07 Amplifs Potencia 2012 3

EN2709 Eletrnica Aplicada

Amplificadores de Potncia

AULA 07

Roberto Jacobe Rodrigues

[email protected]

3o Quadrimestre de 2012


Contedo

Amplificadores de Potncia Operao Classe A

Amplificadores de Potncia Operao Classe B

Crossover

Circuitos Classe B e AB (Push-Pull Seguidor de Emissor):

Transformadores

Duas Fontes de Alimentao

Transistores em Ponte

Fonte nica

Polarizaes

Potncia e Eficincia

Circuito Classe D

Exerccios


Amplificadores de Potncia - Operao Classe A

O transistor funciona na regio ativa para qualquer instante do ciclo CA.

1) Ganho de tenso com carga (EC):

2) Ganho de corrente (EC):

3) Ganho de potncia (EC):


Exemplo:

Determine o ganho de potncia para: rC = 7500; re 50; = 125.

Amplificadores de Potncia - Operao Classe A


Nota: a potncia mxima de sada ocorre na mxima tenso de pico a pico na sada

(compliance).

Amplificador Classe A Potncia sobre a Carga


Permite verificar o quanto da potncia CC da entrada (PCC = VCC.ICC) convertida em

potncia CA na sada do amplificador.

Parte da potncia proveniente da fonte CC dissipada nos:

- Resistores

- Transistores

Nota: A corrente ICC dada pela soma das correntes nos ramos formados pelo divisor

de tenso na base e a corrente quiescente de coletor.

Amplificador Classe A Eficincia


Exemplo:

Para o circuito da Figura, determine:

a) O ganho de potncia

b) A potncia dissipada pelo transistor

c) A eficincia

Amplificador Classe A

Dados: PP = 2,34 V; b = 150.



a)



b)



c)


A potncia CC fornecida a um amplificador Pdc = VCCIdc

A eficincia mxima, em um Amplificador Classe A com resistor no coletor

de 25 %

O amplificador Classe A no a melhor opo quando espera-se eficincia



Amplificador Classe A Eficincia de at 50%

No circuito a seguir utilizada a impedncia refletida do transformador:

- A resistncia de carga vista no coletor aumenta vezes, ou seja,

para uma relao de espiras de NP:NS.

Exemplo:

Qual a resistncia efetiva vista sob o

primrio de um transformador 15:1

conectado a uma carga de 8 W?


o A corrente de coletor circula apenas 180o do ciclo AC

o O ponto Q localizado no corte nas retas de carga CC e CA

o Vantagens:

menor consumo de corrente que o Classe A

eficincia superior do amplificador Classe A

Amplificador Classe B


Amplificador Classe B Circuitos Push-pull

Como nesta classe de amplificadores um

transistor permanece cortado durante a

metade do ciclo do sinal de entrada

enquanto o outro transistor conduz

torna-se necessrio obter um circuito

capaz de fornecer dois sinais distintos:

um sinal correspondente apenas ao

semiciclo positivo e o outro ao semiciclo

negativo:


Amplificador Classe B Circuitos Push-pull

- Uso de transformador com center tap

- Sadas no emissor e no coletor de transistor

- Amp-ops com duas sadas opostas


Classe B Circuito Push-Pull com Transformador Center Tap

Nota: exemplo de funcionamento para um semiciclo (ver polarizaes indicadas)


Cada transistor conduz por metade de um ciclo.

Transistores na regio de corte quando na ausncia de sinal de entrada.

A eficincia mxima de 78,5 %.

Os transfomadores so pesados e caros e podem ser substitudos por

circuitos amplificadores utilizando seguidor de emissor push-pull.



Nota: outra configurao utilizando dois transistores npn.



Classe B Circuito Push-Pull com Seguidor de Emissor


Nota: transistores npn e pnp complementares so utilizados.

Classe B Circuito Push-Pull com Seguidor de Emissor

EN2709 Eletrnica Aplicada EN 2603 Eletrnica Aplicada

Amplificador Classe A Relembrando


Amplificador Classe B Relembrando


Amplificador Classe B Distoro por Transio (crossover) (Problema)


Amplificador Classe B Distoro por Transio (crossover) (Soluo)

A Figura a seguir uma representao do que ocorre com a polarizao dos

transistores um pouco acima do corte -> funcionamento na Classe AB -> eliminao

da distoro por transio (crossover).


Circuitos push-pull acoplados a

transformadores com derivao central:

- Transformador da entrada: fornece os

sinais push-pull

- Transformador da sada: acopla a

carga ao amplificador -> aumento da

resistncia efetiva vista no primrio do

transformador.

- Ambos permitem o estabelecimento da

polarizao CC

Amplificador Classes B e AB Configurao utilizando Transformadores

Incluindo a polarizao CC


Amplificador Classes B e AB Sem Transformadores e com Duas Fontes

Trata-se de uma verso mais prtica de

um circuito push-pull, onde a carga

acionada como a sada de um seguidor

de emissor, com transistores tendo

caractersticas simtricas.

Os resistores R1 e R2 servem para ajustar

o ponto de trabalho dos transistores.

Atravs de R3 e R4 pode-se, alm de

ajustar o ponto de trabalho, reduzir o

nvel do sinal aplicado a entrada, evitando

possveis distores.


Amplificador Classes B e AB Transistores em Ponte

Considera-se

idnticos os pares

complementares:

T1-T2 e T3-T4.

necessrio que os

sinais estejam

defasados de 180.


Amplificador Classes B e AB Transistores em Ponte

Para o semiciclo positivo, a corrente

circula pela carga no sentido indicado.

No primeiro semiciclo

do sinal aplicado,

tem-se T1 e T4

conduzindo e T2 e T3

cortados.

No semiciclo

seguinte, a situao

se inverte, ou seja,

T1 e T4 cortam e T2 e

T3 conduzem.

Vantagem:


Amplificador Classes B e AB Par complementar e Fonte nica

Por se tratar de sada

operando em coletor

comum, a mxima tenso

de pico na carga

ser , pois esta a

mxima tenso que pode

ser aplicada entrada do

circuito.

Durante a conduo de T1, o capacitor CS carrega. Quando T1 corta, T2 conduz e o

capacitor se descarrega por ele, atuando como uma bateria. Portanto, o capacitor CS

tem duas funes.


Amplificador Classes B e AB Polarizao por Divisor de Tenso

Nota: H necessidade de controle das possveis variaes trmicas.


Amplificador Classes B e AB Polarizao por Diodos

O Ponto Q varia com a temperatura:

varia pouco -> varia muito

Circuito Instvel!

O uso dos diodos resultar em uma

compensao de tal forma a no permitir

a variao das tenses entre base e

emissor dos transistores.


Amplificador Classes B e AB Potncias

(valor mdio para um sinal retificador de onda

completa e desprezando: )

Potncia de Entrada (CC):

Potncia de Sada (CA):


Amplificador Classes B e AB Eficincia

Eficincia:

(considerando: )

Eficincia Mxima:

Quando

Potncia Dissipada pelos Transistores:


Amplificador Classes B e AB Dissipadores de Potncia


Exemplo 1 (ver Boylestad, Exemplo 15.7):

Para um amplificador Classe B que fornea um sinal de 20 V de pico para uma carga

de 16 e uma fonte de alimentao de VCC = 30 V, determine a potncia de entrada, a

potncia de sada e a eficincia do circuito.

Amplificador Classe B Clculo das Potncias do Circuito

Exemplo 2 (ver Boylestad, Exemplo 15.8):

Para um amplificador Classe B utilizando uma fonte de VCC = 30 V e acionando uma

carga de 16 , determine a potncia mxima de entrada, a potncia de sada e a

dissipao do transistor.

Resposta: ver Boylestad, Exemplo 15.7

Resposta: ver Boylestad, Exemplo 15.8


Amplificadores de Potncia Classe D



Destacado do Artigo do slide anterior:

Power amplifier efficiency is a significant factor for the efficiency of most wireless

systems. Poor efficiency of the last power amplifier stage leads to large energy loss,

not only deteriorating system efficiency, but also exacerbating thermal issues with the

devices . Switching amplifiers as the Class D Amplifiers, theoretically providing around

100% efficiency, are a potential solution; however, they have frequency limitation due

to the parasitic reactance.



modulao por largura de pulsos (PWM)



importante notar que quando um transistor est cortado (Imn) o outro est na

saturao (Vmn). Portanto, a potncia dissipada (calor) em cada transistor sempre a

mnima (P = Vmn. I ou P = V.Imn), resultando em mxima eficincia.

Nota: ver circuito comparador do curso sobre Amplificadores Operacionais.


Amplificadores de Potncia Frmulas para Classe A


Amplificadores de Potncia Frmulas para Classe B


Exerccios

1) Calcule a potncia de entrada e sada para o circuito da Figura a seguir. O sinal de

entrada resulta em uma corrente de base de 5 mA (rms).


2) Um amplificador classe A acoplado a transformador utiliza um transformador 25:1

para acionar uma carga de 4 W. Calcule a carga CA efetiva (vista pelo transistor

conectado ao lado do transformador com um nmero maior de espiras).

3) Para um amplificador classe B fornecendo um sinal de 22 V de pico para uma carga

de 8 W e uma fonte de potncia de VCC = 25 V, determine:

(a) Potncia de entrada.

(b) Potncia de sada.

(c) Eficincia do circuito.

4) Para um amplificador classe B com VCC = 25 V acionando uma carga de 8 W,

determine:

(a) Potncia mxima de entrada.

(b) Potncia mxima de sada.

(c) Eficincia mxima do circuito.

Exerccios


5) Para o circuito a seguir, explique a funo de cada um dos componentes a seguir:

(a) NTC; (b) P1; (c) P2 e (d) C6

Exerccios


6) Porque a mxima amplitude do sinal aplicado na entrada de um amplificador CC

(Coletor Comum) limitada a (ver slide 12)?

7) Explique a ocorrncia do crossover, o que isto implica e sua soluo.

8) Qual a diferena entre um Amplificador Classe A, Classe B e Classe AB.

9) Como seria o circuito capaz de funcionar como um Inversor de Fase como o

esquematizado abaixo. (nota: no precisa especificar os componentes, apenas desenhar o circuito)

Exerccios


Exerccios

1) Um amplificador tem uma potncia de entrada de 4 mW e uma potncia de

sada de 2 W. Qual o ganho de potncia?

2) Se um amplificador tem uma tenso de pico a pico na sada de 15 V com

uma resistncia de carga de 1 kW, qual o ganho de potncia se a potncia

de entrada for de 400 mW?

3) Porque um amplificador EC com realimentao parcial tambm recebe a

denominao amplificador EC linearizado?

4) Deduza a expresso correspondente ao valor aparente da

resistncia de carga vista no coletor, ou seja, para uma relao de espiras de

NP:NS


5) Considerando o amplificador da Figura a seguir:

a) Qual a potncia CC fornecida para o amplificador?

b) O sinal de entrada aumentado at o valor mximo de tenso de pico a pico no

resistor de carga. Qual a eficincia?

c) Desenhe as retas de carga CC e CA para o circuito a seguir.

Exerccios

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