Unidade III – Amplificadores de Potência

Prof. Raimundo Nonato das Mercês Machado

Unidade III – Amplificadores de Potência

� Introdução

2IFPA-Prof. Raimundo Nonato Machado

� Classes de funcionamento

Amplificadores de Potência

� Classe A� Trabalha na região ativa.� A corrente circula durante os 360º do ciclo AC.

� O ponto Q deve se situar em torno do centro da reta de carga.

Figura 1

� Introdução




� Classe B� A corrente circula durante 180º do ciclo AC.

� O ponto Q se situa no corte

Figura 2

� Introdução




� Classe C� A corrente circula menos que 180º do ciclo AC.

� O ponto Q se situa no corte

Figura 3

� Introdução


� Tipos de acoplamento


� Acoplamento capacitivo� Acopla corrente alternada

Figura 4

� Introdução




� Acoplamento por transformador� Acopla corrente alternada

Figura 5

� Introdução




� Acoplamento direto� Acopla corrente contínua e alternada

Figura 6

� Introdução


� Faixas de freqüência


� Amplificador de áudio� 20 Hz a 20 kHz

� Amplificador de RF� Freqüências bem acima de 20 kHz

� Rádio AM (Ondas Médias): 535 a 1605 kHz.� Rádio FM: 88 a 108 MHz

� Faixa estreita� Faixa larga

� Introdução


� Faixas de freqüência


� Amplificador de RF sintonizado

Figura 7 Figura 8

� Retas de carga DC e AC


� Reta de carga DC (Emissor Comum)


Figura 9 Figura 10



� Reta de carga AC (Emissor Comum)


� Corte e saturação

Figura 11

Figura 12





Figura 13 Figura 14





� Máximo valor pico a pico de saída (MPP).

Figura 16 Figura 15





� Exercício1� O transistor do

circuito da figura 17tem as seguintesespecificaçõesmáximas: IC = 200 mAe VCEO = 40 V.Calcular o máximovalor pico a pico desaída. Mostrar quenenhuma dasespecificações dotransistor é excedidadurante o ciclo AC. Figura 17



� Reta de carga AC (Coletor Comum)


Figura 18



� Reta de carga AC (Emissor Comum com realimentação)


Figura 19



� Reta de carga AC


� Ponto Q ótimo

Figura 20




� Exercício 2� Um amplificador com realimentação no emissor tem ICQ = 5 mA,

VCEQ = 10 V, RC = 1k, RL = 3k e rE = 120. Calcular a corrente AC de saturação, a tensão AC de corte e o valor pico a pico de saída.

� Exercício 3� Situar o ponto Q ótimo para o circuito da figura 17 para obter a

máxima excursão pico a pico na saída.

� Amplificador Classe A


� Parâmetros


Figura 21

� Ganho de tensão com carga� Ganho de corrente� Ganho de potência� Potência na carga� Potência AC máxima na carga� Dissipação de potência

no transistor� Corrente de

alimentação� Potência fornecida pela

fonte DC� Rendimento do estágio

� Amplificador Classe A



Figura 22

� Exercício 4� O transistor do

circuito da figura 22tem β igual a 150.Calcular Av, Ai, Ap,PLmax, PDmax, IF, PF eη.

� Amplificador Classe B



Figura 24

� Circuito Push-Pull

Figura 23




� Circuito Push-Pull� Retas de carga

� Máxima excursão pico a pico de saída

Figura 25




� Circuito Push-Pull� Análise AC

Figura 26

� Ganho de tensão� Impedância de entrada

� Impedância de saída

� Ganho de corrente

� Ganho de potência




� Circuito Push-Pull� Funcionamento do circuito

� Distorção de cruzamento� Distorção não-linear� Potência na

carga� Potência

máxima nacarga

� Dissipação depotência notransistor

� Máxima potência dissipada no transistor

Figura 27




� Circuito Push-Pull� Funcionamento do circuito

� Corrente de alimentação� Potência

fornecidapela fonte

� Rendimento

Figura 28




� Circuito Push-Pull� Exercício 5

� Na figura 29 é mostrada areta de carga AC de umseguidor de emissor push-pull classe B. Se RL = 100,calcular a máximaexcursão pico a pico desaída e a potência máximana carga.

Figura 29




� Circuito Push-Pull� Exercício 6

� Um amplificador push-pull classe B tem tensão de alimentaçãode 30 V, uma corrente de polarização de 1 mA e uma correntequiescente de coletor de 1 mA. Se o amplificador tiver a reda decarga AC dada na figura 29, quais os valores da corrente dealimentação sem sinal, da corrente de alimentação com todo osinal e do rendimento do estágio?




� Polarização do amplificador classe B� Polarização por divisor de tensão

� A diminuição de VBE com a temperatura faz acorrente de coletor aumentar o que podedanificar o transistor.� VBE diminui 2mV para cada grau de aumento na

temperatura.� Uma diminuição de 60 mV em VBE faz a corrente

de coletor aumentar em 10 vezes.

Figura 30




� Polarização do amplificador classe B� Polarização por diodo (espelho de corrente)

� D1 e D2 são chamados diodos compensadores epolarizam os diodos emissores de Q1 e Q2.

� As curvas de VBE dos diodos e dos transistoresdevem ser idênticas.

Figura 31




� Polarização do amplificador classe B� Exercício 7

� Qual a corrente de coletor para o circuito dafigura 32?

Figura 32




� Acionador classe B� Amplificador EC com

acoplamento direto quefunciona como uma fonte decorrente para polarizar osdiodos.

� A corrente de emissor de Q1 éajustada por R2.

Figura 33




� Acionador classe B� Equivalente DC

Figura 34

� Equivalente AC

Figura 35

� Amplificador Completo



Figura 36

� Amplificador Completo



� Exercício 8� Calcular a corrente quiescente através de Q3 e Q4. Se β = 120

qual o ganho de tensão com carga do estágio acionador nocircuito da figura 36?




� Alimentação subdividida� Com as alimentações iguais e opostas

cada transistor tem VCEQ = VCC, logo atensão de saída é zero e a carga podeser acoplada diretamente.

� Também a tensão entre os diodoscompensadores é zero podendo-seacoplar a entrada diretamente,

Figura 37

� Amplificador Classe C



� Funcionamento em classe C� Freqüência de ressonância

Figura 38

Figura 39




� Funcionamento em classe C� Equivalente DC

Figura 38

Figura 40




� Funcionamento em classe C� Retas de carga

Figura 38

Figura 41




� Funcionamento em classe C� Equivalente AC

Figura 38

Figura 42




� Funcionamento em classe C� Largura de banda

Figura 38

Figura 43




� Funcionamento em classe C

Figura 38

Figura 44

� Resistência AC do coletor� Fator de qualidade do indutor� Resistência em série do indutor





Figura 38

Figura 45

� Resistência AC do coletor� Fator de qualidade do indutor� Resistência em paralelo do indutor





Figura 38

Figura 46

Figura 47

� Grampeamento DC

� Corrente de coletor





Figura 38

Figura 48

� Grampeamento DC� Circuito AC do coletor

� Tensão no coletor

Figura 49




� Parâmetros� Ciclo de trabalho

Figura 50

� Potência na carga� Potência máxima na carga

� Corrente da fonte

� Potência da fonte

� Rendimento

� Máxima excursão pico a pico de saída

� Dissipação de potência no transistor




Figura 51

� Exercício 9� Explicar as formas de

onda mostradas nocircuito da figura 50




� Exercício 10� o circuito da figura 51 o Q da bobina é 50. Calcular a freqüência

de ressonância, a corrente AC de saturação, a tensão AC decorte, a máxima excursão pico a pico de saída e a largura debanda.

� Especificação de potência do transistor



� Introdução� A temperatura na junção do coletor impõe um limite na

dissipação de potência do transistor.� Dependendo do tipo de transistor, uma temperatura da junção na

faixa de 150º a 200ºC destruirá o transistor.� O calor produzido na junção na junção passa através do invólucro do

transistor e irradia para do ambiente que geralmente é por volta de25 ºC, mais que pode aumentar dependendo do clima e a onde otransistor opera.




� Fator de redução (D)� A potência máxima que o transistor pode

dissipar é especificada à temperaturaambiente (25 ºC).

� Caso o transistor opere em temperaturasmais elevadas, é necessário usar a curvaou o fator de redução de potência dotransistor.

ΔP - diminuição na especificação de potência.D - fator de redução.TA - Temperatura do ambiente.

ΔP D T CA= −( º )25

Figura 52




� Dissipadores de calor� Dissipadores de calor são utilizados para aumentar a

especificação de potência de um transistor.� O dissipador permite que o calor escape mais facilmente para

o meio ambiente porque ele aumenta a área da superfície doinvólucro do transistor.

� Ao fluir para fora do transistor, o calor passa através dacarcaça do transistor e vai para o dissipador de calor, queentão irradia o calor para o ar circundante.

� A temperatura da carcaça do transistor TC é mais alta que atemperatura do dissipador de calor TS, que é mais alta que atemperatura do ambiente TA.




� Dissipadores de calor� Fator de redução (D)

ΔP - diminuição da especificação de potênciaD - fator de reduçãoTC - temperatura da carcaçaTA - temperatura do ambiente Figura 53

ΔP D T CT T P

C

C A D CS SA

= −= + +

( º )( )25θ θ

PD - dissipação de potência no transistorθCS - resistência térmica entre a carcaça e o dissipadorθSA - resistência térmica entre o dissipador e o ar ambiente




� Dissipadores de calor� Exercício 9

� Um circuito deve operar a uma temperatura ambiente que variana faixa de 0 a 70 ºC. Um dissipador com curva de redução dadana figura 35 tem as seguintes resistências térmicas: θCS = 0,5ºC/W e θAS = 1,5 ºC/W. Se o transistor tem uma dissipação depotência máxima de 30 W, qual a temperatura máxima nacarcaça do transistor? Usando a curva de redução dada na figura53, determinar a especificação de potência na temperaturamáxima da carcaça.

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