Amplificadores de Potência ou Amplificadores de Grandes Sinais

Transcrição

1 UFBA Unversdade Federal da Baha Escola oltécnca Departamento de Engenhara Elétrca Amplfcadores de otênca ou Amplfcadores de Grandes Snas Amaur Olvera Feverero de

2 Característcas: Estágo fnal de amplfcação; Amplfcação de grandes snas; Transferênca de potênca para a carga; Impedânca de saída e ganho depende da carga. Fonte de almentação Fonte de snal Estágo Incal Estágo Intermedáro Estágo Fnal Carga GND Amplfcador 2

3 Itens de Interesse - motvo: Classes de operação de amplfcadores tem relação com amplfcação de grandes snas e rendmento nos crcutos; Rendmento nos amplfcadores e modelo térmco dos transstores Tem relação com transferênca de potênca para a carga, perda de potênca e aquecmento dos transstores; Exemplos e projeto de amplfcadores de potênca modelos de crcuto consderando amplfcação, polarzação e aquecmento de dspostvos. 3

4 Classes de operação As classes de operação de um amplfcador de um estágo tem relação com a característca do snal de saída em função da sua excursão e do ponto de polarzação do dspostvo amplfcador. Como será vsto adante, o rendmento em amplfcadores também tem relação com a classe de operação. As classes de operação (ou de amplfcadores) são defndas como: Classe A; Classe B; Classe AB; Classe C; Classe D. ara defnr as classes de operação podemos usar o amplfcador emssor comum V2 VCC 12V R1 2.2kΩ Q1 V1 12 V 0 Vpk 0kHz 0 BC547A 4

5 Classes de operação e ponto de operação VCC 12V R1 2.2kΩ V2 Q1 A V1 12 V 0 Vpk 0kHz 0 BC547A C B AB Classe A : V1=0,640; Classe B: V1 =0,55; Classe AB: V1=0,6; Classe C: V1=0,5; Classe D!. 5

6 Classes de operação e excursão do snal VCC 12V R1 2.2kO V2 Q1 A V1 0,64 V 27 mvpk 1kHz 0 BC547A Classe A : - V1=0,640, Ic=3mA; - Saída com excursão de 360 6

7 Classes de operação e excursão do snal VCC 12V R1 2.2kO V2 Q1 V1 0,55 V 102 mvpk 1kHz 0 BC547A B Classe B: -V1 =0,55 e Ic=0; -Saída com excursão de 180 7

8 Classes de operação e excursão do snal VCC 12V R1 2.2kO V2 Q1 V1 0,6 V 67 mvpk 1kHz 0 BC547A AB Classe AB: -V1=0,6V, Ic=0,92mA; -180 <excursão<360 8

9 Classes de operação e excursão do snal VCC 12V R1 2.2kO V2 Q1 V1 0,5 V 165 mvpk 1kHz 0 BC547A C Classe C: -V1=0,5V, Ic=0; -Excursão do snal < 180 -Aplcação em crcutos de comuncação! 9

10 Rendmento nos amplfcadores de potênca Fonte de almentação Estágo Fnal o Carga o erdas erdas por aquecmento de componentes otênca méda fornecda pela fonte; o otênca méda de snal na carga. Rendmento o 10

11 Rendmento nos amplfcadores de potênca Amplfcador Classe A com Almentação Sére V CC R L Q1 v o t V o MAX V CC I Q o 8 0,25 I L(DC) o( p p) o( p p) o V o( p p) o( p p) 8V I CC I Q V o(p-p)max = V CC e I o(p-p)max = 2I Q Como reduzr perdas e aumentar o rendmento? 11

12 Rendmento nos amplfcadores de potênca Amplfcador Classe A com Transformador t V o V MAX CC I Q o 8 0,5 I L(DC) o( p p) o( p p) o V o( p p) o( p p) 8V I CC I Q V o(p-p)max = 2V CC e I o(p-p)max = 2I Q Como reduzr perdas e aumentar o rendmento? 12

13 Rendmento nos amplfcadores de potênca Amplfcador ush-ull com par complementar ar complementar ara Q1 e Q2 polarzados em classe B 13

14 Rendmento nos amplfcadores de potênca Amplfcador ush-ull com par complementar t o L(DC) V o I CC 2 op V op I 2 op / o V 4 V op CC V opmax = V CC MAX 4 0,

15 Rendmento, potênca nos transstores e na carga Amplfcador ush-ull com par complementar t o t o V o I CC 2 op V op I 2 op / t 2V R op L V CC 2 op V 2R L tmax dt dv o 0 V op 2V CC Nesta Condção: 2( V ) 0, 5 2 CC t o 2 RL 15

16 Rendmento, potênca nos transstores e na carga Amplfcador ush-ull com par complementar t 2V R op L V CC 2 op V 2R L o V 2 op 2R L Exemplo: R L = 8W e omax =16W Determnar: V CC e tmax 16

17 Modelo térmco dos transstores Os transstores do estágo de potênca estão submetdos a níves aprecáves de potênca elétrca que pode ser transformada em calor (aquecmento dos transstores). ara determnar este aquecmento é necessáro conhecer o modelo térmco dos transstores (dados térmcos). Exemplo: BD135 (BD pdf) Aplcar a exemplo anteror, e verfcar se um BD135 pode ser utlzado. 17

18 Modelo térmco dos transstores Representação da prmera le da termodnâmca (conservação de energa) e e d e a Energa recebda = energa dsspada + energa acumulada Exemplo: otênca (energa por undade de tempo) em um resstor aquecdo por efeto Joule. v e G th T R T a C th dt dt R 18

19 Modelo térmco dos transstores Sstema elétrco análogo ao sstema térmco Sstemas análogos sstemas com equações análogas r c G v v C C a dv dt C Equação do sstema térmco análoga e G th T R T a C th dt dt R Grandezas Análogas: Sstema térmco e G th T R T a C th Sstema elétrco I G v C v a C Representação do sstema térmco do resstor usando analoga com o sstema elétrco 19

20 Modelo térmco dos transstores Equações térmcas para um transstor e G 0 G th jmb th jmb T j T mb C th j dt dt T T G T T mb Representação usando analoga com sstema elétrco ou Modelo Térmco j th mba Smplfcação na condção de regme! j mb a C th mb dt dt mb 20

21 Modelo térmco dos transstores Condção de regme térmco e utlzação de dsspador T j e R th jmb Rth mba Ta e Rth ja Ta dsspador A utlzação de um dsspador acoplado ao transstor, melhora a condutânca térmca entre o transstor e o ambente (reduz R th mb-a ). Com sto, para mesmos valores de T j e T a o transstor pode ser usado com um e maor, e passar mas potênca para a carga. R th mb-a também pode ser dmnuída utlzando uma ventonha. 21

22 Modelo térmco dos transstores Condção de regme térmco e utlzação de dsspador Dados de dsspadores, exemplo: SERIE LD (LD.pdf) Contnuar exemplo com BD135 22

23 olarzação de Crcutos Classe B e Classe AB olarzação com dodos olarzação com multplcador V BE orque usar fonte de corrente? orque usar crcuto classe AB? 23

24 olarzação de Crcutos Classe B e Classe AB Dstorção de cruzamento (crossover) em amplfcadores push-pull Orgem tensão V B12 de polarzação nsufcente Característca de Transferênca 24

25 olarzação de Crcutos Classe B e Classe AB Dstorção de cruzamento (crossover) em amplfcadores push-pull Dstorção de 3ª harmônca! Exemplo: 25

26 Exemplo de estágo de potênca e drver Exemplo drver 26

27 Exemplos de amplfcadores de potênca Amplfcador de potênca com componentes dscretos (AN-1490) Amplfcador de potênca em CI (TDA1521A_CNV_2) 27

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