Eletrônica II Amplificadores de Potência Notas de Aula José Maria P de Menezes Jr

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Eletrônica II
Amplificadores de Potência
Notas de Aula
José Maria P. de Menezes Jr.
Amplificadores
Amplificador é um equipamento que utiliza uma pequena quantidade de energia para controlar
uma quantidade maior, apesar do termo atualmente se referir a amplificadores eletrônicos.
Amplificadores eletrônicos
O tipo de amplificador mais comum é o eletrônico, comumente usado em transmissores e
receptores de rádio e televisão, equipamentos estéreo de alta fidelidade (high-fidelity ou hi-fi),
microcomputadores e outros equipamentos eletrônicos digitais, e guitarras e outros instrumentos
musicais elétricos. Seus componentes principais são dispositivos ativos, tais como válvulas ou
transistores.
Em alta fidelidade o amplificador é um aparelho eletrônico que eleva os níveis de tensão dos
sinais de áudio.
Amplificadores operacionais (ampops)
Amplificadores Operacionais são amplificadores diferenciais DC de alto desempenho: alto ganho,
alta impedância de entrada, baixa impedância de saída e grande resposta em frequência. Foram
criados para implementar computadores analógicos, executando operações matemáticas (donde
derivam seu nome) com valores de tensões como operandos e resultados.
Definções
Em amplificadores de pequenos sinais as principais caracteristicas são
• ampliação
• linearidade
• ganho
Amplificadores de grandes sinais ou de potência funcionam principalmente para 
fornecer energia suficiente para acionar o dispositivo de saída. Estes circuitos 
amplificadores irão lidar com grandes sinais de tensão e altos níveis de corrente. As 
principais caracteristicas são
• Eficiência
• capacidade máxima de potência
• impedância para o dispositivo de saída
Principais Tipos de Amplificadores
• Class A
• Class B
• Class AB
• Class C
• Class D
Amplificador Classe A
A saída de um amplificador Classe A realiza 360º completos de oscilação de saída.
O ponto Q (nível de polarização) devem ser orientadas para o meio da linha de carga para 
que o sinal AC pode balançar um ciclo completo. Lembre-se que a linha de carga DC 
indica os limites máximos e mínimos estabelecidos pela fonte de alimentação DC.
Amplificador Classe B
A saída do amplificador Classe B só conduz para 180º ou ½ do sinal de entrada.
O ponto Q (nível de polarização) é a 0V na linha de carga, de modo que o sinal AC só 
pode oscilar por meio de um ciclo.
Amplificador Classe AB
Este amplificador está entre os de classe A e classe B. O ponto Q (nível de polarização) 
está acima da Classe B, mas abaixo do Classe A.
A oscilação do sinal de saída ocorre entre 180 ºe 360 º do sinal de entrada AC.
Classe C
A saída do Classe C conduz menos de 180 º do ciclo de corrente alternada. O ponto Q 
(nível de polarização) é o nível de corte, o sinal de saída é muito pequeno.
Utilizada em áreas especiais de de circuitos sintonizados, tais como rádio ou 
comunicações.
Classe D
A classe D é utiliza sinais pulsados. Ligados por um curto intervalo de tempo e desligados 
por um longo intervalo de tempo. 
Eficiência do Amplificador
Eficiência se refere à razão da potência da entrada em relaçõa a potência na saída. 
Amplificador Classe A com realimentação-série
Este é similar ao amplificador de pequenos sinais, exceto que ele vai lidar com tensões 
mais elevadas. O transistor utilizado é um transistor de alta potência.
Polarização DC?
Operação AC
Um sinal de entrada fará com que a tensão de saída deva variar a um máximo de Vcc e um 
mínimo de 0V. A corrente também poderá oscilar de 0 mA a (Vcc / RC)
Potência de Entrada
A alimentação do amplificador é fornecida pela fonte DC. Sem sinal de entrada, a corrente 
drenada é a de polarização do coletor, ICQ.
Potência de Entrada: [Formula 15.4]
Mesmo com um sinal AC aplicado, a corrente média drenada da fonte permanece a mesma.
CQCCi IV(dc)P 
Potência de saída
Potência AC liberada para a carga (Rc)
Sinais rms Pico de sinais 
Sinais pico-a-pico
Eficiência
[Formula 15.8]
A eficiência máxima é a saída máxima e oscilações de corrente.
Que é de 25% para um Amplificador classe A.
Eficiência Máxima?
Com Vce(p-p) = Vcc
Como se chega a 25%?
Exemplo 16.1
100
Pi(ac)
Po(ac)%η 
Amplificador Classe A com 
acoplamento a transformador
Este circuito usa um transformador para acoplar à carga. Isso melhora da eficiência da 
Classe A para 50%.
Ação do Transformador
O transformador melhora a eficiência por causa da transformação de tensão e corrente através 
do transformador.
Relação de Voltagem: [Formula 15.9]
Relação de Corrente: [Formula 15.10]
Lembre-se que os transformadores modifica tensão, corrente e impedância.
Relação de Impedância: [Formula 15.11]
Como se chega nesta relação de Impedância??
Exemplo 16.2
1
2
1
2
N
N
V
V

2
1
1
2
N
N
I
I

2
2
2
1
2
1
L
L a
N
N
R
R
R
R







Operação do Estágio Amplificador
Reta de carga AC 
O ponto de saturação (ICmax) é agora Vcc/RL e o ponto de corte é V2 (voltagem do 
secundario do transformador).
Isso aumenta a polarização balanço de saída máxima, porque os valores mínimo e máximo 
de IC e VCE estão muito afastados.
Reta de carga DC
Como em todos os amplificadores
Classe A, oponto Q é estabelecido
perto do ponto médio da linha de
carga DC.
Resistência DC do transformador é
baixa.
Não há queda de tensão através da
resistência de carga.
Oscilação do sinal e potência de saída AC
Oscilação pico-a-pico: VCE(p-p) = VCEmax – VCEmin
Oscilação de corrente: ICmax – Icmin
Potência AC: [Formula 15.13]
Pode também ser calculada usando-se a tensão liberada pela carga
8
min)Imaxmin)(IVmax(V(ac)P CCCECEo 
Exemplo 16.4
Eficiência
Potência de entrada da fonte DC: [Formula 15.14]
Potência dissipada como calor através do transistor:
[Formula 15.15]
Nota: Quanto maior o sinal de entrada e saída, menor dissipação da calor.
A eficiência maxima : 
[Formula 15.16]
Nota: quanto maior o valor de VCEmax e menor o valor de VCEmin, mais próximo a 
eficiência se aproxima da teorica de 50%.
CQCCi IV(dc)P 
(ac)P(dc)PP oiQ 
2
CECE
CECE
minVmaxV
minVmaxV50%η 








Amplificador Classe B
Na Classe B, a polarização DC do transistor deixa polarizado clase cortado. O transistor 
liga quando o sinal AC é aplicado. Isto é, essencialmente, sem polarização, e o transistor 
conduz corrente por apenas meio ciclo do sinal. 
Para se obter saída para um ciclo completo de sinal, é necessário usar dois transistores e ter 
cada um conduzindo em meio ciclos opostos, operação combinada fornece um ciclo 
completo do sinal de saída.
Amplificador Classe B: Eficiência
A maxima eficiência do classe B é 78.5%.
% = Po(AC)/Pi(DC) *100
Potência de Entrada
[Formula 15.19] 
Potência de Saída
Para maxima potência VL = Vcc e Ip=VL / Rl
Eficiência?
L
CC
2
o
2R
V(ac) Pmaximum 
L
CC
2
L
CC
CCdcCCi
R
2V
R
2VV)(maximumIV(dc)maximumP
ππ






Potência Dissipada
É a potência dissipada em forma de calor.
Diferença entre potência de saída e potência de entrada
Qual a máxima potência dissipada?
Amplificador Classe B - Push-Pull
Transformador de entrada com derivação central para produzir sinais de polaridades 
opostas para os dois transistores de entrada e um transdormador de saída para acionar a 
carga num modo de operação push-pull.
Circuitos de Amplificadores Classe B
Durante a metade positiva do ciclo de entrada AC:
Transistor Q1 (npn) está conduzindo e Q2 (pnp) está desligado.
Durante a metade negativa do ciclo de entrada AC:
Transistor Q2 (pnp) está conduzido e Q1 (npn) está desligado.
Cada transistor produz ½ de um ciclo AC. O transformador combina as duas saídas para 
formar um ciclo de AC completo.
Distorção Crossover
Se os transistores Q1 e Q2 não ligarem e desligarem exatamente ao mesmo tempo, então 
existirá uma lacuna na tensão de saída.
Distorção do Amplificador
Se a saída de um amplificador não é uma onda senoidal AC completa (360º), então ele está 
distorcendo o sinal resultante.Isto ocorre muitas vezes porque o amplificador é não-linear. Pode ocorrer em todas as 
classes de amplificadores.
Distorção também pode ocorrer porque os elementos do circuito e dispositivos respondem 
a um sinal de entrada de forma diferente em várias freqüências. 
Esta distorção pode ser analisado através da análise de Fourier. 
Na análise de Fourier, qualquer forma de onda distorcida periódico pode ser decomposto 
em componentes de freqüência. 
Esses componentes são harmônicos da freqüência fundamental. 
Harmônicos
Harmônicas são múltiplos inteiros da frequência fundamental.
Freqüência fundamental: 5kHz
1º harmônico: 1 x 5kHz
2º harmônico: 2 x 5kHz
3º harmônico: 3 x 5kHz
4º harmônico: 4 x 5kHz
etc
Observe que o primeiro e terceiro harmônicos são chamados harmónicos ímpares ea 2º e 4º 
são chamados harmônicos pares.
Distorção Harmônica
De acordo com a análise de Fourier se o sinal não é uma onda senoidal AC completo, 
então ele contém harmônicos.
Cálculo da Distorção Harmônica
Esta distorção harmônica (D) pode ser calculado:
[Formula 15.30]
onde A1 é a amplitude da freqüência fundamental e e An é a amplitude do maior harmônico
.
A distorção harmônica total (THD):
[Formula 15.31]
100
A
A%Ddistortion harmonic %nth
1
n
n 
  100...DDD%THD 242322 
Distorção do Segundo Harmônico
Forma de onda aproximada de um sinal distorcido:
No ponto 1 (wt = 0)
No ponto 2 (wt = ¶/2)
No ponto 3 (wt = ¶)
tItIIII CQC  2coscos 210 
Dissipador de transistor de potência
Transistores de alta potência dissipada uma
grande quantidade de energia em calor. Isso pode ser
destrutivo para da do amplificador, bem
como para os componentes próximos.
Estes transistores 
requerem dissipadores.
Amplificador Classe C
• Um amplificador Classe C conduz por menos de 180 º. A fim de produzir uma saída de onda 
senoidal completa, a Classe C usa uma circuito sintonizado para fornecer a onda senoidal AC 
completo.
• Limitador a uma faixa fixa de frequencia.
• O Classe C é amplamente utilizado em circuitos de comunicações e de rádio.
Um do amplificador classe D amplifica pulsos. Ela exige uma entrada pulsada.
Existem muitos circuitos que podem converter uma onda senoidal a um pulso, bem como 
os circuitos que convertem um pulso para uma onda senoidal. Este circuito possui 
aplicações em circuitos digitais.
Amplificador Classe D