Electrónica II INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR. Escola Superior de Tecnologia de Tomar Departamento de Engenharia Electrotécnica ELECTRONICA II

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1 INSTITUTO POITÉCNICO DE TOMAR Escola Superior de Tecnologia de Tomar Departamento de Engenharia Electrotécnica EECTRONICA II Eng. Jorge Guilherme Jorge Guilherme 009 #

2 Bibliografia: Electrónica II Manuel de Medeiros Silva, "Circuitos com Transístores Bipolares e MOS", ed. F.C. Gulbenkian, 999. Paul Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. ewis and Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley & Sons, 00. R. Jacob Baker, CMOS Circuit Design, layout and Simulation Wiley-IEEE Press 004. Jack Smith Modern Communication Circuits MacGraw-Hill 986. Sedra/Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, 998. Herbert Taub and Donald Shilling Digital Integrated Electronics MacGraw-Hill 977. Thomas H. ee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, Cambridge University Press, 998. Jorge Guilherme 009 #

3 Avaliação: Trabalhos 5% Projecto 5% Exame 60% Jorge Guilherme 009 #3

4 Andares de saída Jorge Guilherme 009 #4

5 Classes de funcionamento: Electrónica II Andares de saída Classe A Classe B Classe AB Classe C Jorge Guilherme 009 #5

6 Andar em classe A Electrónica II +cc i Q o I R saturação o-i.r, valor mínimo da tensão o I i c be be I + T + R o o.ln I I c s i T.ln -cc I + R I s o + o Jorge Guilherme 009 #6

7 ce cc P o. Io ( Ic I ) R alores máximos para cc R I o o max min cc ce I. R sat R min cc ce I sat Para máxima excursão de sinal P P s max cc. I ( cc ce) I Rendimento η η P P s max 4 ce cc 5% sat Se ce sat 0 Jorge Guilherme 009 #7

8 P P P P P tr c c c c ce. Ic cc cc. I cc. I cc. I Electrónica II Potência dissipada no transístor Q ( + sin( ωt) ) I( sin( ωt) ) ( sin ( ωt) ) ( + cos(ωt )) alor médio da potência Jorge Guilherme 009 #8

9 Modelo incremental o R ( β + ) i o ib Rs + rπ ib o ( β + ) ( i o ) R Rs + rπ in Rs π ib r π β ib gm. π o ( β + ) R i Rs + r π R β + Rs + rπ ( + ) R Rs + rπ ( β + ) i + R ( β + ) R o o i R Rs + rπ + R Rs R rπ + ( β + ) ( β + ) ( β + ) + R Rs + β R gm + R Resistência de saída Rs + rπ Rs Ro // R // + β + gm β R Jorge Guilherme 009 #9

10 Jorge Guilherme 009 #0 +cc Q i R o IQ -cc Amdar de saida em emissor comum O O c Q O R I I I I Q S O I e I R T i + T s T be T be s Q O S Q Q S O e I R e I I I e I R n s n s s s O T s T s T s Q O a a a a I R Distorção Harmonica 4 3 a a a a a THD n

11 Andar em classe B Electrónica II +cc i Q o Q R -cc Distorção de cruzamento Jorge Guilherme 009 #

12 i I I S S T Ic( t) dt T 0 o π R Corrente na alimentação o t P S cc. I S cc o π R Potência dissipada na alimentação t P o R Ic Ic o/r -o/r t π η 4 η max O CC π 4 ( ) CC CC CEsat 78.6% Para cesat0 Jorge Guilherme 009 #

13 Potência dissipada nos transístores P P D D max P S P cc π R cc. o π R max o R Jorge Guilherme 009 #3

14 Jorge Guilherme 009 #4 3 R R I be CC CC C 3 3 be sat CE CC O F be CC O b F C O O be b CC be CC CC C R R R I R I R I R R I β β

15 Simulação de um andar em classe B Jorge Guilherme 009 #5

16 inearização IQ +cc i D D Q Q o R -be -cc +cc Q i o inearização com ampop Q R -cc Jorge Guilherme 009 #6

17 Realização pratica Electrónica II IQ +cc Bias +cc Q Q Q5 o o Q4 R R R i Q3 Q -cc i Q3 Q -cc Multiplicador de be Jorge Guilherme 009 #7

18 Transístor composto be E ( β + ) Ic β β Ib Ic B Q Q C Q +cc mesmo dissipador o Q3 R i Q Darlington -cc Andar quase-complementar Jorge Guilherme 009 #8

19 Polarização com seguidores de emissor Electrónica II Andar de saida apenas com transistores NPN Jorge Guilherme 009 #9

20 Amplificador com andar de entrada com ampop Electrónica II Jorge Guilherme 009 #0

21 Amplificador em classe G Electrónica II Jorge Guilherme 009 #

22 Amplificador em classe G Electrónica II Quando a amplitude do sinal é maior ligam-se Tr6 e Tr8 Jorge Guilherme 009 #

23 Protecção de curto circuito Electrónica II I Q4 Q imitação da corrente máxima em R Io be Io max R be/r R Io I Protecção térmica Qa R R Qb Operação normal R < be Protecção térmica. z aumenta com a temperatura o que faz Qb conduzir e desviar corrente de polarização do andar de potência Jorge Guilherme 009 #3

24 Circuito de protecção de curto circuito Jorge Guilherme 009 #4

25 Montagem em ponte Electrónica II Jorge Guilherme 009 #5

26 Montagem em ponte +cc R in o o A o -cc - A +cc -cc o o o o o o P max cc o R 4cc R cc R 4P andar normal Aumento da potência de 4 vezes +cc R Circuito para inversão de sinal Andar de saída MOS I dd - M4 M in Q o M3 M R -cc in M5 ss Jorge Guilherme 009 #6

27 Transístores de potência Modelo térmico Potência dissipada em função da temperatura Pd max ce.ic Hipérbole Jorge Guilherme 009 #7

28 Dissipadores: Função Escoar o calor gerado pelo dispositivo a fim de não atingir os limites máximos de funcionamento Modelo térmico Junção caixa Caixa dissipador Tj Ta θ JC + θcs + θ SA º C / W P D Dissipador ambiente Jorge Guilherme 009 #8

29 Projecto de sonorizações Z coluna Amplificador 8 ohm N N ohm Z N N n Z n transformador de linhas 00 8 ohm coluna Adaptação de impedâncias Utilizado em sonorizações de espaços amplos. Ex: Estadios, Ruas, Pavilhões, etc Jorge Guilherme 009 #9

30 Simplified internal circuit of the M380 IC power amplifier Jorge Guilherme 009 #30

31 Amplificador 00W Electrónica II Jorge Guilherme 009 #3

32 Jorge Guilherme 009 #3

33 Amplificador 350W com MOS Jorge Guilherme 009 #33

34 Amplificador kw Jorge Guilherme 009 #34

35 Jorge Guilherme 009 #35

36 Tube amplifier Jorge Guilherme 009 #36

37 Amplificadores áudio comutados Jorge Guilherme 009 #37

38 Jorge Guilherme 009 #38

39 Amplificador classe D Electrónica II Jorge Guilherme 009 #39

40 Tendências da tecnologia Electrónica II Amplificador misto Jorge Guilherme 009 #40

41 Amplificador em classe D Electrónica II 0 TON + T DD TON OFF DD D Jorge Guilherme 009 #4

42 Realimentação utilizando noise shaping Jorge Guilherme 009 #4

43 Operação em montagem ponte Jorge Guilherme 009 #43

44 Amplificador em classe C +cc Ip RFC IC I Cc o Id ic C i R Q ( ωt) Ipsin Id para θ < ωt < θ Ic 0 restantes valores Id Ip sin(θ) Ip>Id θ θ θ π θ θ alor médio da corrente Ic θ / ω Ic T Ic Ic θ / ω Ipcos Ip [ Ipsin( ωt) Id ] ( θ) Id( θ θ) [ sin( θ ) θ cos( θ )] π π dt Jorge Guilherme 009 #44

45 cc. Ip Ps cc. Ic θ π I R Po ( sin( θ ) θ cos( )) I componente fundamental da corrente θ / ω 4 I T 0 Ip π ( Ipcos( ωt) Id ) cos( ωt) dt ( θ sin(θ )) ce cc + I R cc max max η Po Ps cc. I cc. Ic 4 θ sin(θ ) ( sin( θ ) θ cos( θ )) Para θ90º η78.5% P max P Dmax O max I Dmax Capacidade de potência θ sin(θ ) 8π ( cos( θ )) Jorge Guilherme 009 #45

46 Exemplo de um amplificador em classe C Electrónica II Jorge Guilherme 009 #46

47 Amplificador em classe D para RF a +cc +cc Filtro Componente fundamental 4cc -Série Fourier π Id a C o -cc alor médio da corrente -cc 8cc Ps cc. Id π R 4cc 8cc Po η 00% R π R π R R Id 4cc 4cc sin( ωt) dt π π R 4cc. R Considerando o efeito de Ron o sin( ωt) π ( R + Ron) 4cc 8cc R Id Ps π ( R + Ron) η π ( R + Ron ) R + Ron ) Jorge Guilherme 009 #47 T. R T / 0 O filtro deixa passar apenas a componente fundamental da corrente

48 Amplificador em classe D push pull Jorge Guilherme 009 #48

49 Amplificador em classe E Electrónica II Funcionamento em comutação Circuito sintonizado para a saida Jorge Guilherme 009 #49

50 Transistores de potência RF Electrónica II Jorge Guilherme 009 #50

51 Amplificadores monolíticos M74 d compensação gm -K K o Jorge Guilherme 009 #5

52 T07 Entradas com JFET Jorge Guilherme 009 #5

53 Jorge Guilherme 009 #53

54 Resposta de frequência Ao Produto ganho largura de banda Ao ω GBW Afo A( s) Ao s + ω ω ωa Aoω ω Af ( s) A( s) + β. A( s) Afo s + ωa Ao ω Afo. ωa GBW Afo Ao + β. Ao lim Afo Ao β ω a ω( + βao) Jorge Guilherme 009 #54

55 Modelo incremental do amplificador Resposta de frequência 74 Jorge Guilherme 009 #55

56 Exemplos Praticos Amplificadores Audio Jorge Guilherme 009 #56

57 Jorge Guilherme 009 #57

58 Jorge Guilherme 009 #58

59 70W Jorge Guilherme 009 #59

60 Jorge Guilherme 009 #60

61 300W Jorge Guilherme 009 #6

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65 Jorge Guilherme 009 #65