Amplificadores de Potência e Pequenos Sinais: Teoria e Aplicações

2 Unidade Relembrando Ementa da Disciplina Transistor bipolar TBI em regime alternado Amplificadores de pequeno sinal Transistores de efeito de campo FET Análise DC e AC do JFET Aplicações dos Transistores Chaves analógicas MOSFETs CMOS em eletrônica digital Análise em frequência de amplificadores Amplificadores de potência classes A B AB e C Amplificadores realizam Amplificadores Fornecem uma versão amplificada do sinal recebido em sua entrada Amplificadores de Pequenos Sinais Ganho de amplitude do sinal Amplificadores de Potência Ganho de potência foco na eficiência Amplificadores Realimentados Realimentação Negativa Compromisso entre o ganho e estabilização do circuito Amplificadores de Potência Objetivos de Hoje Introduzir os amplificadores de Potência Classificação Características Desafio de projeto distorção e calcular Eficiência dos amplificadores classe A e B Introdução Os amplificadores fornecem uma versão amplificada do sinal recebido em sua entrada amplificadores de pequenos sinais amplificadores de potência Amplificadores Pequenos Sinais As potências envolvidas são pequenas portanto a capacidade de fornecimento de potência e eficiência têm pouca importância Características principais Linearidade na amplificação Amplitude de Ganho Amplificadores de Potência Fornecem potência suficiente para acionar alguma carga como um alto falante acionamento de motores servosatuadores transmissão de dados transmissão de RF etc Normalmente a potência de saída se situa na faixa de Watts a dezenas de Watts Características principais Eficiência de potência Potência máxima na saída Classificação A Classificação se refere à Fidelidade do sinal de saída Representa a quantidade que o sinal de saída varia em graus para um ciclo completo de sinal de entrada senoidal Exemplo de um Estágio de Saída complementar Classificação Classe A Mantém fidelidade do sinal na saída Baixa eficiência alta dissipação de calor com realimentação série η25 com acoplamento a transformador η50 Aplicado amplamente na amplificação de áudio Figura 2 as correntes em classe A para um sinal senoidal em verde l s e em azu l ls Repare que as ondas são senóides completas Classificação Classe B Baixa fidelidade de sinal na saída gera distorção Eficiência de 785 Figura 3 as correntes em classe B para um sinal senoidal em verde l s e em azu l ls Repare que as ondas são meia senóides Classificação Classe AB Sua necessidade é para resolver a distorção da configuração pushpull obtida com dois circuitos classe B Figura 4 as correntes em classe AB para um sinal senoidal em verde ls e em azuis Repare o sumiço da distorção de crossover Classificação Classe C Projetado para circuitos sintonizados em comunicações O circuito sintonizado na saída fornece um ciclo completo do sinal de saída amplificado para a frequência de ressonância específica Classificação Classe C Figura 5 a corrente em classe C para um sinal senoidal no dispositivo o ls foi retirado Classificação Classe D Projetado para operar com sinais pulsados digitais ligados por um curto intervalo de tempo É necessário converter o sinal entrada analógico para um sinal pulsado e em seguida transformálo de volta em uma saída senoidal para recuperar o sinal original Com sua alta eficiência é utilizado para amplificar sinais de áudio Desafios de Projeto Dissipação de calor Distorção do sinal de saída Características físicas Peso Fonte de alimentação Tamanho Dissipação de calor Potencial dissipado pelos dispositivos é basicamente a diferença entre as potências de entrada e saída Dissipação de calor Potencial dissipado pelos dispositivos é basicamente a diferença entre as potências de entrada e saída Usase o dissipador de calor que são encapsulamentos metálicos ou placas e ventiladores para a remoção de calor gerado em um elemento de circuito Dissipação de calor Potencial dissipado pelos dispositivos é basicamente a diferença entre as potências de entrada e saída Usase o dissipador de calor que são encapsulamentos metálicos ou placas e ventiladores para a remoção de calor gerado em um elemento de circuito Transistores bipolares de silício apresentam maiores valores de temperatura máxima em comparação aos de germânio Temperatura de junção máxima é 150200 graus celsius para Silício 100100 graus celsius para Germânio Distorsão Vout Vin REAL Vout AVin Vout Vin IDEAL Distorsão harmônica Um sinal senoidal de entrada que varia menos que um ciclo completo de 360 graus é considerado como tendo distorção Distorsão harmônica Um sinal senoidal de entrada que varia menos que um ciclo completo de 360 graus é considerado como tendo distorção Características nãolineares dos dispositivos geram distorção Um sinal senoidal de entrada que varia menos que um ciclo completo de 360 graus é considerado como tendo distorção Características nãolineares dos dispositivos geram distorção Distorção harmônica se refere à natureza da senoidal de uma forma de onda periódica sendo a distorção definida como a relação entre as amplitudes das harmônicas e da fundamental Um sinal senoidal de entrada que varia menos que um ciclo completo de 360 graus é considerado como tendo distorção Características nãolineares dos dispositivos geram distorção Distorção harmônica se refere à natureza da senoidal de uma forma de onda periódica sendo a distorção definida como a relação entre as amplitudes das harmônicas e da fundamental Distórcão em cada harmônico Dn An A1 100 Distorção harmônica total é a raiz quadrada da soma dos quadrados da distorção de cada harmônico Onda distorcida representada pelos harmônicos Eficiência Resumo Razão entre potência de saída e potência de entrada Melhora da classe A para D Para amplificadores classe A a eficiência máxima poderá alcançar até 25 ou 50 depende do tipo de circuito Para amplificadores classe B ou AB a eficiência máxima poderá alcançar até 785 Amplificadores classe D chegam até 90 de eficiência Amplificadores classe C não são usados para transferir grandes quantidades de potência Cálculo de Eficiência η P0ACP1DC 100 Potência de entrada DC Fonte que polariza o circuito Corrente do ponto de operação P1dc VdcIadc P0ac V2rmsRL Classe A com realimentaçãosérie Ponto ótimo de polarização VCE VCC2 Classe B configuração pushpull Projetado para ganhar eficiência Sinal de entrada é quem polariza o circuito isto é Vcc 0 é o ponto de operação Classe B pushpull com simetria complementar Classe A com acoplamento a transformador Indutor armazena energia por meio de um campo magnético Indutor aumenta ou diminui os níveis de tensão ou corrente de acordo com sua relação de espiras Fazer exercício resolvido do livro Classe B eficiência máxima 1 Calcule a eficiência máxima do amplificador classe A com realimentação série Temos que usar a oscilação máxima de tensão e corrente Classe A eficiência máxima 2 Calcule a eficiência máxima do amplificador classe A com acoplamento a transformador Exercício resolvido no livro