Amplificadores: Aproveitando Dispositivos Ativos para Aumentar a Potência

Benefício Prático dos Dispositivos Ativos

O benefício prático dos dispositivos ativos é sua capacidade amplificadora. Seja o dispositivo controlado por tensão ou por corrente, a potência exigida do sinal de controle é tipicamente muito menor que a potência disponível na corrente controlada. Em outras palavras, um dispositivo ativo não apenas permite que a eletricidade controle a eletricidade; permite que uma pequena quantidade de eletricidade controle uma grande quantidade de eletricidade.

Devido a essa disparidade entre potências de controle e controlada, dispositivos ativos podem ser empregados para governar uma grande quantidade de potência (controlada) pela aplicação de uma pequena quantidade de potência (controladora). Esse comportamento é conhecido como amplificação.

Lei da Conservação de Energia nas Máquinas

É uma regra fundamental da física que a energia não pode ser criada nem destruída. Enunciada formalmente, essa regra é conhecida como Lei da Conservação de Energia, e nenhuma exceção a ela foi descoberta até hoje. Se essa Lei é verdadeira — e uma massa avassaladora de dados experimentais sugere que é —, então é impossível construir um dispositivo capaz de pegar uma pequena quantidade de energia e transformá-la magicamente em uma grande quantidade de energia. Todas as máquinas, circuitos elétricos e eletrônicos incluídos, têm um limite máximo de eficiência de 100 por cento. Na melhor das hipóteses, a potência de saída é igual à potência de entrada, como na figura abaixo.

A potência de saída de uma máquina pode se aproximar, mas nunca exceder, a potência de entrada para 100% de eficiência como limite superior.

Geralmente, as máquinas nem mesmo atingem esse limite, perdendo parte de sua energia de entrada na forma de calor que é radiado para o espaço circundante e, portanto, não faz parte do fluxo de energia de saída. (Figura abaixo)

Uma máquina realista quase sempre perde parte de sua energia de entrada como calor ao transformá-la no fluxo de energia de saída.

Máquinas de Movimento Perpétuo

Muitas pessoas tentaram, sem sucesso, projetar e construir máquinas que produzem mais potência do que consomem. Não apenas uma máquina de movimento perpétuo provaria que a Lei da Conservação de Energia não era uma lei, mas inauguraria uma revolução tecnológica como o mundo nunca viu, pois poderia se autoalimentar em um loop circular e gerar potência excedente "de graça". (figura abaixo)

Máquina hipotética de "movimento perpétuo" se autoalimenta?

Apesar de muito esforço e muitas alegações inescrupulosas de "energia livre" ou máquinas over-unity, nenhuma jamais passou no teste simples de se autoalimentar com sua própria saída de energia e gerar energia de sobra.

Amplificadores

Existe, no entanto, uma classe de máquinas conhecidas como amplificadores, capazes de receber sinais de baixa potência e emitir sinais de potência muito maior. A chave para entender como amplificadores podem existir sem violar a Lei da Conservação de Energia reside no comportamento dos dispositivos ativos.

Como dispositivos ativos têm a capacidade de controlar uma grande quantidade de potência elétrica com uma pequena quantidade de potência elétrica, eles podem ser arranjados em circuito de modo a duplicar a forma da potência do sinal de entrada a partir de uma quantidade maior de potência fornecida por uma fonte externa. O resultado é um dispositivo que parece amplificar magicamente a potência de um pequeno sinal elétrico (geralmente uma forma de onda de tensão CA) em uma forma de onda de formato idêntico, mas de magnitude maior.

A Lei da Conservação de Energia não é violada porque a potência adicional é fornecida por uma fonte externa, geralmente uma bateria CC ou equivalente. O amplificador não cria nem destrói energia, mas apenas a remodela na forma de onda desejada, como mostrado na figura abaixo.

Embora um amplificador possa escalar um pequeno sinal de entrada para uma grande saída, sua fonte de energia é uma fonte de alimentação externa.

Em outras palavras, o comportamento de controle de corrente dos dispositivos ativos é empregado para moldar a potência CC da fonte externa na mesma forma de onda do sinal de entrada, produzindo um sinal de saída de formato semelhante, mas de magnitude de potência diferente (maior). O transistor ou outro dispositivo ativo dentro de um amplificador meramente forma uma cópia maior da forma de onda do sinal de entrada a partir da potência CC "bruta" fornecida por uma bateria ou outra fonte de energia.

Limitações dos Amplificadores

Amplificadores, como todas as máquinas, são limitados em eficiência a um máximo de 100 por cento. Geralmente, amplificadores eletrônicos são muito menos eficientes que isso, dissipando quantidades consideráveis de energia na forma de calor residual. Como a eficiência de um amplificador é sempre 100 por cento ou menos, nunca se pode fazer um funcionar como um dispositivo de "movimento perpétuo".

A necessidade de uma fonte externa de potência é comum a todos os tipos de amplificadores, elétricos e não elétricos. Um exemplo comum de sistema de amplificação não elétrico seria a direção hidráulica de um automóvel, amplificando a força dos braços do motorista ao girar o volante para mover as rodas dianteiras do carro. A fonte de potência necessária para a amplificação vem do motor. O dispositivo ativo que controla o "sinal de entrada" do motorista é uma válvula hidráulica que direciona a potência do fluido de uma bomba acoplada ao motor para um pistão hidráulico que auxilia o movimento das rodas. Se o motor para de funcionar, o sistema de amplificação deixa de amplificar a força dos braços do motorista e o carro fica muito difícil de virar.

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