08-Amplificadores-transistorizados

7/25/2019 08-Amplificadores-transistorizados

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CAPTULO 8

AMPLIFICADORES TRANSISTORIZADOS

CLASSIFICAO GERAL DOS AMPLIFI-CADORES

Os amplificadores podem ser classifica-

dos de acordo com:

A frequncia de operao:Amplificadores de udiofrequncia(AF)Amplificadores de videofreqnciaAmplificadores de radiofreqncia(RF)

A classe de operao:Classe AClasse BClasse C

Classes intermedirias(A2, B2, AB1,AB2)

O sistema de acoplamento:Acoplamento RCAcoplamento a transformadorAcoplamento por impednciaAcoplamento direto

O uso:Amplificadores de potncia ou corrente

Amplificadores de tenso

FREQUNCIAS DE OPERAO

As faixas de frequncia de operaodeterminam o tipo de amplificador a ser usado.

Amplificadores de udiofrequncia

Estes amplificadores atuam numa faixade frequncia que vai de 20 Hz a 20 kHz, faixaesta, sensvel ao ouvido humano e por esta razorecebe o nome de udiofrequncia. Estesamplificadores so encontrados em receptoresde rdio, intercomunicadores e outros.

Amplificadores de videofreqncia

Estes amplificadores abrangem umaampla faixa de frequncia que vai de 30 kHz a 6MHz. Eles so empregados em circuitos que

ampliam sinais que devem ser vistos em telas deradares, televisores etc.

Amplificadores de radiofreqncia

Diferenciam-se dos outros dois tiposporque ampliam uma estreita faixa de

frequncia dentro do espectro deradiofreqncia, que vai de 30 kHz at vriosGHz. So usados em vrios equipamentos.Quando sintonizamos uma emissora de rdioestamos deslocando a estreita faixa deampliao do circuito, dentro do espectro defrequncia.

CLASSES DE OPERAO

De acordo com a polarizao empregada

para o transistor, podemos atribuir as classes deoperao.

A classe de operao determinada pelocircuito de polarizao de entrada. Na maioriados circuitos amplificadores a polarizao e areta de carga tm valores fixos, definidos pelosvalores de seus componentes.

Consideraremos, em nossas anlises,somente os efeitos do circuito de polarizao deentrada.

Amplificador classe A

Os amplificadores da classe A operamdurante os dois semiciclos do sinal de entrada,(360). So polarizados para trabalhar na regioativa da curva de sada.

Geralmente operam na parte linear dascurvas caractersticas, a fim de obter na sadauma resposta fiel (no distorcida) do sinal deentrada.

O primeiro passo para a determinao daclassificao do amplificador a construo dareta de carga como mostrado na figura 8-1 Emseguida, deve-se selecionar um ponto quiescentede modo a permitir que um sinal de entradavarie atravs da parte linear da curvacaracterstica. Neste exemplo foi escolhida umaIBesttica de 500 A e a VCC selecionada emseguida para um valor de 9 Volts para o circuitoem classe A.

Veja na figura 8-1 o circuito de entrada e

as formas de onda para um ponto Q de 500A, em classe A.


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Figura 8-1 Circuito de entrada e formas de ondaem classe A

Em seguida determinaremos o valor deRB e, para calcular esse valor necessrio quese leve em considerao o valor da VBE do

transistor. Assim, a equao correta para oclculo de RB a seguinte:

B

BECC

B

I

VVR

)(

=

Na prtica, porm, podemos desprezar ovalor de VBE, e desta forma teremos:

B

CC

B

I

VR =

Substituindo a VCC e IB pelosvalores de 9V e 500 A respectivamenteteremos:

RB == kA

V18

500

9

O circuito de polarizao de entrada estcompletamente mostrado na parte superiordireita da figura 8-1.

Quando o sinal de entrada zero (ver afigura 8-1), a IB 500 A, a IC 17 mA e aVCE 3,9 V (valores do ponto quiescente).

Uma variao da corrente de entradapara o seu valor mximo negativo de 250 A,elevar a IBpara 750 A, logo a ICaumentar

para 22,2 mA, enquanto que a VCE diminuirpara 2,3 V.

Quando a IBdiminui para 250 A, a ICdiminui para 11,8 mA enquanto que a VCEaumenta para 5,5 V.

Assim, uma tenso de sada de 3,2 Vpp euma variao na corrente de sada de 10,4 mAso obtidas.

Podemos notar que quando a IBaumentanegativamente, a IC fica mais negativa e a VCE

menos negativa. Por outro lado, quando a IBdiminui negativamente, a ICfica menos negativae a VCE mais negativa. Isto indica que ascorrentes de entrada e de sada esto em faseenquanto que as tenses de entrada e de sadaesto fora de fase. Portanto, h uma inverso de180 na configurao de emissor comum.Amplificador classe B

Os amplificadores classe B operam naregio ativa das curvas, durante um semiciclodo sinal de entrada, e permanecem em cortedurante o outro (180).

Visto que somente metade do sinal deentrada amplificada, os amplificadores classeB so normalmente montados na configuraoPush-pull, que so amplificadores de potnciaformados por dois transistores que conduzemalternadamente, mas que na sada, produzem um

sinal que idntico ao sinal de entrada.O ponto quiescente (POE) estabelecido

no cruzamento da reta de carga com a curva deIBigual zero como se v na figura 8-2.

Figura 8-2 Circuito de entrada e formas de ondaem classe B

Uma fonte de polarizao de entrada no requerida, j que a corrente quiescente da base zero.

Uma RB relativamente grande (18 k) usada para limitar a dissipao do sinal deentrada do circuito de polarizao. Assim, ocircuito de polarizao de entrada contmsomente um resistor de polarizao, como se vna figura 8-2.

No ponto quiescente, IBe ICso iguais azero e VCE igual a 9V. Quando o sinal de

entrada se torna negativo, polariza diretamente ajuno emissor-base.


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8-3

Na alternncia positiva a juno emissor-base est polarizada inversamente. O transistorfica cortado e parte da corrente de entrada passaatravs de RB, durante esta alternncia.

Amplificador classe C

A operao em classe C conseguida

pela polarizao inversa da juno de entrada dotransistor. Com polarizao inversa aplicada aotransistor, a corrente de base permanece em zeroat que a corrente de entrada produza umaqueda de tenso atravs da resistncia deentrada. Esta queda de tenso deve estar com

polaridade oposta fonte de polarizao docircuito de entrada e deve superar a tenso dafonte.

Na figura 8-3, IBpermanece em zero atque a corrente de entrada se torne igual a

100A. Quando isto ocorre, a VBE igual a zero.

VBE= EBB + (Iin x RB) =

= 1,5V + (-100A x 15k) =

= 1,5V + (-1,5V) = 0

Desta equao podemos deduzir que ajuno emissor-base estar polarizadadiretamente, quando a corrente de entrada for

maior que 100A. Um sinal de sada obtidopara a poro de corrente de entrada que maiorque 100A

Figura 8-3 Circuito de entrada e formas deondas em classe C

Na prtica, um sinal de entrada muitomaior ser usado para obter amplificao emclasse C.

Na figura 8-4 vemos as formas de ondade sada, com relao s de entrada para cada

classe de operao. Os sinais no forammostrados com amplificao, nem com inversode fase, pois nosso interesse est somente no

perodo de conduo.

Figura 8-4 Formas de onda de sada com relao

s de entrada para cada classe deoperao.

SISTEMAS DE ACOPLAMENTO

Um simples estgio amplificador,normalmente no suficiente nas aplicaes emaparelhos receptores, transmissores e outrosequipamentos eletrnicos.

Um ganho mais elevado obtido peloacoplamento de vrios estgios amplificadores.

Casamento de impedncias

Para que haja a mxima transferncia desinal, o estgio de entrada deve ter a impednciaequilibrada com a da fonte de sinal (microfone,antena etc); e o estgio final deve ter aimpedncia equilibrada com a da carga( fone,alto-falante, linha de transmisso etc)

Da mesma forma, a impedncia de sadade um estgio deve estar casada com aimpedncia de entrada do estgio seguinte.


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Alm do equilbrio de impedncia, devital importncia isolar a passagem de correntecontnua, de uma etapa para outra.

Tipos de acoplamento

A) Redes RC

B) Transformadores

C) Acoplamento por impedncia

D) Acoplamento direto

Acoplamento RC

A figura 8-5A apresenta um ampli-ficador de dois estgios acoplados medianteuma rede RC.

Figura 8-5 Amplificador com acoplamento RC

O capacitor de acoplamento C1 temcomo primeira funo isolar a tenso de CC

presente no coletor do primeiro estgio, paraque ela no aparea na base do transistor doestgio seguinte e, como segunda funotransferir o sinal de um estgio para o outro.

O capacitor de acoplamento deve ter,tambm, uma reatncia reduzida para as tensesde sinal e, portanto, seu valor de capacitnciadeve ser relativamente alto.

Os valores tpicos de capacitncia vo de1 a 30F. necessrio que o valor do capacitorseja alto, por causa da baixa impedncia de

entrada do estgio seguinte.O sinal que sai do primeiro estgio,

desenvolve-se no resistor RB. O capacitor C1e oresistor R1 constituem a rede RC deacoplamento entre os dois estgios. A eficinciado amplificador acoplado mediante uma redeRC baixa, por causa da dissipao de potnciade CC no resistor de carga.

Resposta de frequncia

As freqncias muito baixas soatenuadas pelo capacitor de acoplamento,

porque a sua XCtorna-se alta, com a diminuioda frequncia. A resposta em altas freqncias,

para o transistor est limitada pelo efeitoShunt da capacitncia emissor-coletor doprimeiro estgio, e da capacitncia base-emissordo segundo estgio.

Figura 8-6 Capacitncia entre os elementos dotransistor

Observe na figura 8-6 que CCe RBestoem srie e em baixas freqncias e, que a XCconsideravelmente alta, provocando assim omximo de queda de sinal em CC e o mnimoem RB.

No entanto, para as altas freqncias,

aparece uma XCmnima, em paralelo com RC,resultando numa resistncia total mnima


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possibilitando o desvio de grande parte ou atmesmo de todo o sinal para a terra.

Vantagens e desvantagens do acoplamentopor rede RC

O acoplamento RC bastante usado emcircuitos transistorizados, por oferecer uma boa

resposta de frequncia, sendo de simplesconfeco e preo relativamente baixo.Porm, embora esse acoplamento

oferea uma boa resposta em frequncia, no otipo de maior eficincia, em face dasdificuldades em casar as impedncias entreestgios. Outra desvantagem desse tipo deacoplamento est no fato de apresentar grandes

perdas quando usado em freqncias muitobaixas.

Acoplamento a transformador

No acoplamento a transformador oenrolamento do primrio do transformador (T1) a impedncia de carga do coletor do primeiroestgio.

O enrolamento secundrio de T1desenvolve o sinal de CA, para a base dotransistor do segundo estgio e tambm agecomo caminho de retorno de CC, da base.

A resistncia muito baixa, no circuito de

base, auxilia a estabilizao da polarizao noponto de operao de CC. Com um resistor naentrada do emissor, o fator de estabilidade decorrente quase ideal.

Como no h resistor de carga de coletorpara dissipar potncia, a eficincia doamplificador acoplado a transformador se reduz,teoricamente, para 50%. Por este motivo, o

processo de acoplamento a transformador muito usado em equipamentos portteis eoperados com baterias.

Figura 8-7 Acoplamento a transformador

Vantagens e desvantagens do acoplamento atransformador

Os transformadores facilitam o equil-brio da carga de sada do transistor e o

equilbrio da fonte, entrada do transistor, parase obter o mximo de ganho de potncia, paraum determinado estgio.

A resposta de frequncia de um estgioacoplado por intermdio de transformador no to boa quanto a do estgio acoplado por redeRC. A resistncia Shunt do enrolamento

primrio, nas baixas freqncias, causa a queda

de resposta nestas freqncias. Nas altasfreqncias, a resposta reduzida pelacapacitncia de coletor e pela reatncia de sada,entre os enrolamentos do transformador.

Alm da resposta de frequncia serpobre, os transformadores so mais caros, maispesados, e ocupam maior rea que os resistorese capacitores empregados no acoplamento RC.

Portanto, o uso do acoplamento atransformador limitado, normalmente, quelasaplicaes que requerem alta eficincia de

potncia de sada.

Acoplamento por impedncia

O acoplamento por impedncia similarao acoplamento por rede RC, com exceo deque o resistor de carga substitudo por umindutor (L1), como apresentado na figura 8-8

Figura 8-8 Acoplamento por impedncia

A resistncia de carga somente aresistncia do fio do enrolamento, o qual

proporciona uma queda mnima de tenso deCC. Grandes valores de indutncia devem serusados, para que seja oferecida uma altareatncia, nas baixas freqncias.

O ganho do estgio acoplado porimpedncia cresce com o aumento dafrequncia, j que a reatncia indutiva diretamente proporcional frequncia.

Na faixa de altas freqncias, a reatnciadiminui, por causa da capacitncia distribudano circuito, que desvia o sinal.

Os campos magnticos que cercam aimpedncia de carga podem causar, tambm,


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um acoplamento indesejvel a outros circuitos.Por isso, esses campos devem ser controlados,atravs de indutncias apropriadas.

Acoplamento direto

Quando o transistor de um estgioamplificador ligado diretamente ao transistor

do estgio seguinte dizemos que o acoplamento direto, como mostrado na figura 8-9.

Figura 8-9 Acoplamento direto

Este tipo de acoplamento usado para aamplificao de sinais chamados de correntecontnua, em virtude da frequncia ser muito

baixa.Observando o circuito da figura 8-9,

vemos que um transistor PNP est ligadodiretamente a um transistor NPN. A direo dofluxo de corrente indicada pelas setas. Se a

corrente do coletor do primeiro estgio formaior que a corrente de base do estgioseguinte, devemos ligar o resistor RC(carga docoletor), como est indicado pela linhatracejada.

Como o nmero de componentes neces-srios no amplificador acoplado diretamente mnimo, teremos o mximo de economia etambm a mxima fidelidade de sinal.Entretanto, o nmero de estgios que podem seracoplador diretamente limitado.

AMPLIFICADORES DE UDIO

Antes de iniciarmos os estudos destesamplificadores, interessante lembrar, que afinalidade de um amplificador a de aumentar atenso, a corrente, ou o nvel de potncia de umsinal, a um valor necessrio, a fim de operar umdispositivo de sada.

Esse dispositivo pode necessitar deconsidervel energia ou pode exigir uma altatenso, com baixa potncia, para sua operao.

Os amplificadores de tenso (baixonvel) so estgios de amplificao projetados

para produzir um grande valor de tenso,atravs da carga do circuito de coletor. Para

produzir uma alta tenso, utilizvel atravs deum circuito de carga, necessrio que aoposio variao de IC seja a mxima

possvel, qualquer que seja a carga (resistor,

reatncia ou impedncia).Os amplificadores de potncia (altonvel) so estgios amplificadores, construdos

para fornecer grandes quantidades de potnciapara a carga no circuito coletor.

Num amplificador de potncia, devehaver uma grande corrente no circuito docoletor, uma vez que a potncia o produto daresistncia, pelo quadrado da corrente.

Os pr-amplificadores so etapas debaixo nvel, que se destinam amplificao de

sinais originrios de dispositivos, tais comomicrofones, detectores, cpsulas magnticas etc.

AMPLIFICADORES DE UDIO TRANSIS-TORIZADOS

Os circuitos amplificadores de udio soprojetados especificamente para ampliar sinaisda faixa de udio frequncia, isto , sinaiscompreendidos entre 20 Hz e 20kHz.

O circuito de entrada de um

amplificador transistorizado deve seralimentado com a corrente de sada de um pr-amplificador. Neste caso, cada transistor considerado como um amplificador de correnteou potncia, operando a um nvel de corrente oude potncia, mais elevado que o nvel do estgioanterior e menos elevado que o do estgioseguinte.

Uma vez que os transistores so,essencialmente, dispositivos amplificadores de

potncia, seu uso nos circuitos de udio classificado nas categorias amplificador deudio de baixo nvel e amplificador de udio dealto nvel.

O nvel de potncia de um estgioamplificador de udio determinado pelosrequisitos do projeto. Em alguns casos, osamplificadores de baixo nvel (tambmchamados de amplificadores de sinal) podemoperar com potncias variando de picowattsat miliwatts, enquanto que em outras

situaes (amplificadores de potncia) podemoperar com vrios Watts.


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Circuito amplificador de udio bsico

O circuito da figura 8-10 apresenta umestgio amplificador bsico de udio.

A estabilizao para esse amplificador estabelecida pela corrente de base-emissor. Essacorrente cria uma tenso que polarizadiretamente o circuito de entrada.

Figura 8-10 Amplificador de udio bsico

O resistor de base RB limita a correntede polarizao estabelecendo assim o pontoquiescente.

Durante o semiciclo positivo do sinal deentrada a polarizao direta diminui. Isso

provoca uma conseqente diminuio dacorrente de coletor, atravs de RL, e a tenso emRLdiminui.

Assim, a tenso de coletor aumenta, emdireo a um valor negativo de VCC.

Durante o semiciclo negativo do sinal de

entrada, a polarizao direta aumenta. Isso fazcom que a corrente atravs de RL aumente,aumentando tambm a queda de tenso sobre amesma, tornando negativa a tenso de coletor.

O capacitor C1acopla o sinal de entradae o capacitor C2 o sinal de sada.

RE o resistor de estabilizao deemissor e est ligado em paralelo com ocapacitor de desacoplamento CE.

Ainda na figura 8-10 podemos ver que osinal de sada est 180 defasado do sinal de

entrada.Como o sinal de sada maior que o

sinal de entrada, h um ganho de tenso.

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