Imagens de cabeçalho aleatórias... Recarregue a sua página para ver mais!

Transístores de Junção Bipolar (parte 4… e última)

TRANSÍSTORES BIPOLARES (IV)

Amplificadores de Potência

Numa aparelhagem de alta fidelidade, num rádio ou numa televisão, o sinal de entrada é pequeno. Depois de várias etapas de amplificação de tensão, o sinal torna-se grande e utiliza a recta de carga na sua totalidade. Nestas últimas etapas de amplificação, as correntes de colector são muito maiores porque as impedâncias de carga são muito menores. Por exemplo, numas colunas de som, a impedância de carga é apenas de 8 Ω.
Os trans´sitores que falámos antes (de pequeno sinal) têm uma limitação de potência de 1W, mas estes transístores utilizados nas últimas etapas de amplificação (de potência) as suas limitações de potência são maiores.

Classes de funcionamento dos amplificadores

Classe A – É aquele em que o transístor trabalha sempre na sua zona activa.
Isto equivale a dizer que, pelo colector, circula corrente durante os 360º do ciclo do sinal, como se vê na figura:

1tjb4

Neste caso teremos de dimensionar o circuito de forma a situar o ponto Q a meio da recta de carga, de forma a que o sinal possa oscilar sobre a máxima amplitude possível, sem saturar ou cortar o transístor, o que distorceria o sinal.

Classe B – Neste caso, a corrente de colector circula apenas durante meio ciclo (180º), como se mostra na figura:

2tjb4

Devemos dimensionar o ponto Q no corte. Assim, apenas a metade positiva da tensão alternada na base do transístor produz uma corrente no colector.
Esta medida reduz a dissipação de calor nos transístores de potência.

Classe C – Neste caso circula corrente pelo colector em menos de metade do ciclo, como se mostra na figura:

3tjb4

Apenas parte do semiciclo positivo da tensão alterna na entrada produz corrente no colector.

Duas rectas de carga

Cada amplificador tem um circuito equivalente para corrente contínua e outro para corrente alterna. Por isso existem duas rectas de carga.
Nas fichas anteriores temo-nos debruçado sobre a recta de carga para contínua.
Vejamos agora o caso do funcionamento em corrente alterna.
Circuito exemplo – amplificador com divisor de tensão na base

4tjb4

5tjb4

circuito equivalente em alterna

6tjb4

–> Recta de carga para alternada
A resistência de emissor não afecta o funcionamento pois, em alterna, “está” ligada à terra, devido ao condensador.
A resistência de colector para alterna é menor que para contínua, porque em alterna está em paralelo com RL, visto que o condensador em alterna funciona como “curto-circuito”.
Portanto, o sinal alternado o ponto de funcionamento move-se ao longo da recta de carga.
Como a inclinação é menor que a da recta da contínua, o máximo pico a pico do sinal de saída terá de ser sempre menor que VCC.
A saída (pico a pico) poderá ser maior quando o Q se situar a meio da recta de carga:

7tjb4

e será, sempre, MP = ICQ.rc ou VCEQ (o menor). A meio é igual.

Exemplo 1:
Qual é o valor de ICQ, VCEQ e rc, na figura seguinte?

8tjb4

Solução:
1,8 V – 0,7 V
ICQ = ——————— = 1,1 mA
1 kΩ

VC = 10 V – (1,1 mA) . (3,6 kΩ) = 6,04 V

VCEQ = 6,04 V – 1,1, V = 4,94 V

rc = 3,6 kΩ // 10 kΩ = 2,65 kΩ

Exemplo 2: Que valor toma a tensão de saída máxima pico a pico?
Solução:
Com uma tensão de alimentação de 10 V –> MPP < 10 V por outro lado, podemos ser mais precisos: ICQ.rc = (1,1mA) . (2,65 kΩ) = 2,92 V VCEQ = 4,94 V Como o pico máximo de saída é o menor dos dois: MP = 2,92 V MPP = 2 . (2,92 V) = 5,84 V Funcionamento em Classe A

9tjb4

Ganho de potência

G = Pout / Pin
Potência de Saída:
MPP2
Pout(máx) = ——–
8.RL

Dissipação de potência no transístor
Quando não há sinal de entrada, a potência dissipada é:
PDQ = VCEQ . ICQ
Quando aparece um sinal na entrada, a potência de dissipação diminui, uma vez que o transístor transforma alguma da potência estacionária em potência de sinal.

Rendimento
Define-se como:

Pout
η = ———– . 100 %
PDC
isto é, o rendimento é igual à potência de saída para o sinal (alternada), a dividir pela potência de entrada contínua.
O rendimento é importante, sobretudo, para equipamentos que funcionam com pilhas.
O rendimento máximo dos amplificadores de classe A é de 25 %, o que só é aceitável para etapas iniciais de amplificação, em que as potências em jogo são pequenas.

Exemplo:
Se a tensão de saída pico a pico for de 6,3 V e a impedância de entrada da base for de 3 kΩ, qual é o ganho de potência na figura seguinte?

10tjb4

Solução:
No circuito equivalente para contínua b), a impedância de entrada é:
Zin = 10 kΩ // 2,2 kΩ // 3 kΩ = 1,13 kΩ
A potência de entrada de contínua é:

(50 mV)2
Pin = ——————- = 0,277 μW
8 . (1,13 kΩ)

A potência de saída alternada é:

(6,2 V)2
Pout = —————— = 1,02 mW
8 . (4,7 kΩ)

pelo que o ganho de potência é de:

1,02 mW
G = —————- = 3,682
0,277 μW

Exemplo 2:
Qual é a potência dissipada pelo transístor da figura a)?

Solução:
A corrente contínua de emissor é:
1,1 V
IE = ———— = 1,62 mA
680 Ω

A tensão de colector vale:

VC = 10 V – (1,62 mA) . (3,6 kΩ) = 4,17 V

E a tensão contínua emissor-colector é de:

VCEQ = 4,17 V – 1,1 V = 3,07 V

Pelo que a dissipação de potência no transístor é de:

PDQ = VCEQ . ICQ = (3,07 V) . (1,62 mA) = 4,97 mW

Exemplo 3:

Qual é o rendimento do circuito da figura a)?
A corrente de polarização que atravessa o divisor de tensão é de:

10 V
Ipolarização = —————- = 0,82 mA
12,2 kΩ

A corrente de colector sem sinal é de 1,62 mA. O consumo de corrente é de:
IDC = 0,82 mA + 1,62 mA = 2,44 mA

A potência de entrada de contínua é:
PDC = VCC . IDC = (10 V) . (2,44 mA) = 24,4 mW

Como a potência de saída alterna é de 1,02 mW, o rendimento é:
1,02 mW
η = ————– . 100 % = 4,2 %
24,4 mW

Funcionamento em Classe B

A classe A é mais simples e mais estável, mas o seu rendimento é muito pequeno, o que é desfavorável para alimentação a pilhas, pelo que se usa a classe B, de maior rendimento.

A figura seguinte mostra uma montagem amplificadora básica em classe B.

11tjb4

Em cada semiciclo, um dos transístores funciona (enquanto o outro está cortado), a saída recebe um ciclo completo de sinal amplificado.

Vantagens e Desvantagens:

Como não há polarização, cada transístor está ao corte quando não tem sinal de entrada, o que resulta numa vantagem, pois não há consumo de corrente quando o sinal é zero.
Outra vantagem é o aumento de rendimento quando há um sinal de entrada. O máximo rendimento de um amplificador de classe B em contrafase é de 78,5 %, pelo que é mais utilizado nas etapas finais de amplificação.
A principal desvantagem é o uso de transformadores, que são pesados e caros.

Funcionamento em Classe C

Na classe C precisamos de usar circuitos ressonantes como carga. Por isso, a maioria dos amplificadores de classe C são amplificadores sintonizados.

Frequência de Ressonância

Com o funcionamento em classe C, a corrente de colector circula durante menos de um semiciclo. Um circuito ressonante em paralelo pode filtrar os impulsos de corrente de colector e produzir um sinal sinusoidal puro de tensão de saída. A principal utilização para a classe C são os amplificadores sintonizados de RF e o seu rendimento máximo é de 100 %.

12tjb4

O sinal amplificado e invertido à saída está acoplado por condensador à carga. Devido ao circuito ressonante em paralelo, a tensão de saída é máxima na frequência de ressonância:

1
fr = ———————–
2 . √LC .

No resto das frequências o ganho de tensão cai, pelo que este amplificador é sobretudo usado para amplificação de bandas estreitas de frequências (rádio e televisão).

Equações para a Classe C:

Universais:

Pout
G = ———- (ganho de potência)
Pin
Vout
Pout = ———— (potência de saída para alterna)
8 . RL
MPP2
Pout máx = ————– (máxima potência de saída para alterna)
8 . RL

PDC = VCC . IDC (potência de entrada para corrente contínua)
Pout

η = ——– x 100 %
PDC

Dissipação de potência no transístor
Pode mostrar-se que é igual a:

MPP2
PD = ———–
40 . rc

Questões:

1. Para o funcionamento em classe B, a corrente de colector circula durante:
a) Todo o ciclo
b) Meio ciclo
c) Menos de meio ciclo
d) Menos de um quarto de ciclo

2. O acoplamento por transformador é um exemplo de:
a) Acoplamento directo
b) Acoplamento para corrente alterna
c) Acoplamento para corrente contínua
d) Acoplamento por impedância

3. Um amplificador de áudio funciona numa gama de frequências de:
a) 0 a 20 Hz
b) 20Hz a 20 kHz
c) 20 a 200 kHz
d) Para cima de 20 kHz

4. Um amplificador de rádiofrequência sintonizado é:
a) De banda estreita
b) De banda larga
c) Acoplado directamente
d) Um amplificador de contínua

5. A primeira etapa de um pré-amplificador é:
a) Uma etapa de rádiofrequência sintonizada
b) Um sinal grande
c) Um sinal pequeno
d) Um amplificador de contínua

6. Para conseguir uma tensão máxima de saída pico a pico, o valor do ponto Q deverá estar:
a) Perto da saturação
b) Perto do corte
c) No centro da recta de carga para contínua
d) No centro da recta de carga para alternada

7. Um amplificador têm duas rectas de carga porque:
a) Tem resistências de colector para corrente contínua e alterna
b) Tem dois circuitos equivalentes
c) A corrente contínua comporta-se de uma forma e a correnre alterna de outra
d) Todos os anteriores

8. Quando o ponto Q está no centro da recta de carga para alterna, a tensão de saída máxima pico a pico é:
a) VCEQ
b) 2 . VCEQ
c) ICQ
d) 2 . ICQ

9. Um circuito em contrafase é quase sempre usado com:
a) A classe A
b) A classe B
c) A classe C
d) Todas as anteriores

10. Uma das vantagens dos amplificadores da classe B é que:
a) Não há consumo de corrente sem sinal
b) O rendimento máximo é de 78,5 %
c) Tem um maior rendimento que a classe A
d) Todas as anteriores

Problemas:
Duas rectas de carga

13tjb4
figura 1

1. Qual é a resistência de colector de contínua na figura? Quanto vale a corrente de saturação para contínua?
2. Qual é a resistência de colector em alterna na figura? Se o ponto Q está aproximadamente a meio da recta de carga para alterna, qual é a corrente de saturação para alterna?
3. Qual é a saída máxima pico a pico na figura?
4. Suponha que todas as resistências dobram de valor na figura. Qual é agora a resistência de colector para alterna?
5. Suponha que todas as resistências triplicam de valor. Qual é a saída máxima pico a pico?

14tjb4
figura 2

6. Qual é a resistência de colector de contínua na figura? Qual é a corrente de saturação para contínua?
7. Qual é a resistência de colector em alterna na figura? Se o ponto Q está aproximadamente a meio da recta de carga para alterna, qual é a corrente de saturação para alterna?
8. Qual é a saída máxima pico a pico na figura?
9. Suponha que todas as resistências dobram de valor na figura. Qual é agora a resistência de colector para alterna?
10. Suponha que todas as resistências triplicam de valor. Qual é a saída máxima pico a pico?
Funcionamento em Classe A
11. Um amplificador tem uma potência de entrada de 4mW e uma potência de saída de 2W. Qual é o ganho de potência?
12. Se um amplificador tem uma tensão de saída pico a pico de 15 V na resistência de carga de 1 kΩ, qual é o ganho de potência se a potência de entrada for de 400 μW?
13. Qual é o consumo de corrente na figura 1?
14. Qual é a potência de alimentação de contínua do amplificador da figura 1?
15. O sinal de entrada na figura 1 aumenta até uma tensão de saída máxima pico a pico sobre a resistência de carga. Qual é o rendimento?
16. Qual é a dissipação de potência sem sinal na figura 2?
17. Qual é o consumo de corrente na figura 2?
18. Qual é a potência de alimentação de contínua do amplificador da figura 2?
19. O sinal de entrada na figura 2 aumenta até uma tensão de saída máxima pico a pico sobre a resistência de carga. Qual é o rendimento?
20. Qual é a dissipação de potência sem sinal na figura 2?

Novembro 30, 2009   Não há comentários

Transístores de Junção Bipolar (parte 3)

TRANSÍSTORES BIPOLARES (III)

7.2. A Recta de Carga (EC)

Polarização de Base

O circuito da figura abaixo é um exemplo de polarização de base, isto é, estabelecer um valor constante para a corrente de base.
Isto mesmo que mudemos o transístor e a temperatura se altere.

transistor_3_1

Por exemplo, se RB for de 1MΩ IB será de 14,3 μA.
Se &#946DC = 100, a corrente de colector será 1,43 mA e
VCE= VCC – IC.RC = 15 V – (1,43 mA) . (3 kΩ) = 10,7 V
Portanto, o chamado ponto quiescente (Q) (quieto) ou de funcionamento em repouso (PFR) será:
IC = 1,43 mA e VCE = 10,7 V

Solução gráfica

O PFR também poderá ser obtido de forma gráfica, se tivermos a característica de saída do transístor, usando a chamada recta de carga, como se mostra na figura seguinte.
VCE = VCC – RC.IC
logo,
VCC – VCE
IC = —————- (*)
RC
A recta de carga é obtida representando esta equação sobre a característica de saída do transístor.

transistor_3_2

Click to continue reading “Transístores de Junção Bipolar (parte 3)”

Setembro 29, 2009   1 Comentário