Eletronica Geral II - Parte 1 - Amplificadores - 2014

Amplificadores: ConceitosDisciplina: Eletrônica Geral II

Prof. Roberto Soldi2014 - I

Conceitos

Amplificador: recebe um sinal de entrada, aumenta sua amplitude (o amplifica) e fornece um sinal de saída para um outro estágio ou um transdutor.

Importante: o sinal de saída deve ser uma réplica exata do sinal de entrada no que diz respeito àforma de onda do sinal (a diferença entre a entrada e a saída deveria ser apenas a amplitude).

Conceitos

Tipos:Amplificador de tensãoAmplificador de potênciaAmplificador de corrente

Conceitos

Classes:Classe AClasse BClasse ABClasse CClasse DOutras

Conceitos

Tipo de Sinal:ÁudioRFVídeo

Implementação:Componentes discretos *Integrados

Conceitos

Transistores Bipolares de Junção

Conceitos

Identificação dos terminais

Conceitos

Princípio de funcionamento

Conceitos

Alfa e Beta

O alfa de um transistor é a relação entre a corrente de coletor ( IC ) e a corrente de emissor ( IE ), com a tensão entre a base e o coletor ( VCB ) constante.

O beta de um transistor é a relação entre a corrente de coletor ( IC ) e a corrente de base ( IB ) com a tensão entre o coletor e o emissor ( VCE ) constante.

Aula Pratica

ConceitosLinearidade de um amplificador: Faz com que o sinal de saída do amplificador seja uma réplica exata do sinal de entrada, embora com maior amplitude.

Conceitos

Símbolos utilizados:

Conceitos

Ganho de tensão:

Conceitos

Ganho de Potência:

Conceitos

Rendimento:

Conceitos

Amplificador Classe A

Conceitos

Amplificador Classe B

ConceitosSaturação do amplificador:

Conceitos

Polarização:

Para obter amplificação linear: Polarização do circuito, que consiste na aplicação de uma corrente contínua de modo que o circuito funcione no centro da reta de carga.

Ponto Q: ponto de funcionamento estático (ou de quiescência).

Polarização

CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO EM EMISSOR COMUM

A principal desvantagem deste circuito é a sua susceptibilidade à variação do βCC.

Em circuitos digitais, com o uso de βCC(sat), isto não éproblema.

Mas em circuitos que trabalham na região ativa, o ponto de operação varia sensivelmente com o βCC.

Exemplo:No circuito ao lado determine a tensão VCE e a corrente IC.Considere β = 100

+12V+5V

390Ω33K

Polarização

Exemplo 1:No circuito ao lado determine a tensão VCE e a corrente IC.Considere β = 1001: Ib = (5 – 0,7) / 33K = 0,13 mA2: Ic = β x 0,13 mA = 13 mA3: Vrc = 390 x 13mA = 5,1 V4: Vce = 12 – 5,1 = 6,9 V

+12V+5V

390Ω33K

Polarização

Ib = 0,13 mAIc = 13 mAVce = 6,9 V +12V+5V

390Ω33K

Polarização

Ic sat = 30 mA

Exemplo 2:No circuito ao lado determine a tensão VCE e a corrente IC.Considere β = 200

1: Ib = (5 – 0,7) / 33K = 0,13 mA2: Ic = β x 0,13 mA = 26 mA3: Vrc = 390 x 26mA = 10,1 V4: Vce = 12 – 10,1 = 1,9 V

+12V+5V

390Ω33K

Polarização

Ib = 0,13 mAIc = 26 mAVce = 1,9 V +12V+5V

390Ω33K

Polarização

Ic sat = 30 mA

Exercício:No circuito ao lado encontre o valor de R2 para Vce ≈ 6Volts.β = 100

Polarização

Solução:1: Se Vce = 6V, então VRC = 6V. 2: Ic = 6 / 560 = 10,7 mA3: Ib = 10,7 / 100 = 0,107mA4: VR2 = 12 – 0,7 = 11,3V5: R2 = 11,3 / 0,107mA ≈ 105K

Polarização

Solução:Vce = 6V Ic = 10,7 mAIb = 0,107mA

Polarização

Icsat = 21,4 mA

Polarização

POLARIZAÇÃO POR DIVISOR DE TENSÃO

A principal evolução do circuito em relação ao polarização por base é de fixar uma tensão na base, via os resistores R1 e R2.

O valor de Ic deve ser bem maior que IB para a corrente IB não influenciar na tensão sob R2.

Como regra prática, considerar a corrente Ic 20 vezes maior que IB.

Polarização

REGRAS PARA ANALISE DE CIRCUITO:

1) Supor Ic>> IB

R22) VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2* a tensão VR2 não depende de βCC

VR2 - VBE 3) IE = ---------------

Polarização

4) VCC = IC (RC + RE) + VCE

VCC - VCE 5) IC = -----------------------

(RC + RE) * βCC não aparece na equação

Polarização

Exemplo: Encontre o VB, VE, VCE e IE para o circuito ao lado.

Aplicando a regra 2:

R22) VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2

1KVR2 = ----------- * 30 = 3,85V

6K8 + 1K

VR2 = VB = 3,85

Polarização

VR2 - VBE 3) IE = ---------------

3,85 - 0,7IE = ------------ => IE = IC = 4,2 mA

VE = IE RE = 4,2m*750 => VE= 3,15V

Polarização

30 = 4,2m * (3K + 750) + VCE

-VCE = 4,2mA (3,75K) -30 *(-1)

VCE = 30 – 15,75

VCE = 14,25V 3,15

Polarização

EXERCÍCIO Encontre o VB, VE, VCE e IE para o circuito ao lado. Considere:

R1= 4KΩR2= 600ΩRc= 1,8KΩRe= 450ΩVcc = 10V

PolarizaçãoREGRAS DE PROJETO1) VE = 0,1 VCC

2) VCE = 0,5 VCC

3) Para minimizar o efeito do βcc, considerar: R2 ≤ 0,1*βcc*RE (polarização por divisor de tensão firme). βcc: usar pior caso.

R25) VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2

Polarização

Exemplo: Polarizar um transistor por divisão de tensão firme. Dados: VCC= 10V, IC= 10mA e βcc= 100.

Regra 1: VE = 0,1 VCC

VE= 0,1*10=> VE=1VComo IE = ICRE= VE/IE = 1/10mARE = 100Ω

Regra 2: VCE = 0,5 VCCVCE= 0,5 * 10VCE = 5 V

Polarização

Regra 3: R2 ≤ 0,1*βcc*REUsar Bcc no pior caso: 100

R2 ≤ 0,1*100 *100 = 1000Ω

Regra 4: VCC = IC (RC + RE) + VCE10 = 10mA*(RC + 100) + 510 – 5 = 10mA*RC + 14 = 10mA*RC

4RC = ------------ => RC = 400Ω

Polarização

Regra 5:R2

VR2 = ---------------- VccR1 + R2

10001,7 = -------------- * 10

1000 + R1

1700 + 1,7*R1 = 100001,7*R1 = 10000 – 1700 = 8300R1 = 8300 / 1,7 => R1 = 4882Ω

Polarização

Exercício em sala:Projete um circuito de polarização por divisor de tensão com as seguintes especificações: VCC = 20V, IC = 5mA, 80< βcc < 400

VCC = 20V, IC = 5mA, 80< βcc < 400VE= 0,1*20=2VIE= ICRE= VE/IE => RE=400Ω

VCE= 0,5 VCC VCE = 10 V

R2 ≤ 0,1 * βCC * RER2 ≤ 0,1 * 80 * 400 => R2=3.200Ω

VCC = IC (RC + RE) + VCE20 = 5mA(RC + 400) + 1020 – 10 = 5mA*RC + 220 – 10 – 2 = 5mA*RCRC = 8/5mARC = 1600Ω

Polarização

Se VE = 2,0 -> VR2 = 2,0 + 0,7 = 2,7V

R2VR2 = ---------------- VCC

R1 + R2

32002,7 = ------------- * 20

3200 + R1

8640 + 2,7*R1 = 64.000

R1 = 20.500 = 20KΩ

Polarização

Aproxime os valores calculados para valores de mercado e recalcule o VCE:

PolarizaçãoExemplo: No circuito da figura abaixo, encontre as tensões VE e VCE de cada estágio:

Polarização

Exemplo: No circuito da figura abaixo, encontre as tensões VE e VCE de cada estágio:

R2VR2 = ---------------- VCC

R1 + R21K

VR2 = ----------- * 15 => VR2=2,27V5K6 + 1K

IE = (VR2 – 0,7)/RE2,27 - 0,7

IE = ------------ => IE=13,1 mA120

Polarização

VE = IE*RE = 13,1m*120VE= 1,57V

VCC = IC (RC + RE) + VCEVCE = VCC – IC*(RC+RE)VCE = 15-13,1m*(470+120)VCE=7,3V

Polarização

• Exercícios: 3.3, 3.4, 3.5 e 3.6 da apostila (paginas 25 e 26).

• Individual.• Entrega até o dia 18/03• Para cada dia de atraso haverá um desconto de 2 pontos.

• Cópia, ambos recebem nota zero.

Modelo de Ebers-Moll

Curva do Transistor

Reta de Carga

Reta de carga na curva do transistor

Reta de Carga

Amplificadores de SinalAo injetarmos um pequeno sinal ca à base do transistor, ele se somara às tensões cc de polarização e induzirá flutuações na corrente de coletor de mesma forma e freqüência.O circuito será chamado de amplificador linear (ou de Alta-Fidelidade - Hi-Fi) se a forma do sinal na saída for idêntica ao sinal de entrada.

Amplificadores de Sinal

Desde que a amplitude do sinal de entrada seja pequena, o transistor usará somente uma pequena parte da reta de carga e a operação serálinear.

Por outro lado se o sinal de entrada for muito grande, as flutuações ao longo da reta de carga levarão o transistor à saturação e ao corte.

Na figura ao lado a polarização épor divisor de tensão. A entrada do sinal é acoplada à base do transistor via o capacitor C1 e a saída do sinal é acoplada à carga RL através do capacitor C2. O capacitor funciona como uma chave aberta para corrente contínua

e como chave fechada para a corrente alternada. Esta ação permite transferir um sinal ca de um estágio para outro sem perturbar a polarização cc em cada estágio.

CAPACITOR DE ACOPLAMENTOO capacitor de acoplamento faz a passagem de um sinal ca de um ponto a outro, sem perda significativa do sinal. Na figura ao lado a tensão ca no ponto A é transmitida ao ponto B.

Para não haver atenuação apreciável do sinal, a capacitância reativa XC, comparada com a resistência em série (RTH + RL), precisa ser bem menor.RTH é a impedância do circuito anterior (ou gerador de funções).

Quanto menor a reatância capacitiva, melhor será o acoplamento, naturalmente não é possível uma reatância nula. Se a reatância for no máximo 10% da resistência total temos um acoplamento estabilizado. A fórmula da reatância capacitiva é:

1XC = --------

2πfCDuas incógnitas: a freqüência e a capacitância. Todo amplificador tem uma faixa de freqüências de operação. A escolha deve recair para o pior caso, ou seja, a menor freqüência do sinal.

A resistência total (R) é a soma de RL e RTH. Para um acoplamento estabilizado: XC ≤ 0,1R.

Exemplo: Suponha o projeto de um estágio com transistor na faixa de áudio, 20 Hz a 20kHz. O sinal de entrada entra no estágio via capacitor de acoplamento. Qual o valor mínimo para o capacitor se tivermos uma resistência total de 1 kΩ?

Solução: Cálculo do XC => Xc ≤ 0,1R => 0,1*1.000 =>100ΩA escolha da freqüência recai sobre a de menor valor f=20Hz.

Como:XC = 1 / 2πfC

Isolando C, temos: C = 1 / 2πfXC

Como Xc ≤ 100Ω, então1

C≥----------------------- = 79,6 uF2*π*20*100

A capacitância deve ser igual ou maior que 79,6 uF

Aula Pratica

Soma de sinais: CC + CA

Amplificadores de SinalCAPACITOR DE DESVIOUm capacitor de desvio é semelhante a um capacitor de acoplamento, exceto que ele acopla um ponto qualquer a um ponto aterrado, como mostra a figura ao lado. O capacitor funciona idealmente como um curto-circuito para um sinal ca.

Assim o ponto A está em curto com o terra no que se refere ao sinal ca. O ponto A pode ser designado de terra ca.

O capacitor de desvio não perturba a tensão cc no ponto A porque funciona como um circuito aberto para corrente cc.

O capacitor C3 da figura ao lado é um exemplo de capacitor de desvio. A sua função no circuito é a de aterrar o emissor para sinais ca e não interferir na polarização cc.

Normalmente todos os capacitores de acoplamento e desvio seguem a regra:XC <= 0,1R.

TEOREMA DA SUPERPOSIÇÃO PARA AMPLIFICADORES

Num amplificador transistorizado, a fonte cc estabelece correntes e tensões em repouso. A fonte ca produz então, flutuações nessas correntes e tensões.

A maneira mais simples de análise do circuito é dividindo a análise em duas partes: uma análise cc e uma análise ca.

(teorema da superposição).

Amplificadores de SinalCIRCUITO EQUIVALENTE CC

Significa a análise do circuito considerando a fonte VCC e desprezando a fonte VS. Somente correntes cc atuam neste caso e, portanto, os capacitores são desprezados. Procedimento:1- Reduzir a fonte ca a zero (considerar a fonte VS em curto).2- Abrir todos os capacitores.

Amplificadores de SinalCIRCUITO EQUIVALENTE CA

Significa a análise do circuito considerando a fonte VS e desprezando a fonte VCC. Somente correntes ca atuam. Os capacitores são considerados em curto.Procedimento:1- Reduzir a fonte cc a zero (considerar a fonte VCC em curto).2- Todos os capacitores em curto.

Obs.: 1- A corrente total em qualquer ramo é a soma das correntes cc e ca.

2- Igualmente a tensão total em qualquer ponto é soma das tensões cc e ca.

Amplificadores de SinalβCA - GANHO DE CORRENTE

ALTERNADAA figura mostra a curva IC x IB. βcc é a razão entre a corrente de coletor e a corrente de base. Como o gráfico não é linear, βcc depende do valor do ponto Q. O ganho de corrente ca (chamado de βcaou simplesmente β) é a relação entre a variação da corrente de coletor e a variação da corrente de base para pequenos sinais em torno do ponto Q.

icβ = --------

AMPLIFICADOR COM EMISSOR ATERRADO

Um aumento da tensão Vs, provoca uma aumento na corrente Ic, e uma diminuição na tensão VCE.A forma de onda na saída é invertida em relação à entrada.

O ganho de tensão é dado por:rc

Av = - -----r’e

Quando temos capacitor no emissor: r’e = 25mV / IE

rC = RL // RCRL pode ser a carga.Caso existe um estágio posterior, considerar RL a Zent do estágio seguinte.

Exercício: Dado o circuito a seguir, e considerando o modelo de pequenos sinais para os transistores, qual o valor aproximado para o ganho de tensão (Vo/Vi)?

Resposta: rc

Av = - ----- e r’e = 25mV / IE r’e

IE depende da tensão no emissor e depende do divisor de tensão R1 e R2Tensão em R2 = 16 . 3k / (16K+3K) -> VR2 = 2,53 VoltsVe = VR2 – 0,7 = 1,83IE = Ve / 1K = 1,83 / 1K = 1,83 mAr’e = 25mV / 1,83 mAr’e = 13,66

rC = RL // RC neste caso rC = RC pois não há carga.Av = 3,5 K / 13,66Av = 256

REALIMENTAÇÃOQuando uma parte do sinal de saída de um circuito éaplicado de volta á entrada do mesmo, dizemos que houve uma realimentação no circuito.

Quando o sinal aplicado novamente à entrada do circuito possui a mesma fase que o sinal existente na entrada, este processo é designado como realimentação positiva.

Por outro lado, se o sinal reaplicado na entrada tiver fase oposta ao sinal já existente na entrada, o nome dado é realimentação negativa.

A realimentação negativa é mais aplicada nos amplificadores e, a realimentação positiva, na maioria dos circuitos osciladores.

A realimentação negativa em amplificadores tem como desvantagem a diminuição do ganho. A sua grande vantagem éestabilização do circuito.

AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARCIALNo amplificador de emissor comum a tensão de saída éinversamente proporcional a r’e. E o valor de r’e depende do ponto de operação.

Isto é um problema para a tensão de saída, pois, ela se torna susceptível as variações de temperatura e troca de transistor.

Amplificadores de SinalUma opção para estabilizar o ganho de tensão é deixar uma certa resistência de emissor sem ser desviada. Esse resistor não desviado recebe o nome de resistor de realimentação porque ele produz uma realimentação negativa.

rcAv = -----------

r'e + RE1

r’e = resistência do emissorEm geral RE1 >> r’e

IMPEDÂNCIA DE ENTRADA

Na maioria das aplicações a fonte vs tem uma resistência em série como mostrado na figura ao lado:

No circuito equivalente, pode-se ver um divisor de tensão do lado da entrada do transistor. Isso significa que a tensão cana base será menor que a tensão vs.O divisor de tensão é formado pelo resistor RS e os resistores R1 //R2.

A impedância de entrada do estágio (Zent) é a resultante do paralelo de R1, R2 e Zbase:Zent = R1 // R2 // ZbaseZent = R1 // R2 // β*r’e

No amplificador com realimentação parcial, aplica-se a mesma regra, a única diferença é a impedância de entrada da base. Ela será:Zbase = β(r’e + RE1)

Dado o circuito a seguir, e considerando o modelo de pequenos sinais para os transistores, qual o valor aproximado para a impedância de entrada da estrutura?A) 250 Ω.B) 2,5 kΩ.C) 700 Ω.D) 500 Ω.E) 1 kΩ.

Zent = R1 // R2 // β*r’er’e = 25mV / IEr’e = 13,66 (exercício anterior)

Zent = 16K // 3K // 125 . 13,66Zent = 16K // 3K // 1707Zent ~ 1K

IMPEDÂNCIA DE SAÍDAA impedância de saída (sem contemplar a resistência de carga RL) é dada por: Zo = rc

ESTÁGIOS EM CASCATA

A polarização cc é analisada individualmente, os capacitores de acoplamento isolam os dois estágios entre si e também da entrada VS e saída RL (o resistor de carga pode, por exemplo, estar representando um terceiro estágio).

Os dois estágios são idênticos para polarização cc.VB= 1,8V VE= 1,1V IE= 1,1mA VC= 6,04V

Com o valor de IE, tem-se r’e : r’e = 25mV / IE r’e = 22,7Ω

ANÁLISE DO PRIMEIRO ESTÁGIO

O segundo estágio age como uma resistência de carga sobre o primeiro. O valor desta carga é a impedância de entrada do segundo estágio Zentb.

Supondo β = 100:Zentb = R1A // R2A // β*r’e = 10K // 2K2 // 100*22,7 = 1KΩ

Na Figura, RC está em paralelo com Zentb:rc=RC//Zentb =3,6k//1k =783Ω

O ganho de saída do primeiro estágio é:AV= -783/22,7 = -34,5

Amplificadores de SinalO primeiro e segundo estágios tem a mesma impedância de entrada

1KVb = ------------- * 1m = 0,625 Vpp

1K + 600

Logo a tensão ca de saída do primeiro estágio é:

VC=-34,5*0,625=-21,6mVpp

ANÁLISE DO SEGUNDO ESTÁGIODevido ao capacitor de acoplamento entre os dois estágios, a tensão ca na base do segundo é igual a -21,6mVpp. rc=RC//RL =3,6k//10k =2647Ω

O segundo estágio tem um ganho de tensão de: AV= -2,65k/22,7= -117

Por fim, a tensão de saída éVsaída= -117*-21,6 mV= 2,53Vpp.

O ganho de tensão total é a razão entre a tensão de saída do segundo estágio pela tensão de entrada:

AVT = Vsaída 2°est. / Ventrada 1°est.= 2,53/0,625m= 4048ou seja, o ganho de tensão total é: AVT= AV1*AV2

TRANSISTOR DARLINGTONA corrente da base do segundo transistor vem do emissor do primeiro transistor. Portanto, o ganho de corrente entre a primeira base e o segundo emissor é: β =β1*β2

A principal vantagem da conexão Darlington é a alta impedância de entrada olhando para a base do primeiro transistor: Zent(base)= β * RE

Opera com como um único transistor com um βCC

entre 1.000 e 20.000. Ele pode ser tratado como um transistor comum exceto pelo valor de β e também pelo valor de VBE que passa a ser a soma dos dois VBE’s (1,4V).

Exercícios do capítulo 4 Para dia 22/04 (dia da prova)Valendo notaEm caso de cópia será dado nota zero para ambos

• Amplificador de Coletor Comum(seguidor de emissor):

• Ao se conectar a carga em um amplificador EC, o ganho de tensão diminuí. Quanto menor a resistência de carga, menor será o ganho. Esse problema é chamado de sobrecarga.

• Uma forma de evitar a sobrecarga é usar um amplificador cc (coletor comum), também conhecido como seguidor de emissor.

• O seguidor de emissor é colocado entre a saída do amplificador EC e a resistência de carga.

• Como o coletor está no terra para ca, ele é um amplificador coletor comum (CC). O gerador de sinal está acoplado à base do transistor por meio de um capacitor de acoplamento.

• Ganho de tensão (Av) =1• Impedância de entrada muito alta: Zent = R1 // R2

Exercício: Dado o circuito a seguir, e considerando o modelo de pequenos sinais para os transistores, qual o valor aproximado para o ganho de tensão (Vo/Vi)?

A) 95.B) 125.C) 35.D) 25.E) 75.

Solução: Considerar os dois estágios em separado. No primeiro o ganho de tensão é dado pela fórmula:

rcAv = -----------

r'eO segundo estágio é um seguidor de sinal, com ganho =1 (tem ganho apenas de potência):

Primeiro estágio (ex anterior) -> r’e = 13,66 ΩZenta = R1A // R2A // β*r’e = 16K // 3K // 125*13,67 = 1KΩ

rC = RL // RC Neste caso: RL = Zent do segundo estágio

Segundo estágio:Zent = R1 // R2 (Emissor comum)R1 = R2 = 22K R1 // R2 = 11KZent = 11K

Amplificadores de SinalGanho no Primeiro estágio:AV = rC / r’erC = Zent (2o estágio) // RCrC = 11K // 3,5K rC = 2,6KAV = 2,6K / 13,66 ~ 191

A pergunta era: Vo / ViComo Zent (1º estágio) = 1KΩTemos um divisor de tensão:Pelo divisor de tensão teremos na base do TR1:Vent = 1K / 2K = 0,5Então Vo/Vi = AV x 0,5 = 191 x0,5 Vo/Vi = 95

Amplificador de Base Comum:

O ganho de tensão é o mesmo que do amplificador emissor comum sem realimentação parcial, apenas a fase é diferente.Uma das razões para o pouco uso do amplificador BC é sua baixa impedância de entrada. A fonte ca

que aciona o amplificador BC vê como impedância de entrada:

Ze = R’e

Amplificadores de Potência

Principais Classes• A• B• AB• C• D, G, H, I, T• Integrados

Classe A:Ângulo de condução θ=360°O ponto de operação do transistor de saída estálocalizado no centro da região ativa e neste caso a polarização do transistor de saída é semelhante àpolarização de transistores de baixo sinal.

Amplificadores de PotênciaA potência de saída, é uma referência apenas à potência útil entregue à carga. A potencia em RC/RE/Transistor é perdida.

PL = ------- (VL = tensão eficaz na carga)RL

(Vpp)2

PL = -------------8 RL

Vpp é o valor máximo de pico a pico da tensão ca (sem ceifamento). No denominador tem o número 8 resultante da conversão de RMS para pico a pico.

Eficiência:

PL η = ------- 100% (PF = Potencia CC dissipada)

Quanto maior a eficiência do amplificador, melhor. Amplificadores classe A tem baixa eficiência: no máximo 25% (teoricamente). Isso ocorre por causa de perdas de potência nos resistores de polarização, de coletor, de emissor e transistor.

Amplificadores de PotênciaCLASSE BGeralmente os amplificadores de potência classe B e AB utilizam dois transistores de potência num montagem denominada push-pull.

No amplificador classe B, cada um dos transistores de saída é polarizado num ponto de operação situado na região de corte do transistor, isto é, VBEQ =0.

Desta maneira, a corrente de coletor de cada transistor, circula durante um ângulo de condução θ=180°, ou seja, a cada semiciclo do sinal de entrada VBE.

VccVCEQ = -------

RLAv = -----------

RL + r’e

A impedância de entrada na base com carga é:Zent(base) = β(RL + r’e) -> sendo r’e = 25mV / IE

Eficiência η máxima teórica: 78,5%

CLASSE ABA diferença para a classe B, é que cada um dos transistores de saída é polarizado num ponto de operação situado um pouco acima da região de corte do transistor, (VBEQ>0).

Cada um dos transistores conduz uma pequena corrente de base e, conseqüentemente, uma corrente de coletor proporcional a ela.

A corrente de coletor de cada transistor, circula durante um ângulo de condução de θ >180°, porém, menor que 360°.

CLASSE ABA eficiência teórica fica entre 50% e 78,5%.

A grande vantagem é a eliminação da distorção por crossover.

CLASSE CNo amplificador classe C a polarização estáabaixo da tensão de corte: apenas uma parte de um semicicloestá presente na saída.

O trabalho com uma parte de um semiciclo aumenta a eficiência energética em comparação com a classe B.

No entanto, não pode ser empregado como amplificador de áudio porque o sinal não pode ser restaurado.

Amplificadores classe C podem ser usados em etapas de potência de transmissores de radiofreqüência, onde filtros e circuitos ressonantes posteriores restauram o sinal e eliminam harmônicos.

CLASSE DNos amplificadores classe D, os transistores operam como chaves, isto é, estão cortados ou saturados.

Se fossem ideais, a eficiência energética seria 100%. Como isso não existe, os valores práticos são menores, mas chegam perto de 90%.

Operação: Os Transistores são comandados por um sinal Vcproveniente de um comparador que, por sua vez, compara um sinal triangular com o sinal da entrada que queremos amplificar.Vc será negativo se Ve > Vt e positivo se Ve < Vt. Se Vc é negativo, Q1 está conduzindo e Q2 cortado (Vm ≈ +Vcc)Se Vc é positivo, Q1 está cortado e Q2 conduzindo (Vm ≈ -Vcc).

Amplificadores de PotênciaO filtro passa-baixas formado por L e C deixa passar o valor médio da onda quadrada que chega ao alto-falante, recompondo o sinal senoidal. R1 e C1 compensam a reatância indutiva do alto-falante de forma que ele seja visto como uma carga resistiva.Para uma boa aproximação, a freqüência do sinal triangular deve ser muito superior à do sinal de entrada. Valores típicos estão na faixa de 100 kHz a 1 MHz, dependendo da fidelidade desejada.

Classe G: Trabalha como um classe A em pequenas potências e como um classe AB em grandes potências possuindo rendimento em torno de 70%;

Classe H: É um classe AB que trabalha com dois níveis de tensão de alimentação. Um nível mais baixo para baixa potência e outro nível de tensão de alimentação maior para potências maiores, com isso os componentes dissipam menos energia conseguindo um rendimento maior. A desvantagem é a distorção causada pela comutação das fontes para um determinado nível de sinal. Possui rendimento em torno de 70%;

Classe I: Similar ao classe A mas a alimentação desse estágio é feita por um controlador do tipo classe D (modulação por pulso), com isso o amplificador classe A recebe somente energia o suficiente para alimentar a si próprio e a carga (alto-falante). Desta forma, variando a fonte de alimentação o classe I possui rendimento em torno de 75%;

Classe T: Seu funcionamento é parecido com um classe D mas possui bem menos distorção e pode trabalhar em toda a faixa audível (20Hz a 20KHz). O sinal de áudio entra no amplificador, é transformado digitalmente através de algoritmos em um sinal digital de frequência variável até 1.5MHz que depois é amplificado. Seu rendimento está em torno de 90% e possui menos distorção que um classe D.

Amplificador Integrado:

Exemplo

Projeto (15% da nota final):

Bibliografia:Apostila Eletrônica - Prof. Roberto Angelo Bertoli. V3 setembro, 00. DEPARTAMENTO DE ELETRO-ELETRÔNICA, COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP

Transistores de Potência

Transistor Bipolar de Potencia (BPT)

Referência Características

Aplicações Caixa Pinagem

BUT102 400/300V, 50A, 300W

ChaveamentoPotencia

1-Emissor2-Base3-Coletor

BUT98 850/450V, 30A, 200W

ChaveamentoPotencia

1-Base2-Coletor3-Emissor4-Coletor

BUT11 850/400V, 5A, 100W

ChaveamentoPotencia

1-Base2-Coletor3-Emissor4-Coletor

Transistor Operando como Chave

Saturação:

IB é maior que IBSAT (garante a saturação)

Junção CB: diretamente polarizada, VCB varia de 0,4V a 0,5V.

Corte:

IB e IC: aproximadamente zero

Junção CB: diretamente polarizada, VCB= Vcc

Tensão e Corrente no Transistor

A potência dissipada pelas duas junções é dada por:

VBE = 0,7 voltsIB = pequena

Regiões de Operação

1 – Corte:Ib = 0 e Ic = 0 ->

P = VBE . Ib + VCE . Ic -> P = 0

2 – Saturação:Ib ≠ 0 (mA) VBE = 0,7V VCE ≈ 0 ->

P = VBE . Ib + VCE . Ic -> P ≈ 0

3 – Ativa ou Transição:Ib ≠ 0 (mA) VBE = 0,7V

Ic ≠ 0 e VCE ≠ 0 -> P ≈ VCE . Ic

Passam para o estado ligado em menos de 1µs e para

desligado em menos de 2µs. São usados em aplicações

cuja freqüência chega à 100 kHz

DISPOSITIVOCAPACIDADE DE

POTÊNCIAVELOCIDADE DE CHAVEAMENTO

Transistor Bipolar Média Média

MOSFET Baixa Rápida

GTO Alta Lenta

IGBT Média Média

MCT Média Média

Tipos de Chave

Características Físicas

Materiais utilizados na fabricação do transistor:

– Silício (Si);

– Germânio (Ge);

– Gálio (Ga);

– Alguns óxidos;

Modelos de Transistores

Aplicações no Campo da Eletrônica

Controle das deflexões verticais e horizontais de

dispositivos CRT (tubo de raios catódicos) que operam

em alta tensão;

Conversores de tensão, Fontes chaveadas

Ignição automotiva, reatores eletrônicos para lâmpadas;

Amplificação de sinais de áudio em aparelhos de som

(substituto das válvulas);

Aplicações no Campo da Potência

Circuito de potencia para interfaceamento entre carga e o respectivo sistema de controle (CLP´s e FPGA´s), atua como chave no acionamento do relé:

Eletronica Geral II - Parte 1 - Amplificadores - 2014

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