Medindo as características de um amplificador de áudio

Já comentei no post anterior que eu estava a procura de um gerador de áudio. Também já havia dito que queria medir a potência (e quem sabe outros parâmetros) do meu amplificador de bancada (aquele com TDA2002). Pois então, depois de muito procurar (e ler muita coisa) acabei chegando no software ARTA, que faz quase todas as medidas de áudio possíveis e imagináveis usando a placa de som do PC.

Com a solução encontrada faltava montar um setup de testes para começar as medidas. No manual do Arta, página 9, figura 1.6 tem o esquema para ligação da saída do amplificador a entrada da placa de som. Para facilitar os testes e não precisar ficar ouvindo os tons de áudio resolvi ligar o amplificador a uma carga resistiva, como é comum nestes testes. Baseado no circuito do manual cheguei no seguinte esquema:

O divisor resistivo original foi trocado por um potenciômetro, já que vou usar o software apenas para medidas relativas (THD, Intermodulação, etc...). As medidas de potências serão feitas com o osciloscópio ou com um multimetro com escala de tensão True-RMS (que eu não tenho ainda). Faltaram os diodos Zeners para proteger a entrada da placa de som, mas com o nível da saída do TD2002 em 8 Ohms eles não são necessários. Em outra oportunidade colocarei os diodos.

A ideia inicial era usar uma resistência de chuveiro como carga, algo que eu já fiz há uns 20 anos num amplificador com dois TDA1514 em ponte (100W). Era um projeto para apresentação numa feira do curso técnico e nosso professor sugeriu usar as resistências de chuveiro para os testes. Ele também sugeriu colocar as resistências dentro de latas de chocolate em pó e encher com areia de rio fervida e seca ao sol. Esta segunda sugestão o grupo não seguiu e o resultado foi que podíamos ouvir os tons de testes direto na carga.

Então, para seguir as recomendações do professor separei uma lata de manteiga pequena (não pretendo passar dos 20W, por enquanto) e estava em busca de uma resistência que pudesse ser usada quando me deparei com os resistores da série MP930 da Caddock no Ebay com a combinação de potência (30W), tolerância (1%), encapsulamento (TO220) e preço excelentes. Abandonei a idéia da resistência de chuveiro e montei o circuito com o MP930 na lata de manteiga:

O dissipador do MP930 foi fixado ao fundo da lata com dois parafusos. Por causa do conector BNC da saída da carga a lata ficou ligada ao terra. Isso deve ser levado em consideração caso a carga seja ligada a um amplificador em ponte. Escolhi o conector BNC para facilitar a ligação da carga no osciloscópio.

Com a carga pronta montei o setup de testes para fazer as medidas:

Na foto o osciloscópio está ligado nos terminais de entrada da carga, já que a saída  foi ligada a entrada da placa de som do PC (conector azul da placa, via adaptador BNC para RCA). O sinal de entrada para o amplificador também veio da placa de som (via conector verde da placa).

Nas configurações de áudio do Windows foram desativados todos as configurações que pudessem atrapalhar as medidas (surround, reforço de graves, etc).

O gerador do áudio foi configurado assim:

As frequências do gerador de dois tons foi configurada para a medida de intermodulação na configuração no  padrão SMTPE RP120 de um tom em 60 Hz e outro de 7 kHz com relação de amplitude 4:1.

A escala do analisador de espectro ficou com a seguinte configuração:

Com tudo ligado, acionei o ARTA e ajustei os níveis do áudio do PC e o volume do amplificador para a menor distorção possível e antes da saturação do conversor AD da placa de som. Este ponto é visto quando um pequeno incremento no volume causa um salto substancial nas amplitudes dos harmônicos do sinal. O ajuste ideal é um pouquinho antes deste incremento. Neste ponto medi a tensão de saída na carga, com o osciloscópio, e obtive o valor de 3,44 VRMS o que em uma carga de 8 Ohms representa 1,48 W RMS de potência. O nível na entrada do amplificador ficou em 180 mV. Não é uma potência muito alta, mas como este é apenas um amplificador de bancada para testes, está bom demais.

Fiz as medidas de distorção (THD e THD+N) em 100 Hz, 1 kHz e 5 kHz e os gráficos mostram que quanto maior a frequência melhor a distorção:

As configurações da frequência de amostragem (Fs), tamanho da FFT (32768) e janela (Kaizer5) são as recomendadas pelo manual do ARTA. Apenas a medida de 100 Hz ficou acima de 1% de distorção o que não é tão ruim assim para este amplificador.

A distorção por intermodulação ficou abaixo de 1%:

Uma coisa que eu já havia notado ouvindo este amplificador era uma certa deficiência nos graves que foi confirmada na medida de resposta em frequência com ruído rosa na entrada:

Bom, após todas estas medidas posso afirmar que este amplificador com TDA2002, montado conforme o esquema do manual, é muito ruim e só vai servir como amplificador de testes na bancada. Para ouvir música é melhor procurar um amplificador melhor.