Amplificadores

Benefício prático de dispositivos ativos

O benefício prático dos dispositivos ativos é a sua amplificação habilidade. Quer o dispositivo em questão seja controlado por tensão ou por corrente, a quantidade de energia necessária do sinal de controle é normalmente muito menor do que a quantidade de energia disponível na corrente controlada. Em outras palavras, um dispositivo ativo não permite apenas que a eletricidade controle a eletricidade; permite um pequeno quantidade de eletricidade para controlar um grande quantidade de eletricidade.

Por causa desta disparidade entre controle e controlado poderes, dispositivos ativos podem ser empregados para governar uma grande quantidade de energia (controlada) pela aplicação de uma pequena quantidade de energia (controle). Este comportamento é conhecido como amplificação .

Lei de Conservação de Energia em Máquinas

É uma regra fundamental da física que a energia não pode ser criada nem destruída. Declarada formalmente, essa regra é conhecida como Lei de Conservação de Energia, e nenhuma exceção a ela foi descoberta até o momento. Se esta Lei for verdadeira - e uma massa avassaladora de dados experimentais sugere que sim - 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, incluindo circuitos elétricos e eletrônicos, têm um limite superior de eficiência de 100 por cento. Na melhor das hipóteses, a saída de energia é igual à energia de entrada, como na figura abaixo.



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

Normalmente, as máquinas falham até mesmo em atingir esse limite, perdendo parte de sua energia de entrada na forma de calor que é irradiado para o espaço circundante e, portanto, não faz parte do fluxo de energia de saída. (Figura abaixo)



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

Máquinas de movimento perpétuo

Muitas pessoas têm tentado, sem sucesso, projetar e construir máquinas que gerem mais potência do que consomem. Não apenas esse movimento perpétuo máquina provaria que a Lei de Conservação de Energia não era uma Lei afinal, mas daria início a uma revolução tecnológica como o mundo nunca viu, pois poderia se alimentar em um loop circular e gerar excesso de energia “de graça”. (figura abaixo)



A hipotética “máquina de movimento perpétuo” se auto-alimenta?

Apesar de muito esforço e muitas reivindicações inescrupulosas de "energia livre" ou superunidade máquinas, nenhuma jamais passou no teste simples de se alimentar com sua própria produção de energia e gerar energia de sobra.

Amplificadores

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

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

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



Embora um amplificador possa dimensionar 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 dar forma Alimentação DC da fonte de alimentação externa na mesma forma de onda do sinal de entrada, produzindo um sinal de saída de forma semelhante, mas com magnitude de potência diferente (maior). O transistor ou outro dispositivo ativo dentro de um amplificador apenas forma uma cópia maior da forma de onda do sinal de entrada da energia DC “bruta” fornecida por uma bateria ou outra fonte de energia.

Limitações de amplificadores

Os amplificadores, como todas as máquinas, são limitados em eficiência a um máximo de 100 por cento. Normalmente, os amplificadores eletrônicos são muito menos eficientes do 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, ele nunca pode funcionar como um dispositivo de “movimento perpétuo”.

A exigência de uma fonte externa de energia é comum a todos os tipos de amplificadores, elétricos e não elétricos. Um exemplo comum de um sistema de amplificação não elétrico seria a direção hidráulica em um automóvel, amplificando a força dos braços do motorista ao girar o volante para mover as rodas dianteiras do carro. A fonte de energia necessária para a amplificação vem do motor. O dispositivo ativo que controla o "sinal de entrada" do motorista é uma válvula hidráulica de fluido de transporte de uma bomba conectada ao motor para um pistão hidráulico auxiliando no movimento da roda. Se o motor para de funcionar, o sistema de amplificação falha em amplificar a força do braço do motorista e o carro fica muito difícil de virar.

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