Aumentando o volume

Na realidade, um amplificador gera um sinal de saída completamente diferente, baseado no sinal de entrada. Você pode tentar entender estes sinais como dois circuitos diferentes. O circuito de saída é gerado pela fonte de alimentação do amplificador, que é alimentado por uma bateria ou uma tomada. Se o amplificador recebe energia da corrente alternada (um fluxo de carga alterna sua direção), a fonte de alimentação irá convertê-la em corrente contínua (a carga sempre flui em uma mesma direção). A fonte de alimentação também suaviza a corrente para gerar um sinal absolutamente estável e ininterrupto. A carga (o trabalho que executa) é mover o cone do alto-falante.

O circuito de entrada é um sinal elétrico de áudio gravado em uma fita magnética ou passado por um microfone. Sua função é modificar o circuito de saída. Ele aplica uma resistência variável em um circuito de saída para recriar as flutuações de voltagem de um sinal original de áudio.

O conceito básico de um amplificador: uma corrente de menor intensidade é usada para modificar uma de maior intensidade

Na maioria dos amplificadores, esta carga representa trabalho demais para o sinal original de áudio. Devido a isso, o sinal é aumentado por um pré-amplificador, que envia um sinal de saída mais forte para um amplificador de potência. O pré-amplificador atua da mesma maneira que um amplificador: o circuito de entrada aplica resistência variável a um circuito de saída que recebe energia de uma fonte de alimentação. Alguns sistemas de amplificação usam diversos pré-amplificadores para gradualmente chegar a um sinal de alta voltagem.

Então, como o amplificador faz isto? Se procurar a resposta dentro de um amplificador, você só irá encontrar uma massa de fios e componentes de circuito. O amplificador necessita de uma elaborada configuração para assegurar que cada parte do sinal de áudio seja reproduzido de forma correta e precisa. Uma saída de alta fidelidade exige um controle muito preciso.

Dentro do amplificador, pose-se ver uma aglomeração de componentes eletrônicos. As peças principais são os grandes transistores. Um transistor gera bastante calor, que é dispersado por um dissipador de calor.

Todas as peças de um amplificador são importantes, mas não é necessário examinar cada uma delas para entender como um amplificador funciona. Há apenas alguns elementos fundamentais para o funcionamento do aparelho. Na próxima seção, veremos como esses elementos se associam no desenho de um amplificador bem básico.

Elementos eletrônicos

No silício puro, todos os átomos se ligam perfeitamente entre si, sem deixar elétrons livres para conduzir corrente elétrica. No silício dopado, átomos adicionais alteram o equilíbrio, tanto por acrescentar átomos livres como por criar lacunas por onde os elétrons podem passar. A cargas elétricas movem-se de lacuna em lacuna, assim, qualquer um desses acréscimos tornará o material mais condutivo (veja Como funcionam os semicondutores para uma explicação completa).

Semicondutores tipo N caracterizam-se pelos seus elétrons adicionais (que têm carga negativa) e os do tipo P têm uma abundância de lacunas (que têm carga positiva).

Vamos examinar um amplificador construído com base em um transistor bipolar de junção básico. Este tipo de transistor consiste em três camadas de semicondutores - neste caso, um semicondutor tipo P prensado entre dois semicondutores tipo N. Esta estrutura é melhor representada como uma barra, conforme mostrado no diagrama abaixo (a verdadeira estrutura de um transistor moderno é um pouco diferente).

Transistor bipolar padrão

A primeira camada tipo N é chamada de emissor, a camada tipo P é chamada base e a segunda camada tipo N é denominada coletor. O circuito de saída (o circuito que aciona o alto-falante) é ligado aos terminais coletor e emissor de um transístor. O circuito de entrada é conectado ao emissor e à base.

Os elétrons livres nas camadas tipo N preenchem as lacunas na camada tipo P. Há muito mais elétrons livres do que lacunas, então elas são preenchidas rapidamente. Isto cria as zonas de depleção nos limites entre o material tipo N e o material tipo P. Na zona de depleção, o material semicondutor retorna ao seu estado isolante original (todas as lacunas estão preenchidas, não havendo elétrons livres ou espaços para eles, e a carga não pode fluir). Quando as zonas de depleção são espessas, pouca carga pode se mover do emissor para o coletor, mesmo que ainda haja forte voltagem entre os dois terminais.

Na próxima seção, veremos o que pode ser feito para mudar esta situação.

Aumentando a voltagem

Um único transístor como este representa um "estágio" de um amplificador. Um amplificador comum terá diversos estágios de aumento, com o estágio final acionando o alto-falante.

Em um amplificador pequeno, como o de um telefone viva-voz, por exemplo, o estágio final produz apenas 1/2 watt de potência. Em um amplificador estéreo doméstico, o estágio final pode produzir centenas de watts. Os amplificadores usados em concertos ao ar livre podem produzir milhares de watts.

O objetivo de um bom amplificador é causar a menor distorção possível. O sinal de saída que aciona o alto-falante deve imitar ao máximo o sinal original de entrada, ainda que tenha sido elevado várias vezes.

Esta abordagem básica pode ser usada para amplificar não apenas sinais de áudio, mas tudo que pode transmitir corrente elétrica: rádio e sinais de vídeo, por exemplo, podem ser amplificados por meios similares. Entretanto, os amplificadores de áudio parecem captar a atenção das pessoas mais do que qualquer outra coisa. Aficcionados por som são fascinados pelas variações em modelos que afetam a potência nominal, impedância e fidelidade, entre outras especificações.