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Electrónica II

© Jorge Guilherme 2009 #1

INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR

Escola Superior de Tecnologia de TomarDepartamento de Engenharia Electrotécnica

ELECTRONICA II

Eng. Jorge Guilherme

Electrónica II


Bibliografia:• Manuel de Medeiros Silva, "Circuitos com Transístores Bipolares

e MOS", ed. F.C. Gulbenkian, 1999.• Paul Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis and Robert G. Meyer,

Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley & Sons, 2001.

• R. Jacob Baker, CMOS Circuit Design, layout and Simula tion”Wiley-IEEE Press 2004 .

• Jack Smith “ Modern Communication Circuits” MacGraw-Hill 1986.

• Sedra/Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, 1998.

• Herbert Taub and Donald Shilling “ Digital Integrated Electronics”MacGraw-Hill 1977.

• Thomas H. Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, Cambridge University Press, 1998.

Electrónica II


Avaliação:

•Trabalhos 25%•Projecto 15%•Exame 60%

Electrónica II


Andares de saída

Electrónica II


Andares de saídaClasses de funcionamento:

Classe A Classe B

Classe AB Classe C

Electrónica II


Andar em classe A+Vcc

Q1Vi

RL

Vo

I

-Vcc

os

L

o

Tis

cTbe

L

oc

obei

VI

RV

IVV

II

VV

RV

II

VVV

++++

++++====⇒⇒⇒⇒

====

++++====

++++====

ln.ln.

Vo=-I.RL, valor mínimo da tensão Vo

saturação

Electrónica II


(((( )))) LRIIcVccVce −−−−−−−−====

IoVoPL .21====

L

sat

RIVo

VceVccVo

.min

max

====−−−−====

IVceVcc

R satL

−−−−====min

IVcc

RL ====Valores máximos para

(((( ))))IVccP

IVceVccP

s

L

.221

max

====

−−−−====

%25

141

max ====

−−−−========

ηηηη

ηηηηVcc

VcePP sat

s

LRendimento

Para máxima excursão de sinal

Se Vcesat = 0

Electrónica II


(((( )))) (((( ))))(((( ))))(((( ))))

2.

)2cos(12

.

)(sin1.

)sin(1)sin(1

.

1

1

21

1

IVccP

tIVcc

P

tIVccP

tItVccP

IcVceP

c

c

c

c

tr

====

++++====

−−−−====

−−−−++++========

ωωωω

ωωωωωωωωωωωω

Potência dissipada no transístor Q1

Valor médio da potência

Electrónica II


V π r π gm.V π

RL

Vin

Vo

Rs ib

β ib

Modelo incremental

(((( )))) (((( )))) (((( ))))

(((( ))))

(((( ))))(((( ))))

(((( ))))

(((( )))) (((( )))) (((( ))))1

1111

11

11

1

1 1

≈≈≈≈++++++++

≈≈≈≈++++

++++++++

++++

====++++

++++++++

====

++++++++++++++++====

++++++++++++

++++++++

====

++++−−−−====

−−−−++++

++++====→→→→++++====

L

L

L

L

L

L

L

L

L

L

LL

Rgm

RsR

RrRs

R

RrRsR

ViVo

RrRsViR

rRsR

VirRs

R

Vo

rRsVoVi

ib

VoVirRs

RVoibRVo

ββββββββππππ


ββββππππββββ

ππππββββππππ

ββββ

ππππ

ππππββββββββ

LL Rgm

RsR

rRsRo //

1//

1

++++≈≈≈≈

++++++++====


Resistência de saída

Electrónica II


+Vcc

Q1

Vi

RL

Vo

IQ

-Vcc

Amdar de saida em emissor comum

L

OO

cQO

RV

I

III

====

−−−−==== 1

−−−−−−−−==== Q

VV

SLO IeIRV T

i

−−−−−−−−====⇒⇒⇒⇒====

−−−−−−−−====

++++

11

1

T

s

T

be

T

bes

VV

QLOV

V

SQ

QV

VV

SLO

eIRVeII

IeIRV

nsnsssO

T

s

T

s

T

sQLO

VaVaVaVaV

VV

VV

VV

IRV

++++++++++++++++====

++++

++++

++++−−−−====

L

L

33

221

32

61

21

Distorção Harmonica

1

224

23

22

a

aaaaTHD n++++++++++++++++

====L

Electrónica II


Andar em classe B

+Vcc

Q1Vi

RL

Vo

-Vcc

Q2

Distorção de cruzamento

Electrónica II


Vi

Vo

Ic1 Vo/RL

Ic2

-Vo/RL

t

t

t

LS

T

S

RVo

I

dttIcT

I

ππππ1

)(1

0

====

==== ∫∫∫∫Corrente na alimentação

VoR

VccIVccP

LSS ππππ

2.2 ========

LL R

VoP

2

2

====

Potência dissipadana alimentação

(((( ))))%6.78

4

4

max →→→→−−−−====

====

CC

CEsatCC

CC

O

VVV

VV

ππππηηηη

ππππηηηη

Para Vcesat=0

Electrónica II


LD

LLLSD

RVcc

P

RVo

RVoVcc

PPP

2

2

2max

2

2.2

max ππππ

ππππ

====

−−−−====−−−−====

Potência dissipada nos transístores

Electrónica II


11

13 R

VVR

VVI beCCCC

C

−−−−====−−−−====

23

1

1

1

111

111

11

13

1

besatCECCO

LF

beCCO

LbFLCO

ObebCC

beCCCCC

VVVV

RRVV

V

RIRIV

VVRIV

RVV

RVV

I

++++++++−−−−====

++++

−−−−====

========

++++++++====

−−−−====−−−−====

−−−−

++++

++++

++++

ββββ

ββββ

Electrónica II


Simulação de um andar em classe B

Electrónica II


Linearização

+Vcc

Q1

Vi RL

Vo

-Vcc

Q2

D1

D2

IQ

+Vcc

Q1

Vi

RL

Vo

-Vcc

Q2

-Vbe2

Linearização com ampop

Electrónica II


Realização pratica

+Vcc

Q1

Vi

RL

Vo

-Vcc

Q2

IQ

R1

Q3

Q4

Q5

+Vcc

Q1

Vi

RL

Vo

-Vcc

Q2

Q3

Bias

Multiplicador de Vbe

Electrónica II


Transístor composto

Q1

Q2

Vbe

C

E

B

(((( )))) IbIcIc 122 11 ββββββββββββ ≈≈≈≈++++====

+Vcc

Q1

RL

Vo

-Vcc

Q2

Q3

mesmo

dissipador

Vi

Andar quase-complementarDarlington

Electrónica II


Polarização com seguidores de emissor

Andar de saida apenas com transistores NPN

Electrónica II


Amplificador com andar de entrada com ampop

Electrónica II


Amplificador em classe G

Electrónica II


Amplificador em classe G

Quando a amplitude do sinal é maior ligam-se Tr6 e Tr8

Electrónica II


Q1

R1

Q4

I1

Io

Protecção de curto circuito

I1

Io

Vbe/R1

1max RVbe

Io ====

Qa

R1

R2

Qb

Protecção térmica

•Operação normal VR2 < Vbe•Protecção térmica. Vz aumenta com a temperatura o que faz Qb conduzir e desviar corrente de polarização do andar de potência

Limitação da corrente máxima em R1

Electrónica II


Circuito de protecção de curto circuito

Electrónica II


Montagem em ponte

Electrónica II


Montagem em ponte

A A

RL

-1

Vin Vo1 Vo2

+Vcc

-Vcc

+Vcc

-VccVonormalandarL

LLLL P

RVcc

RVcc

RVo

P

VccVo

VoVoVoVoVo

4

22

42

2

2112

222

max

================

====−−−−====⇒⇒⇒⇒−−−−====

Q1

R

Vin

R

+Vcc

-Vcc

V1 = -V2

V2

I

M1

M3 M2

M4

Vdd

Vss

Vo

VinM5

Andar de saída MOS

Circuito para inversão de sinal

Aumento da potência de 4 vezes

Electrónica II


Transístores de potência

Potência dissipada em função da temperatura

Modelo térmico

Pdmax=Vce.IcHipérbole

Electrónica II


WCP

TaTj

DSACSJC /º→→→→

−−−−====++++++++ θθθθθθθθθθθθ

Junção caixa

Caixa dissipador

Dissipador ambiente

Dissipadores:

Função – Escoar o calor gerado pelo dispositivo a fim de não atingir os limites máximos de funcionamento

Modelo térmico

Electrónica II


N1 N2

Amplificador8 ohm 100V

Z2

100V 8 ohm

coluna

100V 8 ohm

coluna

transformadorde linhas

Projecto de sonorizações

Adaptação de impedâncias12

2

1

2

1

2

ZnZ

nN

N

V

V

=

==

Utilizado em sonorizações de espaços amplos.Ex: Estadios, Ruas, Pavilhões, etc

Electrónica II


Simplified internal circuit of the LM380 IC power amplifier

Electrónica II


Amplificador 200W

Electrónica II


Electrónica II


Amplificador 350W com MOS

Electrónica II


Amplificador 2kW

Electrónica II


Electrónica II


Tube amplifier

Electrónica II


Amplificadores áudio comutados

Electrónica II


Electrónica II


Amplificador classe D

Electrónica II


Amplificador misto

Tendências da tecnologia

Electrónica II


DVTT

TVV DD

OFFON

ONDD =

+=0

Amplificador em classe D

Electrónica II


Realimentação utilizando noise shaping

Electrónica II


Operação em montagem ponte

Electrónica II


+Vcc

QVi RL

Vo

RFC

IC

ic

I1

Cc

C L

Amplificador em classe C

)1sin(θθθθIpId ====

(((( ))))

valores restantes 0

21 para sin

<<<<<<<<−−−−

====θθθθωωωωθθθθωωωω tIdtIp

Ic

Ip>Id

[[[[ ]]]]

(((( )))) (((( ))))

(((( )))) (((( ))))[[[[ ]]]]ππππ

θθθθθθθθθθθθππππ

θθθθθθθθθθθθ

ωωωωωωωωθθθθ

ωωωωθθθθ

cossin2

121cos2

)sin(1 /2

/1

−−−−====

−−−−−−−−====

−−−−==== ∫∫∫∫

IpIc

IdIpIc

dtIdtIpT

Ic

Valor médio da corrente Ic

122 θθθθθθθθθθθθ −−−−====

12

θθθθππππθθθθ −−−−====

Ip

Id

Electrónica II


(((( )))) (((( ))))(((( ))))

21

cossin.

.

2 RLIPo

IpVccIcVccPs

====

−−−−======== θθθθθθθθθθθθππππ

I1 – componente fundamental da corrente

(((( )))) (((( )))))2sin(22

)cos()cos(4

1/

0

θθθθθθθθππππ

ωωωωωωωωωωωωθθθθ

−−−−====−−−−==== ∫∫∫∫Ip

dttIdtIpT

I

VccRLIVccVce 21maxmax ≤≤≤≤++++====

(((( )))))cos()sin(4)2sin(2

.1.

θθθθθθθθθθθθθθθθθθθθηηηη

−−−−−−−−============

IcVccIVcc

PsPo

Para θ=90º η=78.5%

(((( )))))cos(18)2sin(2

maxmax

maxmax θθθθππππ

θθθθθθθθ−−−−

−−−−========DD

O

IVP

P

Capacidade de potência

Electrónica II


Exemplo de um amplificador em classe C

Electrónica II


Amplificador em classe D para RF+Vcc

RL

VoId CL

-Vcc

Filtro

Va

+Vcc

-Vcc

Va

ππππVcc

V4

1 ====

Componente fundamental

RLVcc

IdVccPs 2

28.2

ππππ========

-Série Fourier

∫∫∫∫ ========2/

02

4)sin(

4.1 T

RLVcc

dttVcc

RLTId

ππππωωωω

ππππ

Valor médio da corrente

%1008

214

21

2

222

====⇒⇒⇒⇒====

======== ηηηηππππππππ RLVcc

RLVcc

RLV

Po

Considerando o efeito de Ron )sin()(

.4t

RonRLRLVcc

Vo ωωωωππππ ++++

====

)(4

2 RonRLVcc

Id++++

====ππππ )(

82

2

RonRLVcc

Ps++++

====ππππ )RonRL

RL++++

====ηηηη

O filtro deixa passar apenas a componente fundamental da corrente

Electrónica II


Amplificador em classe D push pull

Electrónica II


Amplificador em classe E

Funcionamento em comutaçãoCircuito sintonizado para a saida

Electrónica II


Transistores de potência RF

Electrónica II


Amplificadores monolíticos

gm -K2 K=1Vo

Vd

compensação

LM741

Electrónica II


TL071

Entradas com JFET

Electrónica II


Electrónica II


Ao

ωωωω1 ωωωωa

Afo

Aoωωωω1ωωωω

GBWAo ====1ωωωω

Produto ganho largura de banda

11

)(

ωωωωs

AosA

++++====

as

AfosA

sAsAf

ωωωωββββ ++++

====++++

====1)(.1

)()(

GBWaAfoAo ======== ωωωωωωωω .1

)1(1 Aoa ββββωωωωωωωω ++++====

ββββββββ1

lim.1

====⇒⇒⇒⇒++++

====∞∞∞∞→→→→Ao

AfoAo

AoAfo

Resposta de frequência

Electrónica II


Modelo incremental do amplificador

Resposta de frequência 741

Electrónica II


Exemplos PraticosAmplificadores Audio

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Electrónica II


70W

Electrónica II


Electrónica II


300W

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