A etapa de potencia ou amplificador de potencia é o/a encargada de subministrarlle a potencia aos altofalantes ao ritmo do sinal de entrada. Os altofalantes transforman a potencia eléctrica en potencia acústica. Fálase de etapa de potencia ou amplificador de potencia no ámbito do son profesional, en cambio fóra deste fálase de amplificador soamente. Un amplificador doméstico e unha etapa de potencia teñen como principal tarefa a mesma: amplificar o sinal, aínda que teñen tamén diferenzas importantes.
O sinal eléctrico á saída da etapa de potencia ten igual forma de onda que na entrada, mais varían as magnitudes. En lugar de tensións de decenas de milivoltios (mV), alimenta os altofalantes con tensións de decenas de voltios (V) e correntes de varios amperios (A). O sinal de liña que entra ao amplificador mídese en miliwatios, é dicir, ten unha potencia máis de 1 000 veces maior que a que terá na saída. O produto da voltaxe pola intensidade de corrente, é a potencia (P) en watios (W) I x V = P. Toda a tensión e corrente que se empregará en mover os altofalantes, sae da fonte de alimentación interna que á súa vez a toma da rede eléctrica xeral.
A principal característica que define a unha etapa de potencia é a potencia que pode entregar á saída, que é maior que a que pode entregar un amplificador doméstico. Polo contrario, a calidade ou fidelidade do son que pode dar unha etapa profesional, é menor que a que dá un amplificador doméstico Hi-Fi. As etapas de potencia non teñen certos elementos típicos dos amplificadores como por exemplo os previos, selector de previos ou controis de ton. A típica etapa de potencia terá unha tecla de acendido, un par de controis de nivel por ser estéreo e algún dispositivo que indique o estado de traballo instantáneo: ben leds (luces) ou ben medidores de agulla (un por canal).
Definicións Control de entrada: é o punto onde chega o sinal de entrada. Esta sección define a impedancia de entrada do aparato e é onde se selecciona o nivel de amplificación desexado. Aumenta un pouco a tensión do sinal de entrada antes de pasalo ao driver. Os mandos que controlan a potencia de saída traballan sobre esta etapa. Driver ou excitador: é o encargado de excitar a etapa de potencia. Para isto, amplifica moito o sinal que recibe do control de entrada para elevar moito a súa voltaxe antes de pasalo á etapa de potencia. Etapa de potencia ou de saída: pola súa importancia dá nome a todo o conxunto. É a encargada de dotar de potencia ao sinal. O sinal que recibe ten moita voltaxe pero moi pouca intensidade. Esta etapa é a que proporciona varios amperios de intensidade de corrente eléctrica ao sinal, porén, apenas aumenta a voltaxe que traía desde o driver. Manexa tensións e correntes moi elevadas e é a que máis recursos enerxéticos demanda da fonte de alimentación, é dicir, a etapa que máis consome. Esta é a etapa que ataca o altofalante, onde se consome a enerxía eléctrica, transformándose en movemento que xera ondas acústicas e calor. Fonte de alimentación: é un dispositivo que adapta a electricidade da rede eléctrica xeral (a do enchufe) para que poida ser usada polas distintas etapas. Estas fontes de alimentación acostuman ser simétricas.Ten que ser suficientemente grande para poder abastecer a etapa de saída de toda a enerxía que precisa no caso de estar empregándose o aparato a plena potencia. Un punto débil das etapas de potencia adoita ser a fonte de alimentación, que non pode abastecer a etapa de saída correctamente. Unha etapa de potencia estéreo ten que duplicar as tres etapas (entrada, driver, saída) e pode usar a fonte de alimentación para todos. Os equipos de calidade estéreo incorporan dúas fontes de alimentación, unha por canal. Proteccións: as etapas de potencia actuais incorporan proteccións contra avaría, que son máis ou menos sofisticadas en función da calidade e do custo do equipo. Poden ir dende o típico fusible a dispositivos activos de control de potencia. As proteccións que normalmente poden e acostuman encontrarse son: Protección electrónica fronte a curtocircuíto e circuíto aberto. Protección térmica para transistores de saída e transformador. Protección contra tensión continua. Protección contra sobrecarga. Protección contra transitorio de acendido.
Ademais adoitan incorporar unha luz de aviso de protección activada e outra de clipping, que se acende nos picos de sinal cando unha etapa de potencia está comezando a saturarse e corre perigo de avaría ou de que salte algunha protección que a deixe fóra de funcionamento por un tempo; normalmente ata que se refrixera o suficiente. Potencia entregada á carga (altofalante). Existen dúas medidas de potencia definidas:
Potencia nominal, RMS, eficaz ou continua: defínese como a potencia que o amplificador é capaz de proporcionar á carga nominal (normalmente 8 ohmios), con ambas as canles excitadas simultaneamente nunha marxe de frecuencias de 20 Hz a 20 KHz e cunha distorsión harmónica THD menor que a determinada. O sinal que se utiliza para esta medida é un tono sinusoidal puro de 1 000 Hz. Isto significa que se excitan ambas as canles con 1 KHz, á saída conéctase a carga correspondente segundo o fabricante e sóbese a potencia ata que a THD chega á indicada polo fabricante; entón alcanzouse a potencia nominal. Debido a que o sinal musical que adoitan excitar os amplificadores teñen pouco que ver co sinal sinusoidal usado para medir a potencia nominal, recórrese á potencia musical.
Potencia musical ou de pico: é a máxima potencia que pode dar o amplificador a intervalos curtos de tempo. Un dos sinais propostos como sinal utilizado é unha sinusoide de 1 KHz pero con picos de 20 ms onde o nivel pasa a ser dez veces maior. Ao contrario que ocorre coa potencia nominal, non hai un procedemento estándar de medida co que os valores resultantes teñen que vir acompañados do método de medida usado para ter validez. Por este motivo, á hora de decidir entre dous amplificadores, é mellor contar coa información da potencia nominal. Nas especificacións técnicas dunha etapa ou amplificador de potencia, fálase de potencia sen máis. Esta é a potencia nominal ou eficaz. Os sufixos (nominal, musical, RMS) úsanse máis, curiosamente en amplificadores domésticos, ás veces, para "estirar" a potencia real do aparato e outras para complicar a súa comprensión.
Resposta en frecuencia: Unicamente hai que dicir que en xeral a resposta en frecuencia será peor que nos amplificadores HI-FI domésticos. Ademais a resposta en frecuencia das etapas de potencia é mellor cando traballa a baixa potencia que cando traballa a máxima potencia. Isto é debido a que no segundo caso ten que manexar grandes tensións e intensidades. Slew rate: É unha medida da rapidez coa que a etapa pode variar a tensión á saída. As unidades desta medida son voltios partido unidade de tempo (V/s), aínda que se acostuma expresar en V/µs (voltios / microsegundo). Esta medida dinos exactamente cantos voltios pode aumentar a tensión de saída nun microsegundo (0,000001 segundos). Canto maior sexa o valor do Slew-rate do equipo, mellor será este. O problema que se dá cando o equipo ten un slew rate insuficiente, é que non pode seguir as variacións grandes de sinal, provocando o efecto de triangulación, é dicir, deformando o sinal e xerando distorsión. Este efecto de triangulación, producirase cando o equipo traballe a alta potencia, xa que é aí onde se lle esixen grandes variacións da tensión de saída.
Sensibilidade de entrada: É o valor en voltios da tensión que hai que aplicarlle á entrada da etapa de potencia para obter á saída a potencia nominal cando o aparato traballa á máxima potencia. A sensibilidade é unha medida de calidade, canto máis sensible sexa a etapa de potencia, maior calidade terá. A sensibilidade de entrada nunha etapa de potencia, equivale á agudeza auditiva dun oínte; se ten pouca sensibilidade, é duro de oídos. A sensibilidade mídese da seguinte forma: co control de nivel á máxima potencia, vaise aumentando o nivel de tensión do sinal sinusoidal de entrada de 1000 Hz, ata que á carga (altofalante) se lle estea entregando a potencia nominal. A potencia consumida na carga pódese calcular porque se coñece o valor da mesma (R ohmios) e se mide a tensión en bornes (V voltios), así a potencia nominal en watios é: P = V2/R.
Impedancia de entrada: É a resistencia eléctrica que "ve" o equipo anterior. Os valores máis normais atópanse entre 10 e 50 Ohmios (W). En son, o que se busca é cumprir o principio da máxima transferencia de enerxía. É dicir, impedancias de saída dos aparatos moi baixas (arededor de 1 ohmio) e impedancias de entrada moi altas (da orde de decenas de miles de ohmios).
Impedancia de saída: É a resistencia que "ve" o equipo posterior á etapa. É útil cando se usan modelos eléctricos simplificados. Trátase dun valor só resistivo que fai que parte da potencia xerada se consuma na saída mesma do amplificador. O criterio de adaptación en tensión busca que a impedancia de saída do amplificador sexa a menor posible e a da carga (altofalante) sexa a maior posible. Deste modo a maior parte da potencia consumirase no altofalante. A intensidade de corrente é a mesma para as dúas cargas xa que están en serie, por tanto, a de maior valor consumirá máis potencia.
Factor de amortecemento: O factor de amortecemento e o damping factor (DF) son a mesma cousa. É a relación entre a impedancia da carga e a impedancia de saída do amplificador: DF=FA=Recarga/Rsaída_ampli. Por impedancia da carga enténdese exclusivamente a impedancia do altofalante. Adóitase tomar o valor nominal, que é só resistivo. O que fan moitos fabricantes é dar o Damping Factor para un valor concreto de resistencia de carga. Por exemplo, FA=150 para recarga = 8 ohms a 1 kHz. Co cal pódese despexar que a impedancia de saída a 1 kHz es 8/150 = 0,053 ohms. Son distintas formas de presentar o mesmo dato, a impedancia de saída. FA=DA=150 significa que a carga consome 150 veces o que consome a saída da etapa ou que a saída consumirá aproximadamente 1/150 da potencia total.
A medida teórica que realiza o fabricante non inclúe a resistencia que engade o cable. O que é normal, xa que iso dependerá da instalación final. Cando entre a carga (altofalante) e a saída da etapa hai cable, a resistencia deste ha de engadirse á impedancia de saída da etapa para obter o novo valor do factor de amortecemento. Un cable malo terá un valor de resistencia alto, que se multiplicará polos metros de cable, facendo que diminúa o factor de amortecemento. É dicir, agora á carga chégalle menos potencia.
Se o cable ten unha resistencia en total de 1ohm, agora FA=8/ (0.053+1) que é case o mesmo que 8/1, co que agora FA=8; o que significa que de cada nove partes de potencia, unha consómese antes de chegar á carga e oito na carga. De 100W, só 88,8 se consomen na carga.
O factor de amortecemento relaciónase coa capacidade do amplificador de controlar o altofalante en baixas frecuencias, debido ás tensións provenientes do bobinado do altofalante nos grandes desprazamentos. Ao igual que para mover un altofalante de graves fai falta moita tensión, a tensión producida pola forza contraelectromotriz que se xera na bobina ao atravesar o campo magnético, tamén é alta. Por este motivo, o factor de amortecemento afecta especialmente en baixas frecuencias.
Se o amplificador ten á súa saída un valor de damping baixo, as tensións á súa saída provenientes do altofalante cancelarán as que el xera, co que non poderá controlar ben o altofalante. Canto maior sexa o valor do factor de amortecemento, en mellores condicións (con menos cancelacións) chega o sinal que xera o amplificador ao altofalante. Resumindo, o factor de amortecemento en canto a perdas de potencia se refire, afecta a todas as frecuencias. Respecto ao control dos altofalantes afecta basicamente ás baixas frecuencias.