SOBRECARGA NO AMPLIFICADOR EMISSOR COMUM AMPLIFICADOR COLETOR COMUM

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1 letrônica I l Aula 10 Prof.: Cristian Machado Goularte 1 / 6 scola Técnica stadual Monteiro Lobato - CIMOL. SOCAGA NO AMPLIFICADO MISSO COMUM AMPLIFICADO COLTO COMUM 1. Introdução. Como o amplificador P.D.T apresentou melhor estabilidade dentre as diversas polarizações analisadas, tornou-se o mais recomendado no projeto de pré-amplificadores.. Impedância de saída de um amplificador missor Comum. Ao observar as características de um préamplificador, nota-se que a impedância de saída (Zsaída) é muito alta de forma que não seja compatível com a impedância de um alto falante (que é tipicamente 4 ou 8 Ohms e 3 Ohms em alguns fones ). Para entender esta incompatibilidade (alta Zsaída), vamos analisar o pre-amplificador projetado na aula passada, conforme o esquema abaixo:.4. Determine o Av deste pré-amplificador quando se conecta um alto falante diretamente na saída. A.5. Qual é o Av deste estágio quando não há uma carga conectada na saída (sem o alto falante)? A.6. Ao conectar o alto falante, o Av continua satisfatório? ( ) não. ( ) sim. Conforme analisado, a alta impedância de saída torna o pré-amplificador inadequado para o acionamento do alto falante, pois o ganho de tensão (que só ocorre nesta etapa), fica muito reduzido. Para manter o ganho de tensão elevado, a resistência de carga deve ter o valor mais alto possível, de forma a não sobrecarregar o estágio. Observe que na saída do estágio foi conectado um alto falante de 8 Ohms..1. Para desenhar o circuito c.a. equivalente da fig..1, o alto-falante deve ser incluído? Justifique:.. Desenhe o circuito c.a. equivalente..3. Observe que com o paralelo, a resistência c.a. do coletor diminuiu drasticamente. Por isso, o ganho de tensão também será reduzido pela equação: A C r e L Fig..1 A tensão máxima obtida num amplificador ocorre quando não há resistor de carga (L). Nesta condição temos: A saída Fig.. gerador.7. Qual é a máxima tensão de saída obtida no circuito da fig..? saída Quando é conectado um resistor de carga, a tensão de saída se dá por: gerador A saída L ( Z + ) saída.8. Qual será a tensão de saída se for conectado um fone de ouvido (L) com impedância de 64Ω? 5m r e A saída I CQ C r e L L

2 letrônica I l Aula 10 Prof.: Cristian Machado Goularte / 6 scola Técnica stadual Monteiro Lobato - CIMOL..9. Nos divisores de tensão temos a sobrecarga de 10% como aceitável. Aplicando essa regra na saída do pré-amplificador, o resistor de carga (L) deverá ser 10 vezes maior que a impedância de saída, de forma que: 10 L Z saída ou 10 L C 3.. Suponha que a impedância de saída (Zsaída) do amplificador seja 8 Ohms. Para distribuir melhor o som, serão utilizadas duas caixas acústicas de 4 Ohms cada. Qual é o método de ligação destas caixas que mantém as impedâncias casadas?.10. Através da equação do cap..9, determine o valor mínimo para L do circuito do cap.. L ( ) Figura A. ( ) Figura. Observe que o valor aceitável para L não é prático, pois não existem fones de ouvido ou alto falantes de impedância tão alta. 3. Amplificador Coletor Comum (ou seguidor de emissor) (eferência: Malvino 4 a. d. Pág. 494). Quando o estágio Coletor Comum é utilizado em conjunto com um pré-amplificador, podemos conectar cargas de resistência mais baixa sem que ocorra a sobrecarga no pré-amplificador Aspecto da polarização. Uma forma de solucionar o problema da sobrecarga presente nos pré-amplificadores é a utilização de um estágio Coletor Comum (CC), pois este apresenta uma alta impedância de entrada e baixa impedância de saída. A alta impedância de entrada (Zent) é ideal por que não sobrecarrega o pré-amplificador e a baixa impedância de saída permite a conexão de cargas de baixa resistência, como o caso do fone de ouvido. Portanto, o estágio Coletor Comum deve ser conectado entre o pré-amplificador e a carga, de forma a fazer o casamento de impedâncias, conforme o diagrama de blocos ilustrado abaixo: Microfone Pré-Amplificador stágio Coletor alto (sinal) missor comum Comum falante 3.1. Casamento de impedâncias. Termo amplamente empregado em amplificadores de áudio. Diz-se que as impedâncias estão casadas quando o dispositivo conectado à saída do amplificador não causa o efeito da sobrecarga. Por exemplo, um amplificador com impedância de saída para 8 Ohms terá o melhor rendimento quando for utilizado um alto falante de 8 Ohms. Se forem utilizados dois alto falantes de 4 Ohms, será necessário associá-los de forma a casar a impedância dos alto falantes com a impedância de saída do amplificador ealimentação negativa no amplificador CC. Assim como no amplificador emissor comum, este amplificador apresenta realimentação negativa. Como esta polarização só possui um resistor na malha de saída (), a realimentação é muito forte e eficaz, de forma que possa compensar toda a variação da tensão de base. Por causa desta forte realimentação negativa, a polarização acaba por produzir ganho unitário. Funcionamento C.C Para que o ponto Q fique no centro da reta de carga, temos que: I C max e CC I CQ CQ 3.5. xemplo de projeto: CC 1 ICmax 00mA Determine o ponto Q na reta de carga ao lado:

3 letrônica I l Aula 10 Prof.: Cristian Machado Goularte 3 / 6 scola Técnica stadual Monteiro Lobato - CIMOL Determine a tensão para cada voltímetro: No emissor. ariação de tensão. Na saída Amplificador em repouso. Determine a tensão C.C de cada ponto (A,, C, D): Ganho de tensão no estágio coletor comum (Av1): 3.9. A partir do exercício 3.7 determine o ganho de tensão da configuração Coletor Comum: A CA _ saída A CA _ entrada Mas então qual a finalidade desta configuração se ela apresenta ganho de tensão unitário? A resposta é: o ganho de corrente é muito alto, dado pelo βcc do transistor, de forma que: A i CC 3.7. Amplificador com semiciclo positivo. Determine a tensão de cada ponto (A,, C, D): + ca repouso saída ca Como a corrente de emissor é aumentada pelo βcc e 1 e são muito semelhantes, temos que: I I CC min m análise c.a, o estágio Coletor Comum é interpretado como uma carga (L) para o préamplificador, conforme a ilustração abaixo: 1 CC + ( ) repouso 3.8. Amplificador com semiciclo negativo. Determine a tensão de cada ponto (A,, C, D): ca Pré-amplificador Carga (L) missor Comum Coletor Comum Por isso, a impedância de entrada (Zent) deve satisfazer a condição: Z Z ent 10 saída1 4. Impedância de entrada do amplificador Coletor Comum (Zent): Aplicando o teorema da superposição, obtemos o circuito equivalente c.a. abaixo: Z ( r e + ent 1 CC )

4 letrônica I l Aula 10 Prof.: Cristian Machado Goularte 4 / 6 scola Técnica stadual Monteiro Lobato - CIMOL. A impedância de entrada do estágio coletor comum deve ser alta o suficiente para não sobrecarregar o pré-amplificador e permitindo uma sobrecarga de 10%, temos: Z ent 10 Z saída1 Z ent 1 Z saída1 C 1 10 C 10 C (10 C ) Determina que a Zent do estágio CC seja 10 vezes maior que Zsaída do primeiro estágio 1 e do estágio CC determinam a Zent. Tipicamente c é a Zsaída dos préamplificadores. Idem ao primeiro. Como 1 e do estágio CC são muito parecidos, temos a associação paralelo dividindo 1 ou por. recebe 10 x c, como também é o valor de 1, temos que multiplicar por para obter o paralelo equivalente. 6. Aproximações para 1. Supondo que já fora calculado, determine o valor comercial para 1 em cada caso: 6.1. K K K , K ,6 K ,9 K 1 7. Impedância de saída (Zsaída). Na configuração Coletor Comum a impedância de saída é menor que na configuração emissor comum por causa do alto ganho de corrente, conforme o modelo c.a. ilustrado baixo: É importante observar que o sistema acima resolve as equações de forma simplificada, pois não considera que a impedância do transistor irá sobrecarregar o divisor de tensão em 10%. O valor exato da Zent do estágio coletor comum (Zent) é dada por: 1 ( 10 1 ) Z ent Considera que o transistor consome 10% da corrente do divisor 4.. Conforme visto no exercício 3.6, a tensão sobre 1 é ligeiramente menor que de forma que: 1 < 5. egras de projeto para a configuração Coletor Comum (simplificadas). Z 0 saída1 1 < 1 CC min A figura acima mostra que 1 e estão em paralelo. Devido ao ganho de corrente igual ao cc esse paralelo é considerado menor quando analisado no sentido saída para entrada, de forma que: Z saída 1 r e + 8. m um projeto, o primeiro passo é escolher um transistor que suporte a potência do amplificador. Para isso, é necessário conhecer a tensão e a corrente máxima sobre a carga, servindo estas de referência na pesquisa em DATA SHTS e manuais de transistores, que são facilmente encontrados na Internet. Ainda pode-se utilizar um pequeno grupo de transistores que devido a facilidade de aquisição, é tomado como referência nos projetos de amplificadores de áudio, veja a tabela seguinte. CC

5 letrônica I l Aula 10 Prof.: Cristian Machado Goularte 5 / 6 scola Técnica stadual Monteiro Lobato - CIMOL. 8. Classificação dos transistores. Série eferência IC hf Potência C D 337, 548, , , 136, 137, 138, 139, 140 > 0,5A Alto aixa >1 A Médio- Alto aixo- Média 9. A partir da tabela do cap. 8, responda: 9.1. Por que os transistores de alta potência não são utilizados no estágio pré-amplificador? Quais seriam as conseqüências? TIP 31, 3 > 3 A Médio Médio 41, 4 > 6 A Médio- aixo Médio- Alta 35, 36 > 5 A aixo Alta 9.. Qual seria a conseqüência de utilizar transistores de baixa potência na etapa de saída? É importante observar nos manuais, que o ganho de corrente é elevado quando o transistor opera em baixa potência, enquanto que com correntes elevadas o ganho é muito reduzido. 9.3 Projete um amplificador coletor comum para o circuito do capítulo, seguindo o modelo abaixo: 8.1. xemplo de leitura do manual do C 337. Transistor cc IC C C a mA 50 C mA 50 Nesta tabela, o fabricante informa que o transistor pode ter o ganho bem variado: entre 160 e 400. A corrente máxima de coletor é de 800 ma. Porém neste extremo o cc fica em torno de uma dezena. Por este motivo alguns projetos de chaveamento à transistor adota-se o cc10. Na última linha da tabela 8.1 é informado que quando o transistor opera em 300 ma, o que já é considerado elevado para um transistor de baixa potência, o ganho diminui para 60. ntão surgem as dúvidas: Por que o ganho é tão variado e qual deverá ser utilizado nas regras de projeto? Na verdade o transistor já não serve para esta aplicação, pois na etapa de saída a corrente é mais alta do que a corrente do pré-amplificador. Além disso, é aconselhável que o transistor trabalhe abaixo de 70% da sua potência total, evitando assim, o sobreaquecimento ou a necessidade de enormes dissipadores de calor, que encarecem o e aumentam o tamanho final destes equipamentos Identifique a relação hf x Potência e escreva a cc 100 (C 337) 1 r e Zent Ai Av Zsaída Fig.9.1. Modelo de projeto. sua conclusão:

6 letrônica I l Aula 10 Prof.: Cristian Machado Goularte 6 / 6 scola Técnica stadual Monteiro Lobato - CIMOL. TAALHO D AALIAÇÃO 4 Nome: (Completo e legível) Turma: Data: / /. [0,1] 11. Projete um amplificador coletor comum para o circuito do capítulo 3.4 da aula anterior e desenhe o circuito completo no espaço abaixo: ubrica Uso do professor Nota Apresentar em período de aula a solução e o desenvolvimento das questões abaixo. Peso: 0, pontos. [0,1] 10. Seguindo o método do exercício anterior, projete um amplificador coletor comum para o circuito do capítulo 3.3 da aula anterior. cc (TIP 41) r e Zent cc 60 (D135) 1 Ai Av Zsaída r e Zent Ai Av Zsaída