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Experimento 6:Amplificadores de Potncia.

Disciplina: EN2701 Fundamentos de Eletrnica.

Discentes:Fernando Henrique Gomes ZucatelliPedro Caetano de Oliveira

Turma: A/Noturno

Prof . Dr. Roberto Jacobe Rodrigues.

Santo Andr, 13 de Julho 2011.

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1. INTRODUO

Amplificadores recebem o sinal de um transdutor ou alguma outra fonte de

entrada e o amplificam (mesmo sinal, sem distoro, apenas com maior amplitude)

para um dispositivo de sada.

Esse sinal de entrada geralmente pequeno, porm precisa ser grande o

suficiente para acionar um dispositivo de sada. Por exemplo, a leitura de um sinal

de CD, feita digitalmente com sinais de amplitude baixa, tolerados pelo aparelho de

leitura, mas que devem ter uma amplitude alta quando transmitidos a um alto-

falante, por exemplo, que deve ter energia suficiente para provocar vibraes e

produzir um sinal sonoro audvel.

Existem diversas montagens para os circuitos amplificadores, nesse caso

utilizou-se um amplificador de classe B, cuja eficincia maior que o de classe A e

permite que os transistores sejam menos exigidos, de forma que cada um conduz

apenas por um semi-ciclo, ou seja, o ngulo de conduo de cada um deles 180,

de forma que um s opera quando o outro no opera.

2. OBJETIVOS

Os objetivos deste experimento so medir a tenso de compliance (mxima

tenso da entrada cuja amplificao no resulta em sada distorcida) em um

amplificador de potncia e verificar experimentalmente a influncia das resistncias

R1 e R3 no sinal de sada.

3. PARTE EXPERIMENTAL

Foram utilizados os seguintes materiais:

1 Transistor BC 547 (NPN)

1 Transistor BC 557 (PNP)

2 Capacitores eletrolticos de 1F

1 Capacitor eletroltico de 100F

1 Resistor 100

1 Resistor 470

1 Resistor de 2,2

2 Resistor 4,7 k

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1 Resistor de 10 k

1 Potencimetro de 47 k

E os seguintes equipamentos:

1 Multmetro digital Marca Minipa ET-2510 (porttil)

1 Protoboard (Matriz de contato)

1 Fonte de Tenso Marca Minipa MPL-3303

1 Fonte geradora de sinal Tektronix modelo AFG 3021B

1 Osciloscpio digital Tektronix modelo TDS 2022B

1 PenDrive(memria Flash)

Cabos e fios para conexo

3.1. Determinao do Compliance

A Figura 1 mostra o circuito amplificador de potncia cujas caractersticas

foram verificadas neste experimento.

Figura 1 Circuito amplificador de potncia.

A determinao do compliance (maior valor de tenso de entrada cuja

amplificao no distorce a sada) foi feita elevando-se a tenso de pico a pico do

gerador de sinais continuamente. Para isso foi configurada a opo High Z no

menu de sada do gerador para que ele possa fornecer tenses de at 20V de pico a

pico.

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A entrada do amplificador foi acoplada ao gerador de sinais, sendo a

freqncia aplicada sempre de 1kHz e a tenso de pico a pico alterada at o valor

no qual se percebeu a diferena (distoro) entre a sada e a entrada. Em seguida, a

tenso do gerador foi ajustada para o mximo de 20V, sendo a distoro do sinal

para essa entrada, j consideravelmente acentuada, verificada.

3.2. Influncia das resistncias na distoro

Para verificar a influncia dos resistores R1 e R3 (Figura 1) foi adicionado um

potencimetro em srie com R1, mantendo-se R3 sem alterao, e, em seguida, o

contrrio, sendo tambm adicionado um resistor de carga RL=10 k para os dois

casos.

O potencimetro foi posicionado na sua resistncia mxima que foi reduzida

gradativamente. A imagem inicial foi gravada, bem como algumas outras durante a

variao do potencimetro. Para a medio da resistncia do potencimetro

responsvel pela imagem captada, o circuito foi desligado e sua resistncia medida

por meio de um multmetro, sendo, ento, o circuito religado.

4. RESULTADOS E DISCUSSO4.1. Determinao do Compliance

A sequncia de imagens da Figura 2 mostra a obteno da tenso de

compliancecom a carga de RL = 470 . A imagem da esquerda para tenso de

entrada de 10,0 V, onde nota-se que no h diferena entre as curvas do canal 1

(gerador amarelo) e do canal 2 (sada do amplificador azul). A imagem central

mostra o incio da distoro em 10,8V do gerador, sendo que a sada passa a

manter a tenso de pico a pico em 10,0V. A imagem direita exibe o caso com a

mxima tenso fornecida pelo gerador, sendo a tenso de entrada de 19,2V e a

sada de 10,2V, ambos de pico a pico, e neste caso a distoro ntida. Ento a

tenso de compliancecom a carga de 470 na faixa de 10,8V.

A sequncia de imagens da Figura 3 mostra a obteno da tenso de

compliancecom a carga de RL = 10 k. A descrio das imagens anloga ao caso

anterior, exceto a imagem da direita que exibe o caso com a mxima tensofornecida pelo gerador, sendo a entrada de 19,2V e a sada de 10,0V, ambos de

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pico a pico. Ento a tenso de compliancecom a carga de 10 k na faixa de

10,8V.

A sequncia de imagens da Figura 4 mostra a obteno da tenso de

compliancecom a carga de RL = 100 e a da Figura 5 para RL = 47 . Em ambas

figuras ocorre o mesmo que nos casos anteriores a menos de pequenas flutuaes

nos valores do gerador (canal 1) e da sada (canal 2).

Dessa forma a tenso de compliancepara todas as resistncias testadas na

faixa de 11V pico a pico.

Figura 2 Sequncia de imagens variando a entrada para carga RL=470 .

Figura 3 Sequncia de imagens variando a entrada para carga RL=10 k

.

Figura 4 Sequncia de imagens variando a entrada para carga RL=100 .

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Figura 5 Sequncia de imagens variando a entrada para carga RL=47 .

Com isso, pode-se perceber que o valor de compliance inerente ao circuito

amplificador, mantendo-se o mesmo para qualquer que seja o valor da carga de

sada do circuito, o que importante por permitir um dimensionamento do mesmo

considerando qualquer carga de sada, garantindo controle sobre seu funcionamento

seja qual for a carga utilizada.

Vale comentar, no entanto, que a potncia dissipada pelas cargas varia com

seus valores, j que, embora a tenso seja a mesma, a corrente varia, de modo que

uma carga de maior resistncia dissipa mais potncia para uma mesma corrente,

sabendo-se que a potncia dada pela resistncia vezes o quadrado da corrente

(P=R(i)2).

4.2. Influncia das resistncias na distoro

As figuras a seguir, de 6 a 11, apresentam o comportamento do sinal de sada

(azul) mediante a variao do valor das resistncias em R1 e R2, que foi feito por

meio da insero deum potencimetro em srie com esses resistores.

possvel observar que, para ambos os resistores, a distoro ocorre com o

aumento do valor da resistncia, ou seja, utilizando-se o valor do potencimetro

mais elevado, sendo que a normalizao ocorre para o mesmo valor

aproximadamente, considerando-se pequenas variaes de tolerncia no valor real

dos componentes. Ou seja, o comportamento em R1 anlogo ao em R3.

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Figura 6 Forma de onda com potencimetro em srie com R1 e Rpot=50,71 k.

Figura 7 Forma de onda com potencimetro em srie com R1 e Rpot=24,09 k.

Figura 8 Forma de onda com potencimetro em srie com R1 e Rpot=17,52 k.

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Figura 9 Forma de onda com potencimetro em srie com R3 e Rpot=50,17 k.

Figura 10 Forma de onda com potencimetro em srie com R3 e Rpot=27,00 k.

Figura 11 Forma de onda com potencimetro em srie com R3 e Rpot=13,11 k.

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Esse fenmeno ocorre, pois, com o aumento dessas resistncias, a corrente da

base do transistor referente resistncia alterada diminuda, fazendo com que sua

operao seja deslocada do ponto quiescente. Operando fora de seu ponto

quiescente (prximo do corte), o transistor acaba criando um sinal distorcido.

Outros fatores importantes e complementares que justificam a distoro do

sinal so o fato das resistncias serem de igual valor justamente para que os

transistores sejam polarizados com a mesma tenso, de modo que a tenso entre

emissor e coletor seja metade da tenso de alimentao. Alm disso, o ngulo de

conduo de cada um dos transistores deve ser 180, com cada um dos transistores

operando por vez, a cada semi-ciclo do sinal de entrada.

Todas essas ponderaes justificam distoro do sinal, j que alteram aoperao do circuito.

Como considerao final, interessante notar que, durante a operao, os

transistores apresentarem um considervel aquecimento, j que potncia estava

sendo dissipada por eles na forma de calor. Isso demonstra a importncia da

configurao push-pull (dois transistores), que permite que cada um deles opere

apenas por semi-ciclo do sinal de entrada, permitindo que um resfrie enquanto o

outro opera.

5. CONCLUSO

Os amplificadores de potncia mantm a tenso de sada igual a de entrada,

porm aumentam a corrente do circuito produzindo assim um aumento de potncia.

Isso pode ser percebido tambm pelo aquecimento (efeito Joule) dos transistores,

resultado da potncia dissipada.

Nesse aspecto, amplificadores da Classe B so vantajosos por permitirem quecada transistor opere somente por um semi-ciclo do sinal de entrada (ngulo de

conduo igual a 180), dessa forma possvel que um transistor resfrie enquanto o

outro mantm a operao de amplificao.

Para este circuito, no entanto, necessrio ter em mente as especificaes do

ponto quiescente, que deve ser prximo da regio de corte, j que se operado fora

desta regio o circuito produzir um sinal com distoro considervel.

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6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] MALVINO, Albert P. Eletrnica. 1.ed. So Paulo, McGraw-hill, 1987.

[2] BOYLESTAD, R.L.; Introduo anlise de circuitos; 10.ed. So Paulo:Pearson Prentice Hall, 2004.