Estruturas Analógicas Capítulo V

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1 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas Capítulo V Amplificador de Potência

2 Amplificador de Áudio Sinal de entrada (sensor) Amplificador de tensão Amplificador de potência Sinal de saída (carga) Ganho de tensão Ganho de corrente e potência

3 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 5.1 Reta de Carga CA de um Amplificador Emissor-Comum

4 Amplificador Emissor-Comum V CC R 1 R C C acoplamento R g C acoplamento Q 1 v saída R L v g v ent R 2 R E C derivação

5 Circuito CC V CC Reta de carga CC R 1 Q 1 R C I CQ I C(SAT) I C I V C(SAT) CE(CORTE) VCC R R C V CC E V CEQ I CQ R 2 R E V CEQ V CE(CORTE) V CE Reta de carga CC: permite verificar em que região o transistor opera do ponto de vista CC. Em um amplificador, como definir o máximo sinal CA que ainda mantém o transistor na região ativa?

6 Circuito CA i c v g R g v ent i b R1 R2 v ce i e R C v saída R L i c R R // R // R Th 1 2 g i b v ce Circuito equivalente: v Th R1// R2 R // R R 1 2 g v g i e r R // R c C L v saída

7 Reta de Carga CA Mostra a relação entre a corrente total no coletor (I C ) e a tensão total entre coletor e emissor (V CE ). R R // R // R v Th 1 2 g Th R1// R2 R // R R 1 2 g v g i b v ce i c i e r R // R c C L v saída LKT na malha do coletor: r i Logo: c c vce 0 i c v r ce c Corrente no coletor total: Tensão coletor-emissor total IC ICQ ic V V v CE CEQ ce

8 Reta de Carga CA Desenvolvendo: Sabendo que I I i I C CQ c CQ v V V ce CE CEQ v r ce c Define-se I C I CQ ( V V ) CE r c CEQ Portanto: I C V CEQ ICQ rc V CE r c Expressão da reta de carga CA

9 Reta de Carga CA Limites da reta de carga CA: I C VCEQ IC(SAT) ICQ rc V V I r CE(CORTE) CEQ CQ c I C(SAT) V CEQ r c Reta de carga CA I CQ Reta de carga CC V CEQ V CE(CORTE) V CEQ ICQrc V CC V CE

10 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 5.2 Máxima Excursão do Sinal de Saída (M PP )

11 Definição MPP é o máximo valor de pico a pico que o sinal de saída pode atingir sem que o transistor entre no corte ou na saturação. I C V CEQ r c I C(SAT) I CQ Reta de carga CA M M 2 I r (corte) PP PP CEQ CQ c ou 2 V (saturação) Reta de carga CC V CEQ V CE(CORTE) V CEQ ICQrc V CC V CE

12 Exemplo 10 V 12 k 2,2 k 50 BC547B v saída 2,7 k v g v ent 3k 800 Determine: a) Reta de carga CC. b) Reta de carga CA. c) A máxima excursão do sinal de saída. d) O valor máximo do sinal de entrada de modo a não haver ceifamento no sinal de saída.

13 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 5.3 Amplificador Classe A

14 Amplificador Classe A Operação em classe A: o transistor opera na região ativa durante todo o ciclo do sinal de entrada (360 ). V CC I1 I2 I I I F 1 2 R 1 R C C acoplamento R g C acoplamento Q 1 v saída R L v g v ent R 2 R E C derivação

15 Amplificador Classe A a) Ganho de tensão sem carga: A v R r C ' e b) Ganho de tensão com carga: A vc r r c ' e c) Ganho de corrente: A i i i c b d) Ganho de potência: A A A p vc i

16 Amplificador Classe A e) Potência na carga: 2 vlrms PL vlrmsilrms R L v 2 Lpp 8R L f) Potência máxima na carga: P Lmax M 8R 2 PP L g) Potência dissipada no transistor: PD VCEQ ICQ

17 Amplificador Classe A h) Corrente média extraída da fonte CC: V I e I I I I I CC 1 2 CQ F 1 2 R1 R2 i) Potência extraída da fonte CC: PF VCC IF j) Rendimento: P Lmax P F 100

18 Exemplo 10 V 12 k 2,2 k 50 BC547B v saída 2,7 k v g v ent 3k 800 Determine: a) O ganho de tensão com carga. b) O ganho de corrente. c) O ganho de potência. d) A potência máxima na carga. e) A corrente drenada da fonte CC. f) A potência extraída da fonte CC. g) O rendimento do amplificador.

19 Experiência 8 Faça o pré-laboratório da Experiência 8.

20 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 5.4 Amplificador Classe B

21 Amplificador Classe B Operação em classe B: o transistor opera na região ativa durante metade do ciclo do sinal de entrada (180 ). Transistores polarizados na região de corte: baixa dissipação de potência sem sinal de entrada (idealmente zero). Conseqüências: baixas perdas (dissipação de calor) no transistor, ocasionando um alto rendimento.

22 Circuito Push-Pull Arranjo complementar em que cada metade do circuito é responsável por transferir para a carga meio ciclo do sinal de entrada (semiciclo positivo ou negativo).

23 Circuito Push-Pull com Transistor Bipolar

24 Circuito Push-Pull com Transistor Bipolar Ciclo positivo: transistor npn polarizado diretamente pelo sinal de entrada. Transistor pnp no corte. Ciclo negativo: transistor pnp polarizado diretamente pelo sinal de entrada. Transistor npn no corte.

25 Retas de Carga CC e CA V CC Q 1 I C vg Q 2 RL V 2R CC L I C(SAT) Reta de carga CA Reta de carga CC Reta CC: I V C(sat) CE(corte) V /2 CC I Ponto Q: V CQ CEQ 0 V CC /2 Reta CA: I V C(sat) CE(corte) V CC 2R V L CC /2 V /2 V /2 CC CC M PP V V CE CC

26 Problema: Distorção por Cruzamento Enquanto o sinal de entrada estiver entre -0,7 e 0,7 V, ambos os transistores estão cortados (chave aberta). Conseqüência: tensão nula na carga quando da passagem do sinal de entrada por zero (distorção).

27 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 5.5 Amplificadores Classe AB

28 Amplificador Classe AB Para evitar a distorção por cruzamento, deve-se ajustar o ponto quiescente um pouco acima do corte. Assim, a condução dos transistores varia entre 180 (classe B) e 360 (classe A). Por estar entre as classes A e B, esse tipo de amplificador é classificado como classe AB.

29 Retas de Carga CC e CA Para evitar a distorção por cruzamento, deve-se ajustar o ponto quiescente um pouco acima do corte: I C V 2R CC L I C(SAT) Reta de carga CA Reta de carga CC Regra prática: fazer o valor de I CQ de 1 a 5% do valor de I C(sat) ICQ 0 V CC /2 V CE Conseqüência: o valor da M PP diminui levemente.

30 Polarização por Divisor de Tensão +V CC R 1 Q 1 I CQ Problema: a variação da temperatura altera a tensão V BE dos transistores e, consequentemente, a corrente I CQ (instabilidade térmica). R 2 2V BE vg R 2 RL Q 2 R 1 Q 1 e Q 2 complementares.

31 Espelho de Corrente +V CC Como a corrente de base é baixa, I D I R. I R R I C Se a curva ID x VBE do diodo for parecida com a curva I E x V BE do transistor, I E I D. I D V BE Q 1 I E Como a corrente de base é baixa, I C I E. Logo, controlando-se o valor do resistor R, controla-se a corrente no coletor do transistor. Circuito estável termicamente.

32 Polarização por Diodo +V CC R 1 Q 1 I CQ Utiliza dois espelhos de corrente, um npn e outro pnp. 2V BE vg RL Q 2 R 1 Q 1 e Q 2 complementares.

33 Amplificador Classe B (AB) a) Potência na carga: 2 vlrms PL vlrmsilrms R L v 2 Lpp 8R L b) Potência máxima na carga: P Lmax M 8R 2 PP L c) Potência dissipada no transistor: P D M 40R 2 PP L

34 Amplificador Classe B (AB) d) Corrente média extraída da fonte CC: I e I 0,318I I I I 1 2 C(sat) F 1 2 e) Potência extraída da fonte CC: PF VCC IF f) Rendimento: P Lmax P F 100

35 Exemplo 4,7 k +30 V Q 1 I CQ Determine: a) O ponto de operação. b) A M PP. c) As retas de carga CC e CA. d) A potência da fonte CC. e) A potência máxima na carga. f) O rendimento do amplificador. vg 50 Q 2 4,7 k

36 Experiência 9 Faça o pré-laboratório da Experiência 9.

37 Instituto Federal de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Curso Técnico em Eletrônica Prof. André Luís Dalcastagnê Estruturas Analógicas 5.6 Amplificador de Áudio

38 Exemplo 10 k 4,7 k 10 V 10 k 3,9 k Q F R s 1F Q 1 Q 4 v s 2,2 k 100 4,7 k Q k 470 F 1k Terra Q 1 : Amplificador de tensão emissor-comum linearizado Q 2 : Amplificador de potência classe A funciona como um acionador de classe B Q e Q : Amplificador de potência classe B (AB) 3 4

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