Como regra geral, a tensão máxima de saída de pico sem distorção é de aproximadamente 0,85—0,92 × tensão do trilho de alimentação (o restante é perdido na tensão de saturação do transistor do estágio de saída e nas perdas do condutor). Para uma saída senoidal, a potência de corte é P_clip = V_peak²/(2 × Z_L), onde Z_L é a impedância da carga. A tensão RMS no corte é V_rms = V_peak/√2. O nível do clipe em dBV = 20·log⎯ ⎯ (V_rms). Compreender o limite de recorte é fundamental para o design do sistema: os sinais de áudio são materiais de programa com um fator de pico (relação pico-RMS) de 10 a 20 dB. Um amplificador de 100 W continuamente captará os picos transitórios de um sinal com o nível do programa definido apenas 3 dB abaixo da potência nominal.

Exemplo Resolvido

Amplificador: alimentação dupla de ± 18 V (36 V trilho a trilho). Carga: 8 Ω.
Tensão máxima de saída (usando 0,9 × V_supply):
V_pico = 0,9 × 18 = pico de 16,2 V
Tensão RMS no corte:
V_RMS = 16,2/√2 = 11,46 V RMS
Potência de corte:
P_clip = (16,2) ²/(2 × 8) = 262,4/16 = 16,4 W
Nível de recorte em dBV:
dBV = 20·log․ (11,46) = 21,2 dBV
Com 100% de reserva de altura livre (sem redução): saída máxima de limpeza = 16,4 W em 8 Ω.
Reduzir a reserva de espaço livre para 70% reduz a saída máxima de limpeza em 20·log․ (0,7) ≈ −3,1 dB de tensão e a potência em 16,4 × 0,7² ≈ 8 W — fornecendo margem adicional antes do corte.

Dicas Práticas

  • ✓Adicione 10 dB de espaço livre acima do nível de audição normal para evitar cortes nos transientes. Se seu nível de audição típico no alto-falante for 90 dB, o amplificador deve lidar com picos de 100 dB sem cortes, exigindo aproximadamente 10 vezes mais potência de pico do que a potência média.
  • ✓O recorte macio (saturação suave antes do corte rígido) é menos severo do que o recorte rígido. Alguns designs de amplificadores incluem circuitos ou limitadores de clipe suave antes do estágio de saída para gerenciar uma sobrecarga normal.
  • ✓Monitore os indicadores de clipe em amplificadores e mixers durante a instalação e configuração. O recorte consistente em níveis moderados de sinal indica que o intervalo de ganho está muito alto (reduza o ajuste da entrada) ou que o amplificador está subdimensionado para a combinação de alto-falante/sala.

Erros Comuns

  • ✗Confusão de potência de recorte com potência nominal contínua — um amplificador avaliado em '100 W RMS' é testado com uma onda senoidal no limite de recorte. Em uso real com material de programa, o amplificador clipará transitoriamente em picos quando o nível do programa atingir uma média de apenas 10—20 W (devido ao alto fator de pico da música).
  • ✗Supondo que os dois canais nunca sejam interligados simultaneamente, os amplificadores estéreo compartilham uma fonte de alimentação. Em transientes de graves altos, os dois canais consomem corrente de pico simultaneamente, causando queda na alimentação e diminuindo a tensão de corte efetiva abaixo do valor inativo.
  • ✗Sem levar em conta as quedas de impedância do alto-falante — a impedância do alto-falante varia com a frequência. Um alto-falante nominal de 8 Ω pode cair para 3—4 Ω em determinadas frequências, dobrando a corrente exigida e diminuindo a potência de corte efetiva.

Perguntas Frequentes

Uma forma de onda recortada é rica em harmônicos de alta ordem — uma onda senoidal cortada a 100 Hz produz componentes fortes a 300 Hz, 500 Hz e até a faixa de frequência do tweeter. Esses harmônicos de alta frequência transportam energia significativa para o tweeter, que não foi projetado para esse nível de potência, causando danos térmicos à bobina de voz. O recorte rígido é a causa mais comum de tweeters estourados.
O método mais confiável é a medição por osciloscópio da forma de onda de saída — observe se os topos das ondas senoidais estão ficando planos. Os sinais sonoros incluem aspereza ou “zumbido” nos picos, especialmente em notas sustentadas. Muitos amplificadores incluem LEDs de clipe acionados quando a saída se aproxima do trilho de alimentação. Limitadores em sistemas de áudio profissionais evitam cortes reduzindo o ganho antes que a saída chegue ao trilho.
Sim A reserva de espaço livre (0— 100%) dimensiona a tensão de saída de pico operacional linearmente em relação ao máximo teórico. Em 100%, o amplificador está na borda do recorte. Com 70%, você tem ~ 3 dB de espaço livre antes de cortar. Isso é útil para o design do sistema para garantir que os picos transitórios não se soltem: defina o nível operacional para 50 a 70% do limite de clipes para material de programa típico.

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