Eletrônica (Amplificador Push-Pull) Prof. Manoel Eusebio de Lima

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1 Eletrônica (Amplificador Push-Pull) Prof. Manoel Eusebio de Lima

2 Amplificador classe B Este tipo de configuração permite mais ganho do que um transistor poderia fornecer sozinho. Este amplificador "pushpull (seguidor de emissor push-pull) é usado onde a saída de alta potência e fidelidade são necessárias: estágios da saída do receptor, moduladores AM, etc. Em geral possuem alta impedância de entrada, baixa impedância de saída e alta eficiência. Uma vantagem deste tipo de montagem é que nenhuma potência é dissipada nos transistores de saída quando não existe sinal sendo aplicado a entrada. (Amplificadores classe A requerem corrente considerável para polarização) Estes amplificadores, denominados classe B, permitem que a corrente do coletor flua apenas por 180 o do ciclo ca em cada transistor. 2

3 Amplificador classe B Analogia: Um bomba ligada a fonte e outra ao sumidouro 1. Quando uma bomba é acionada a outra é desativada 3

4 Transistor off até Vin > +0,7 V BE Transistor off até Vin < - 0,7 V BE 4

5 Os transistores são apenas adequadamente polarizados nas áreas em azul. 5

6 Circuito Push-Pull Quando um transistor opera na classe B, ele ceifa um semi-ciclo. Para evitar distorções no sinal de entrada dois transistores são usados em uma configuração push-pull. Isto quer dizer que um transistor conduz em um semi-ciclo e o outro no outro semi-ciclo. Um problema neste tipo de circuito é a distorção do sinal de saída para entradas próximas de 0V. A fim de se evitar este problema (cross distortion), ambos os transistores deveriam estar ligeiramente polarizados, o que pode ser conseguido incluindo-se diodos (0,7V) ou resistores para uma prévia polarização. 6

7 Push-Pull Análise CC Polarização do circuito Polarizar ambos os transistores no corte, garantindo uma tensão entre base e emissor dos transistores entre 0,6 e 0,7V. Isto pode ser garantido com a inclusão dos dois diodos. Polarizar por diodo também evita a deriva térmica, garantindo a polarização sem problemas dos transistores. O uso de resistores pode afetar o ponto de operação com a mudança de temperatura. I CQ Na polarização I CQ 0 V CE = V CC /2 Como os diodos são iguais, a tensão nos diodos dos emissores são iguais V CE = V CC /2 7

8 Amplificador Push-pull-circuito típico Seguidor de emissor npn Polarização dos transistores no corte Capacitor de desacoplamento Capacitor de desacoplamento A tensão entre diodos é 2V BE, assim como a tensão no capacitor (ponto Q) Seguidor de emissor pnp Resistência R 1) Fornece corrente de base a Q1 e de polarização a D1 2) Fornece corrente de base a Q2 e de polarização a D2 8

9 Curva de carga (ponto Q) Como não existe resistor para controlar a corrente nos coletores e emissores dos transistores, a corrente de carga é infinita (teoria), no comportamenteo DC. Isto que dizer que a reta de carga é vertical. I ca(máxima) (V CC /2R L ) V cc /2 Corrente máxima no coletor do transistor(ca) /2 9

10 Polarização classe B i CQ /2 Professor: Jairo Bertini 10

11 Polarização do amplificador Análise DC A corrente do coletor iguala-se a corrente do diodo. I d I C, com I b 0 ma Como as curvas características dos diodos são iguais as curvas V BE dos transitores, a corrente dos diodos é aproximadamente igual a corrente do coletor no ponto Q. Considere na polarização que I b <<I d. 2V BE I d I b I b I d = I C I C =(V CC -2V BE )/2R I C =I E 2V BE A corrente de polarização é bem pequena(ver curva de carga 1 a 2 ma), daí pouca potência na polarização I d =I c Id I Ic 1,4 V 11

12 Análise CA Ic(max) Quando Q 1 conduz, Q 2 corta e a tensão de saída é positiva. O capaciotr C L é carregado para 0.5 V CC. I c (max) = I 0 (max) = (Vcc/2)/R L e a corrente de base é dada por: I B (max) = I C (max)/β I B(max) Ic(max) A resistência R max para garantir a corrente máxima na base pode ser dada aproximadamente por: R max = [V CC - (0.5V CC +V BEQ1 +V o(max) )]/I B(max) V BEQ1 V o(max) (max) Quando Q 1 conduz, Q 2 está em corte. A tensão de saída é positiva e o capacitor C L é carregado para 0.5 Vcc. 12

13 Circuito equivalente (modelo CA) i c r e r e i e = i c +i b =β i b +i b = i b (β+1) Z in = R R (β+1)r L r e i e Considerando R >> r e Z in(base) V in /i b = i e (R L +r e )/ i b =(β+1)i b (R L +r e )/ i b =(β+1)(r L +r e ) Considerando que R L >> r e, Z in(base) = (β+1)r L Ganho de tensão = V o /V in = i e.r L /i e (R L +r e ) = R L /(R L +r e ). Se R L >> r e, V o /V in = R L /R L,ou seja, o ganho de tensão (Vin Vout) é aproximadamente igual a 1. 13

14 Eficiência Potência média máxima teórica de saída pode ser dada por: P (max) = (I 2 (max).r L )/2=((V cc2 /(2 2 R L2 )). R L )/2= V cc2 /8R L Considerando que a dissipação de potência sobre o circuito de polarização é nula. (I c bem pequena) (DC) Observe que: 1. o transistor npn é ON (Q 1 )durante o ciclo positivo da tensão de saída, carregando capacitor. 2. Durante o ciclo negativo da tensão de saída, o transistor pnp (Q 2 ) está ON e o capacitor C o alimenta. A potência alimentada pela fonte durante o meio-ciclo negativo é zero 14

15 Eficiência Assim, a potência média máxima (potência de entrada ) fornecida aos transistores pela fonte é dada, considerando apenas meio ciclo, por: P avg(max) = I max.v CC /π = V 2 cc/2πr L A eficiência máxima obtida pode ser dada por: η = P (max) /P avg(max) = π/4= ou 78,54% 15

16 Amplificadr Push-pull Projetar um amplificador Push-Pull conforme figura abaixo de 2W de potência para um speaker de 8Ω sobre a freqüência de 20 a 20KHz. A fonte de alimentação DC é de 24V. Os transistores npn e pnp possuem β=100 e V BE =0,7V. 16

17 Cálculo 1. Valor efetivo (rms) da corrente no speaker: I o(rms) = (2/8) 1/2 = 0,53A 2. Corrente de pico no speaker I o(max) = 2 1/2 *0,53 = A 3. Tensão de pico V o(max) = I o(rms) *R L = 6.064V 4. Cálculo de I B(max) I B(max) = I o(max) /(β+1) (corrente no emissor) I B(max) = I o(max) /(β+1) = ma 17

18 Polarização 5. Cálculo de R (resistência de polarização): R = [V CC - (0.5V CC +V BEQ1 +V o(max) )]/I B(max) R = [ ]V/7.505 ma = Ω R 680 Ω 6. Corrente de polarização (corrente nos diodos) I D = ( )/2*680 = ma 7. Corrente média no coletor: I C(avg) = I 0(max) /π = 0.758/π = mA 8. Corrente da fonte I S = I D + I C(avg) = = ma 18

19 Potência da fonte P S = (24V)*( mA)= W Capacitor (R L = carga do speaker = 8Ω) C L = 1/2πf c R L = 1/2π*20*8 = µf Consideremos C L = 1000 µf 19

20 Circuito equivalente R in = R R (β+1)r L R in = R R (β+1)r L = (8*101) = 239.3Ω V in(max) = V o(max) =6.064V I in(max) = V in(max) /R in =6.064/239.3= ma Ganho em corrente = A I = I o(max) /I in(max) =758mA/25.341mA = 29.9 Ganho em potência =

21 Linha de carga ac em Q 1 Q1 conduz durante ciclo positivo do sinal de entrada 21