11 - Amplificadores de Potência

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Capítulo 11
AMPLIFICADORESDEPOTÊNCIA
+
Apósváriosestágioscomganhodetensão,o sinalamplificadoexcursionaportodaa
retadecarga.Umestágioamaisagoradeveseroestágiodeganhodepotênciaemvez
deganhodetensão.Nesseúltimoestágio,ascorrentesnocoletorsãomuitomaiores
porqueasimpedânciasdascargassãomuitomenores.Num rádioAM típico,por
exemplo,a impedânciafinal da cargaé de 3,2Q - a impedânciadeum pequeno
alto-falante.O estágiofinaldeamplificaçãodevefornecerurnacorrentesuficientepara
acionaressaimpedância.
ConformemencionadonoCapítulo6,ostransistoresdepequenosinaltêm
urnapotênciamenorquemeiowatte ostransistoresdepotênciatêmmaisdemeio
watt.Os transistoresde pequenosinalsãotipicamenteaplicadosna entradados
sistemas,ondea potênciado sinalé baixa,e os transistoresde grandesinalsão
tipicamenteaplicadosnasaídadossistemas,ondeapotênciadossinaiséalta.
Apósoestudodestecapítulo,vocêdeverásercapazde:
~ Mostrarcornoa retade cargacc, a retade cargacae o pontoQ são
determinadosparaumcircuitoEc.
~ Calculara tensãomáximade picoa picosemdistorção(MPP),queé
possívelcomumamplificadorEc.
~ DescreverascaracterísticasdeumamplificadorclasseA.
~ Discutirosfatoresquelimitamosvaloresnominaisdepotênciaeo que
podeserfeitoparamelhorarapotêncianominal.
450
Capo11 Amplificadoresdepotência 451
11.1 A RETADECARGACA
Todoamplificadortemduascargas:umacargacce umacargaca.Por isso,todo
amplificadorpossuiduasretasdecarga:umaretadecargacceumaretadecargaca.
Nos capítulosanteriores,usamosa retade cargaccparaanalisaros circuitosde
polarização.Nestecapítulo,estudaremosaretadecargacaparaanalisarasoperações
emgrandesinal.
oPontoa
A Figura11.1mostrao amplificadorqueanalisamosnos capítulosanteriores.Os
valoresccaindasãoosmesmosdeantes:
VB = 1,8V
VE = 1,1V
IE = 1,1mA
Vc = 6,O4V
VCE = 4,94V
+lOV
lOkQ
20mV
pp 2,2kQ
- - - - -
Figura11.1 o circuito.
O sinalcadeentradaproduzvariaçõesemduastensõesdotransistor(basee
coletor),assimcomonastrêscorrentesdotransistor.O únicovalorquenãovariaéa
tensãonoemissor,porqueeleéumterraparaca.
452 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo11
DiferentesResistênciasCAe CCparao Coletor
ConformemostradonaFigura11.1,aresistênciacadocoletorestáemparalelocoma
resistênciade3,6kQ e4,7kQ,queé
rc =2,04kQ
Comoaresistênciacadocoletor(2,04kQ)édiferentedaresistênciaccdocoletor(3,6kQ),
o pontodeoperaçãosemoveaolongodanovaretadecargamostradanaFigura11.2.
Emoutraspalavras,aretadecargacaédiferentedaretadecargacc.
Ic
4,94V
VCE
8,9V
Figura11.2 As retasdecarga.
A SaturaçãoeoCorteCA
Aquiestáoqueacontecequandoaresistênciacadocoletorédiferentedaresistênciacc
dacarga.ConformemostradonaFigura11.3,ospontosdesaturaçãoedecortesobrea
retadecargacasãodiferentesdospontosnaretadecargacc.Alémdisso,aretadecarga
caémaisinclinada,porquearesistênciacadocoletorémenorquearesistênciaccdo
coletor.
Emboraasduascargassejamdiferentes,elasincluemopontoQ.Parasimbo-
lizaracorrenteeatensãonopontoQ,usaremosessasnotaçõesnosestudossubseqüen-
tes:
ICQ = correntequiescentedo coletor
VCEQ =tensãoquiescentecoletor-emissor
Essesvaloressãoidênticosaosvaloresdacorrenteccdocoletore datensãoernissor-
coletordosestudosanteriores.
Capo11 Amplificadoresdepotência 453
Ic
IC(sat)
I
f
~ VCEQ ~ VCE(corte)
VCE
I--ICQrc
Figura11.3 A excursãomáximanaretadecargaca.
As Equações
r
As equaçõessãoresumosmatemáticosdo que acontececomo circuito.Elasnos
lembramdospontosprincipaisemestudoe do processoqueenvolveo circuito.Na
Figura11.3,acorrentequiescentedocoletoréaproximadamentede
VE
ICQ =RE
eatensãocoletor-emissoré
VCEQ=Vcc - IcRc - VE
11.2 OS LIMITES DA EXCURSÃO DO SINAL
Paraoamplificadorqueestamosanalisando,osvaloresccouquiescentessão
ICQ = 1,1mA
VCEQ=4,94V
454 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo11
Esses valores são importantes porque determinam atéonde o sinal capodeexcursionar
antes de atingir os limites da reta de carga ca. Na Figura 11.3, a tensão máxima
excursionaapartir do pontoQaté os pontos
à esquerda = VCEQ
à direita = IcQre
Consulteos "TópicosOpcionais" sequiserver aprovadessaequação.
Exemplo11.1
Na Figura11.1,o resistordeemissorde 1 kQ foi trocadopor outrode820Q. Que
efeitoissoproduzsobreo pontoQ?
SolUção
A tensãoccno emissor é igual a 1,1V. A correnteccno emissor agoraé de
i~~lV... ':::",,',iiiJ'
820Q'
e a tensãoccno coletoré de aproximadamente
vC ...10'l'.... -)(3~.'ikQ.' ,) iÍÍÍl! 51!.,.i8.'.'.',V" ", ,
e a tensãocoletor-emissoré de
VCE 5,18;Y - 1,1 = 41i~8
Parao amplificadorquetemosestudado,osvaloressão
à esquerda= 4,94V
à direita = (1,1mA)(2,04kQ) = 2,24V
oCeifamentoem Ica Te
Como aexcursãopeloladodireitoémenorquepeloladoesquerdo,osinalseráceifado
peloladodireitoantesqueeleatinjaaexcursãomáximapeloladoesquerdo.Aquiestá
arazão.A Figura11.4mostraasretasdecargascceca.Suponhaqueatensãodeentrada
Capo11 Amplificadoresdepotência 455
sejasuficienteparaproduzira excursãomostradaaqui.Observequea tensãocado
coletorésenoidaleo picodadireitaestáalcançandoexatamenteolimiteesquerdoda
retadecargaca.
Seatensãodeentradaaumentar,atensãocadocoletorseráceifadapelolado
direito,conformemostradonaFigura11Ab.Issoé indesejávelporqueresultanuma
distorçãoexcessivado sinal,o queseriadesastrosonumsistemadealtafidelidade
porqueo sinalceifadoteriaumsomterrível.
O valormáximode pico a pico (MPP) da tensãocasemceifamentoque
obtemoscomoamplificadoréportantolimitadoporduasvezeso valordeICQrc Em
umafórmula,
MPP = 2ICQrc (11.1)
I
-i'i
Sevocêforumtécnicoemmanutençãoouumprojetista,precisaguardaressaequação.
Eladeterminaolimitemáximodatensãocadepicoapicosemceifamento.
Ic Ic
1 MPP =2 IcQrc
VCE
I
I (a)
F=LJ
:
I I
I I CEIFADO
I ~
: I I (b)
VCE
Figura11.4 (a)O sinalmáximodepicoapico;(b)oceifamento.
o Pontoa Ótimo
Podemosobterumaexcursãomáximadosinalseaumentarmosacorrentequiescente
docoletor.Defato,amelhorcoisaafazerédeslocaropontoQ paracima,atéocentro
daretadecargaca,conformemostradonaFigura11.5.
456 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo11
Ic
MPP =2 VCEQ =2IcQrc
Q
VCE
Figura11.5 A otimizaçãodopontoQ.
QuandoopontoQestivernocentrodaretadecargaca,osinalpodeexcursio-
narnosdoissentidosantesqueocorrao ceifamento.Emoutraspalavras,aexcursãoà
esquerdaéigualàexcursãoàdireita.Emsímbolos,temos
VCEA = ICQrc
Issoimplicaqueaexcursãomáximadepicoapicoédadatantopor
MPP = 2VCEQ (11.2a)
quantopor
MPP = 2lCQrc (11.2b)
EssasduasequaçõessãoválidasquandoopontoQ estánocentrodaretadecargaca.
ComoPosicionaroPontoa Ótimo
É possívelderivarumafórmulamatemáticaparaaotimizaçãodopontoQ,masalguns
projetistaspreferemométododetentativaeerro.A idéiaédiminuiraresistênciaccdo
emissoratéqueo pontoQ produzavaloresiguaisparaVCEQe IcQrcPorexemplo,no
amplificadordaFigura11.6,aexcursãodosinalparaadireitaeparaaesquerdaseráde
Capo 11 Amplificadoresdepotência 457
VCEQ =4,94V
ICQrc = (1,1mA)(2,04RQ) = 2,24V
Até agora,asduasexcursõessãodesiguais.Paraqueelasfiquemiguais,temosde
aumentaracorrenteccdocoletor.
+10V
20mV
4,7K
- - - - -
Figura11.6 PosicionandoopontoQ ótimo.
~
Suponhaquetentemosfazercomquea resistênciado emissorsejaaproxi-
madamentemetade,ouseja,RE = 510Q.Issoaumentaráacorrenteccdocoletor,oque
equivaleamovero pontoQ parao ladodasaturação.O novovalordacorrenteccdo
coletoré
I - 1,1V
CQ- 510Q =2,16mA
eonovovalordatensãocoletor-emissoréde
VCEQ=10V - (2,16mA)(3,6kQ) - 1,1V = 1,12V
Issoimplicaqueasduasexcursõessão
VCEQ = 1,12V
ICQrc = (2,16mA)(2,04kQ) = 4,41V
458 Eletrônica- 48Edição- Volume1 Capo11
Essevalorultrapassanossaexpectativa.O primeiroceifamentoocorreao lado de
VCEQ'Masagorasabemosquearesistênciaccdoemissordeveestarentre510Q e1 kQ.
Outrastentativasnoslevariamaosseguintesvalores:
RE =680Q
lcA =1,61mA
VCEQ = 10V - (1,61mA)(3,6 kQ) - 1,1V = 3,1V
lcQTc = (1,61mA)(2,04kQ)= 3,28V
Esseé o valormaispróximoquepodemosobterusandoovalorpadrãoparaRE'
Observequeasduasexcursõessãoquaseiguais.Comoo limitede VCEé menor,a
tensãocamáximadepicoapicodocoletoré
MPP =2(3,1V) = 6,2V
Aquiestáumafórmulaquepodeserderivadaparaencontrarumvalorótimo
paraaresistênciadoemissor:
RC + Tc
RE = VCC/VE - 1
(11.3)
SevocêsubstituirosvaloresnaFigura11.6,obteráumvalorótimoparaaresistênciade
697Q.
PontosImportantesQueDevemSerlembrados
Quandoatensãodeentradaformuitoalta,vocêteráumceifamentodosinalemambos
os lados.Seo pontoQ estiverpróximodo centroda retade cargacc,o primeiro
ceifamentoocorreráparaICQTC'Nessecaso,atensãomáximadesaídadepicoapico
seráde2ICQTc'
Seo pontoQ estiveracimado centroda retade cargacc,o amplificador
poderáproduzirumaltovalordesaídasemceifamento.Independentementedapo-
siçãodopontoQ naretadecargacc,atensãomáximadesaídadepicoapicoémenor
que2VCEQou 2ICQTe-
1.
Cap. 11 Amplificadoresdepotência 459
Exemplo11.2
.
-. A Figura 11.7mostrao amplificador discutido no capítulo anterior.Qual éo valor da
tensão MPP?
Solução
"
Os trêsvaloresprincipais sãoICQ' VCEQeTc' Uma vez obtidos essestrêsvalores,você
podecalcularasex~es~~ de amboso§Jados40 pontoQ. Parao casoda
Fi ra..1.
'
.1.7 te,m, ',' .
'
. Os 0~H,'~.
"
,
"
,
'
,
Ô11;J1ij
,
.
.
'
,
'-.
;'
.'ti.iI!,'sval.
'
,
.
.-.-,", ;-.,sc""j~~"" ,:r." .""".,ad""",',',".I.I."".,' ,o ca,"' , ' ,r.w.ful.".' , o'mt.';"" eriOJfl;gu, o-'" ... ~~ "",",I!i~ ,!!li, ,..."" -,
IcQ = 1,1mA
VCEQ = 4,94V
Tc = 2,65kQ
A excursãomáxima pelo lado esqueTcloé
VCEQ = 4,94V
A excu~ãodQ',liinalMo
ICQTC= (1',1mA)(2,65kQ) = 2,92V
..
logo, a excursãomáxima de pieo apieo do sinal é
Ml'P "",;2(2,9IV)
1mV!rv
+
-=- 10V
l-
11: kQ-
- - - -
Figura11.7 Exemplo.
460 Eletrônica- 4eEdição- Volume1 Capo11
Exemplo 11.3
Sea fonte de amnentaç~oa~entarnP~ ZilV ~. F~IiU1iljli11,i1,q~al~á9 noyo yalo1i
da tensão MPP1'. w ..
Solução
SeafontedeaHmentaçã"oâUméfitardé'10para'25V,o fatorsera.de2,5.A tensãocc
nabaseantesdoaumentoerade1,8V.Logo,o noyoyalordatensãoccnabaseéde
....
Casovocênãogostedessemétodo,podeusarométododireto.Obtenhaovalor
dacorrenteJlodivi$Qr~tel\sã9,e~:PQ~~~1i9rJLe-QIpoli2,2.i1çQ{~OrnPsegue;
25V
VB = 12,2kQ 2,2kQ =4,5V
Issoimplicâqueatênsaoceifioêfu1i~or~de
VE =4,5V - 0,7V =3,8V
A correnteêênoemissótéi!li:!
_3,8 V
-"i..11,Iil, '"",138kQ ..:. ",.:lmA
A tensãoccno coletoréde
=.11,;i.;V
Osvaloresnecessáriospararesolveresseproblemasão
V~EQ. :t..,3
ICQ = 3,8mA
Te==2,65kQ
A excursãodosInalpelolado dIreítoé
... 'l,5 Y
epeloladodíreitoê
kQ~!j==1.(3,~~)(2J.t)5~).. lqr1V.
A excursãopeloladúesquerdo~menor,portantooprimeíroceUamentoocorreráaí.
Issosígnificaqueovalormáximodepícoapícodo,sínaléde
. .. . ::: .. ... .-
:~:p==2~7,5V) ==lS:V
-.t
I
I
i
r
Capo11 Amplificadoresdepotência 461
11.3 A OPERAÇÃO EM CLASSE A
A operaçãoemclasseA significaqueotransistoroperanaregiãoativao tempotodo.
Issoequivaleadizerqueacorrentenocoletorcirculapelos3600docicloca.Nestaseção,
discutiremosalgumaspropriedadesdeumamplificadoremclasseA.
oGanhodePotênciar
AlémdoganhodetensãoA,umamplificadortemumganhodepotência,definidocomo
Psaída
A --
p - Pent
(11.4)
Por exemplo,seo amplificadortemumapotênciadesaídade10mWeumapotência
deentradade10!tW,seuganhodepotênciaéde
10mW = 1000
Ap = 10!tW
A PotênciadaCarga
A Figura1l.8amostrao amplificadorjá estudadoanteriormente,sóqueretiramoso
resistorde680Q doemissor.EsseprojetotemopontoQ nocentrodaretadecargaca.
Conformemostradoanteriormente,essetipo de amplificadorpodeproduziruma
excursãomáximadatensãodesaídadepicoapicode6,2V aproximadamente.
Osvaloresccparaocircuitosão
VB=1,8V
VE =1,1V
IcQ =1,61mA
Vc =4,2V
VE =1,1V
VCEQ=3,1V
462 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo11
+10V
20rnV(rv
4,7kQ
A resistênciadacargavistaporumamplificadorpodeserumoutrodisposi-
tivo,comoum alto-falanteou um motor.O resistorccdo coletor,por outrolado,é
geralmenteum resistorcomumquefazparteda polarizaçãopor divisordetensão.
Estamosinteressadosnapotênciadoresistordecargaporqueelerealizaumtrabalho
útil.Poroutrolado,qualquerpotêncianoresistorccdocoletoréumapotênciaperdida,
porqueelaédissipadaemformadecalor.
Em outraspalavras,quandofalamosempotênciadesaída,referimo-nosà
potênciaútildacarga.Essapotênciadacargaédadapor
PL = VLh
onde VL = tensãorms na carga
Ir = correnterms na carga
Umaequaçãoalternativaparaapotêncianacargaé
- - - - -- - - - -
(a)
PL PD
\------7
t
VCEQlCQ .,,,,
'd ' . '
MPP Sal a MPP Salda
(b) (c)
Figura11.8 A potênciada carga.
t
-r
>I
Capo 11 Amplificadoresdepotência 463
vi:
PL = RL
(11.5)
Elaémaisconvenientequandousamosovalormedidodatensãocanacargacomum
voltímetro.
Poroutrolado,sevocêestiverusandoumosciloscópio,émaisfácilmediro
valordepicoapico.Nessecaso,vocêpodeusarafórmulaequivalente:
Vsaída2
PL = 8RL
(11.6)
ondeVsaídaéatensãodesaídadepicoapicodoamplificador.Porexemplo,quandoo
amplificadordaFigura11.8aestáproduzindosuasaídamáximasemceifamento,a
potêncianacargaé
PL = (6,2V)28(4,7kQ) = 1,02mW
f
1r
A provadaEquação(11.6)édadanos"TópicosOpcionais".
A Figura11.8bmostracomoapotêncianacargavariacomatensãodepicoa
pico na carga.Conformeindicado,a potênciamáximana cargaocorrequandoo
amplificadorestáproduzindoatensãomáximadepicoapiconasaídasemceifamento.
Nessecaso,apotêncianacargaé
(MPp)2
PL(máx)= 8RL
o gráficodaFigura11.8binclina-separacimaporqueapotêncianacargaédiretamente
proporcionalaoquadradodatensãonacarga.
J. A Potência DissipadanoTransistor
Quandoum amplificadorestásemsinalna entrada,a dissipaçãode potênciano
transistoréigualaoprodutodatensãoccpelacorrentecc:
PD = VCEQICQ (11.7)
464 Eletrônica- 4QEdição- Volume1 Capo11
Essapotênciadissipadanãopodeexcederapotêncianominaldotransistor.NaFigura
1I.8a,apotêncianotransistoré
PD = (3,1V)(1,61mA) =4,99mW
Essaé a potênciaaproximadadotransistorquandonãohásinalca.Elarepresentaa
potênciamáxima,porquePo diminuiquandoumsinalestápresente.
A Figura1I.8cmostracomoadissipaçãodepotêncianotransistorvariacom
atensãodepicoapiconacarga.A Po émáximaquandonãohásinalnaentrada.Ela
diminuiquandoatensãodealimentaçãodepicoapiconacargaaumenta.Portanto,o
projetistadeumamplificadoremclasseA devetercertezadequeapotêncianominal
dotransistorémaiorqueapotênciasemsinaldadapelaEquação(11.7),porqueesseé
opiorcaso.
oDrenodeCorrente
NumamplificadorcomoodaFigura11.8a,afontedealimentaçãoccforneceacorrente
diretaparao divisordetensãoeparao circuitocoletor.O divisordetensãotemuma
correnteccpróximade
Vcc
11=RI +Rz
(11.8)
A correntedealimentaçãototalou acorrentededrenoéasomada correnteno divisore
a correnteno coletor:
lS = 11+ lCQ (11.9)
Essaéacorrentededrenodoestágio.
A Eficiência
A potênciaccfornecidaparaumamplificadoré
Ps =Vccls (11.10)
Capo11 Amplificadoresdepotência 465
ondeVccéatensãodealimentaçãoe Is éacorrentededrenodo estágio.Paracomparar
a eficiênciadeum projetocoma deoutro,podemosusaraeficiência,dadapor
PL
YJ = - x 100%
Ps
(11.11)
r
Essaequaçãodizqueaeficiênciaéigualàpotênciacanacargadivididapelapotência
daalimentaçãoccvezes100%.
A eficiênciadeumamplificadoréumvalorentreOe100%.Porquê?Porqueo
amplificadorconverteapotênciaccempotênciaca.Seeletiverumaeficiênciade100%,
todaapotênciaccdeentradaseráconvertidaempotênciacadesaída.Masissonunca
acontece,poisháperdadepotêncianosresistorese notransistor.A eficiênciaéuma
maneirademedircomoo amplificadorusaapotênciaccdafonteparaproduziruma
potênciaútilnacarga.Issoéimportantenumequipamentomovidoabateria,porque
umaaltaeficiênciasignificaumavidamaiorparaabateria....I.
I
I Os amplificadoresclasseA têmumabaixaeficiênciatipicamentede 25%
(teoricamente).Issoocorreporcausadeperdasdepotêncianosresistoresdepolariza-
ção,decoletor,deemissoretransistor.O próximocapítulodiscutiráumaoperaçãoemclasseB,queeliminaalgunsresistorese usao transistorcommaiseficiência.Coma
operaçãoemclasseB,aeficiênciapodeterumvalorteóricopróximode78,5%.
Ql,!aléa
Soluf,1o
O amp
JáSâb
l'li
466 Eletrônica- 49Edição- Volume1 Capo11
Exemplo 11.5
Qualéapotênciaccfornecidaparao amplificadordaFigura11.8?
Solução.
A potênciaccfornecidaparao circuitoéo produtodatensãodealimentaçãoccpela
correntededrenocc:
Ps'
Exemplo 11.6
QualéaeficiênciamáximanaFigura11.8?
Solução
Parao sinalmáxim(Jjde
cargade
auE~sumapotênciana
(6,2v-y. =1,02mWPL = OIA '71,<2.\
Portanto,aeficiênciamáximaquepodemosobtercomesseprojetoéde
1,02mW
= ~l~'i!nW?<'100%=4,4%
A potênciadotransistordiminuiquandoo sinalcaestápresenteeapotência
na cargaaumenta.A potênciaccfornecidaparao amplificadoré igualà potência
perdida,queéindesejável,somadacomapotênciacanacarga:
Potênciacc =Perdasindesejáveis+ Potênciacanacarga
ou
24,3mW =23,3mW + 1,02mW
Capo11 Amplificadoresdepotência 467
A baseparaobtermosum amplificadormaiseficienteé a reduçãodaspotências
perdidasindesejáveisqueocorremnosresistoresdepolarizaçãoeno transistor.
Aqui
11.4 A POTÊNCIANOMINALDOTRANSISTOR
A temperaturanajunçãodocoletorlimitaapotênciaPDdissipadapermitida.Depen-
dendodotipodetransistor,atemperaturadajunçãonafaixade150a200°Cdestruirá
o transistor.As folhasdedadosespecificama temperaturamáximadajunçãocomo
T](máx)'Porexemplo,afolhadedadosdeum2N3904forneceumaT](máx)de150°Cea
folhadedadosdeum2N3719especificaumaT](máx)de200°c.
A TemperaturaAmbiente
o calorproduzidonajunçãopassaparao encapsulamentodo transistor(metalou
plástico)e irradia-separao ardoambiente.A temperaturadessear,conhecidacomo
temperatouraambiente,éemtornode25"C,maselapodesermaiornosdiasquentes.
Alémdisso,a temperaturaambientepodesermuitomaiordentrodeumapartedo
equipamentoeletrônico.
f
468 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Cap, 11
oFatordeDegradação
As folhasdedadosespecificamsempreaPD(máx)deumtransistornatemperaturade
25°c.Porexemplo,o2N1936temumaPD(máx)de4Wparaumatemperaturaambiente
de25°c.Issosignificaqueum2N1936usadocomoumamplificadoremclasseA pode
dissiparumapotênciaquiescentedeaté4W.Enquantoatemperaturaambienteforde
25°Coumenos,otransistorestarádentrodesuapotêncianominalespecificada.
O quevocêfaz se a temperaturaambienteé maiorque25°C?Vocêdeve
reduzirapotêncianominal.Asfolhasdedadosàsvezesincluemumacurvaderedução
oudegradaçãocomoa mostradanaFigura11.9.Conformevocêpodever,apotência
nominaldiminuiquandoa temperaturaambienteaumenta.Porexemplo,numatem-
peraturaambientede100°C,apotêncianominaléde2W.
Algumasfolhasdedadosnãofornecemumacurvadedegradaçãoigualàda
Figura11.9.Emvezdisso,elaslistamumfatordedegradação,D.Porexemplo,ofator
dedegradaçãodeum2N1936éde26,7mW;oc. Issosignificaquevocêdevesubtrair
26,7mW paracadagraudeaumentonatemperaturaambienteacimade25°c.Em
símbolos,temos
f>JJ= D(TA - 25°C) (11.12)
onde ilP = reduçãona potêncianominal
D = fator dereduçãoou degradação
TA = temperaturaambiente
êi) 6........
<13
~ 5
<13
.~ 4
'<13
S 3o
><13
uo
[ 2
'<h'"
;r3 1
'6
~ O
O 25 50 75100125150175200
TA:temperaturaaoarlivre ("C)
Figura11.9 A curvadedegradaçãodapotênciaparaatemperaturaambiente,
,.
Capo11 Amplificadoresdepotência 469
Como exemplo,se a temperaturaambienteaumentarpara 75°C,vocêdevereduzir a
potêncianominalpara
I1P = 26,7mW (75 - 25) = 1,34W
Como apotêncianominaléde4W em25°C,anovapotêncianominalé
PD(máx) = 4W - 1,34W = 2,66W
Issoconcordacoma curvadedegradaçãodaFigura 11.9.
Sevocêobtiverumapotêncianominalreduzidadeumacurvade degradação
comoadaFigura 11.9ou deumafórmulacomoa daEquação(11.12),deveestarciente
da reduçãona potêncianominal quando há aumentoda temperaturaambiente.Só
porqueum circuito funcionabem em 25°Cnão significa que ele continuaráfuncio-
nando bem numa larga faixa de temperatura.Portanto, quando você projetaum
circuito,deve levar em consideraçãoa faixa de temperatura,reduzindo a potência
nominaldetodosostransistoresparaopior caso(atemperaturamaisaltaemquestão).
OsDissipadoresdeCalor
Uma formade aumentara potêncianominalde um transistoré fazendocomqueele
dissipeo calor internomais rapidamente.É por isso que usamosos dissipadoresde
calor.Seaumentarmosasuperfíciedoencapsulamentodotransistor,permitiremosque
o calorgeradointernamentesejairradiadomaisfacilmentecomo arambiente.Observe
aFigura 11.lOa.Quandoessetipodedissipadordecalorécolocadonoencapsulamento
do transistor,o caloré irradiado maisrapidamentepor causada áreaaumentadapor
suasaletas.
A Figura 11.10bmostraum transistordepotênciacomuma placaparadissi-
pação do calor. A placa de metal forneceum caminho para a saída do calor do
transistor.Essaplacademetalpodeserparafusadano chassisdo equipamentoeletrô-
nico. Como o chassisé uma massa de dissipaçãode calor, o calor pode circular
facilmentedotransistorparaele.
OstransistoresdegrandepotênciacomoosdaFigura11.10ctêm o seu coletor
diretamenteconectadoao encapsulamentopara permitir que o calor circuleo mais
facilmentepossível.O encapsulamentodo transistoréportantoparafusadonochassis.
Paraevitarqueo coletorentreemcontatoelétricocomele,colocamosumaarruelafina
de mica entre o encapsulamento do transistor e o chassis. A principal idéia aquiéque
o calorgeradointernamentesejaretiradoo maisrapidamentepossível,o quesignifica
que o transistorpassa a ter uma potêncianominal maior na mesmatemperatura
ambiente..
470 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo11
ATemperaturadoEncapsulamento
Quandoo caloré retiradode um transistor,elepassado encapsulamentoparao
dissipadorde calor,o qual irradiao calorparao ar ambiente.A temperaturado
encapsulamentodotransistorTeseráligeiramentemaiorqueatemperaturadodissi-
padordecalorTs,queporsuavezseráligeiramentemaiorqueatemperaturaambiente
TA-
~
i
(a) (b)
~
Coletarligado
à massa
(;)-O O
@
Pino1.Base
2.Emissor
coletaràmassa
(c)
Figura11.10(a)Dissipadordepressão;(b)transistordepotênciacomplacadissipadorade
calor;(c)transistordepotênciacomo coletorconectadoaoencapsulamento.
As folhasdedadosdostransistoresdealtapotênciafornecemascurvasde
degradaçãoparaatemperaturadoencapsulamentoemvezdatemperaturaambiente.
Porexemplo,aFigura11.11mostraacurvadedegradaçãodeum2N5877.A potência
nominaléde150W paraumatemperaturade25°C,portantoeladiminuilinearmente
comatemperaturaatéovalorzeroparaumatemperaturade200°c.
Algumasvezes,vocêobtémumfatordedegradaçãoemvezdeumacurvade
degradação.Nessecaso,vocêpodeusaraseguinteequaçãoparacalcularareduçãoda
potêncianominal:
AP = D(Tc - 25°C)
onde MJ =diminuiçãoda potêncianominal
D =fatordedegradação
Te =temperaturado encapsulamento
~,-
(11.13)
Capo11 Amplificadoresdepotência 471
Parausaracurvadedegradaçãodeumtransistordealtapotência,vocêprecisasaber
qualé a temperaturadoencapsulamentonopior caso.Depois,vocêpodereduzira
potênciadotransistoratéchegaràsuapotêncianominalmáxima.
Figura11.11
(j) 160t::
1140
<1:1120S
.x 100
'<1:1
S 80
o
.~ 60
<1:1
.9< 40'"'"
~ 20
'6 O
P.., O 40 80 100 160 200.
Te:temperaturadoencapsulamentoCc)
A curvadedegradaçãodapotênciaparaatemperaturadoencapsulamento.
,
.
1
I
472 Eletrônica- 4QEdição- Volume1 Capo11
+10V
20mV
4,7kQ
- - - - -
Figura11.12Exemplo.
TÓPICOSOPCIONAIS
11.5 OCORTEEA SATURAÇÃOEMCA
Os pontosdesaturaçãodecortenaretadecargacasãodiferentesdospontosdaretade
cargacc.Vejacomoderivarasequaçõesparaencontraros interceptasda retadecarga
ca.Podemossomarastensõescaemtornoda malhado coletarparaobter
Vee+ iere = O
ou
- Vee
ie = re
(11.14)
A correntecado coletaré dadapor
ie = Mc = Ic - IcQ
ea tensãocado coletaré
Capo11 Amplificadoresdepotência 473
1Jce = ~VCE = VCE - VCEQ
SubstituindoessasexpressõesnaEquação(11.14)erearranjando-a,temos
IC = IcQ + VCEQ - VCE
fc r-c
(11.15)
Essaéaequaçãodaretadecargaca.Podemosobterosinterceptosdamaneirausual.Quandootransistorvaiparaasaturação,VCEézeroeaEquação(11.15)fornece
I
VCEQ
IC(sat) = IcQ + - (pontosuperior)
fc
(11.16)
onde IC(sat)= correntede saturaçãoca
IcQ = correntecc do coletor
VCEQ= correntecc coletor-emissor
rc = resistênciaca vista pelo coletor
Quandoo transistorvaiparao corte,Ic éigualazeroeobtemosumatensãocadecortede
VCE(corte)= VCEQ + IcQfC (pontoinferior) (11.17)
A Figura11.13mostraa retade cargacacomsuacorrentedesaturaçãoe
tensãode corte.Essaé a retade cargaca,pois elarepresentatodosos pontosde
operaçãoemcapossíveis.A qualquermomento,duranteocicloca,opontodeoperação
dotransistorestáemalgumlugaraolongodaretadecarga,opontoexatodeterminado
pelaquantidadedevariaçãodo pontoQ.
11.6 A COMPLlÂNCIACADESAíDA
A retadecargacaéumrecursovisualparaoentendimentodaoperaçãoemgrandesinal.
Duranteosemiciclopositivodatensãocadealimentação,atensãonocoletorexcursiona
dopontoQatéasaturação.No semiciclonegativo,atensãonocoletorexcursionadoponto
Q atéocorte.Paraumsinalcasuficientementealto,podeocorrerumceifamentoemum
ouemambosospicosdosinal.
474 Eletrônica- 48Edição- Volume1 Capo11
Ic
IcQ+ VCEQ!..SATURAÇÃO CArc
CORTE CA
VCE
VCEQ VCEQ + IcQrc
Figura11.13A retadecargacaparaumamplificadorCE.
o sinaldesaídadepicoapicomáximosemceifamentodeumamplificadoré
chamadotambémdecompliânciacadesaída.Emoutraspalavras,umamaneiraformal
deestudarovalordatensãoMPP éfalarsobreacompliânciacadesaída.Porexemplo,
naFigura11.14,acompliânciacadesaídaéde2V.Setentarmosobtermaisque2V de
picoapico,o sinalnasaídaseráceifado.
Uma vezqueconhecemosa compliânciacadesaídade um amplificador,
sabemosolimitemáximodeseusinal.Comoantes,simbolizamosacompliânciaca.de
saídadeumamplificadorcomoMPp,cujasiniciaislembram-nosomáximopicoapico
queo amplificadorpodeproduzir.Na Figura11.14,o amplificadortemumatensão
MPPde2V.
ComoatensãodecortecaéVCEQ+ ICQrc'aexcursãomáximapermitidaa
partirdopontoQ é
VCEQ + ICQrc - VCEQ = ICQrc
Comoatensãodesaturaçãocaéidealmentezero,aexcursãomáximanegativaapartir
dopontoQ é
~
Capo11 Amplificadoresdepotência 475
Ic
6mA
,
-
q]1-- -- 2 mA Ju--------u-- - 1 mA ~~Qu u-- O ' ,
4V 5V 6V
r
VCE
~
~
Figura11.14O sinaldesaídamáximodepicoapicosemceifamento.
Ic
/1
~GACC
~ ~ ,VCE; : : ; , :
Figura11.15AumentandoovalordaMPP.
Ic
2IcQ
ICQ.- -- -- u u
VCE
VCEQ 2VCEQ
,
"I.-
.~
.~
Figura 11.16 O pontoótimoparaasaídamáxima.
476 Eletrônica- 4~Edição- Volume1 Capo11
Portanto,acompliânciacadesaídadeumamplificadorCEédadapelomenor
valordasequaçõesabaixo:
MPP = 2ICQTe (11.18)
ou
MPP = 2VCEQ (11.19)
A CompliânciaCAdeSaídaMáxima
Noscapítulosanteriorescolocamoso pontoQ próximodocentrodaretadecargacC.
Issoerafeitoporrazõesdesimplificação.Podemosaumentaracompliânciacadesaída
seposicionarmosopontoQ acimadocentrodaretadecargacc.A Figura11.15ilustra
o porquêdesseprocedimento.O pontoQl éo pontoQ nocentrodaretadecargacc.
Noteo quantoa tensãocadesaídacorrespondenteémaior.Q2éumpontoacimada
retadecargacc.Conformevocêpodeobservar,opontoQ superiorresultanumatensão
cadesaídamaiorsemceifamento.Portanto,sevocêestiverprojetandoumamplifi-
cadordegrandesinaleprecisarobteracompliânciacadesaídamáxima,posicioneo
pontoQ acimadocentrodaretadecargacc.
Conformediscutidoanteriormente,o quevocêestátentandofazerno seu
projetoéobterexcursõesiguaisdatensãoemambosossentidos,conformemostrado
naFigura11.16.Issopermiteaexcursãomáximaaolongodaretadecargacaparacada
semicicloe produza compliânciacade saídamáxima.Paraobteras tensõescom
excursõesiguaisemambosossentidos,vocêdevesatisfazeraseguinterelação:
ICQ Te = VCEQ (estágioCE) (11.20)
Muitostécnicosusamo métododetentativae erronessecaso.Escolhauma
correnteparao coletore vejasea equaçãoé satisfeitacomumacertaaproximação.
Depois,tentenovamenteatéquea respostasejasuficientementepróximado valor
desejado.Comestemétodo(tambémconhecidocomoaproximaçõessucessivas),você
podeconvergirparaumpontoQ ótimo.Vocêtambémpoderesolveroproblemacoma
Equação(11.3).
Capo11 Amplificadoresdepotência 477
11.7 MAISINFORMAÇÕESSOBREA CLASSEA
DiscutimosanteriormenteasidéiasbásicassobreaoperaçãoemclasseA. Conformefoi
visto,esseéumprojetonoqualacorrentedocoletorcirculadurantetodoocicloca.Em
nenhummomentoduranteo cicloo transistorfoi paraa saturaçãoou parao corte.
Agora,vamosestudaralgumaspropriedadesadicionaisdeumamplificadoremclasse
A commaisdetalhes.
o GanhodeTensão
No amplificadorEC daFigura11.17a,umatensãoca,Uent,acionaabase,produzindo
umatensãocanasaída,usaída'O ganhodetensãoéàsvezesescritocomo:
Te
Av=--,-
Te
(11.21)
O símboloAv éusadoaquiporqueestamosestudandodoisoutrostiposdeganho.
+
-
PL
~~~~
MPP Vpp
(b)
PD
VCC"'CQ~
~Vpp
MPP
(c)
Figura11.17 (a) O amplificadorEC; (b)a potênciada carga;(c)a potênciadissipadapelo
transistor.
+vcc
<1)-
RI
Rc +1t-4 'll+
R", I R'- I- - --- - -
(a)
478 Eletrônica- 4gEdição- Volume1 Capo 11
o GanhodeCorrente
Na Figura11.17a,o ganhodecorrentedotransistoréarazãodacorrentecadocoletor
pelacorrentecadabase.Emsímbolos,
IC
Ai =-;-
Ib
(11.22)
Nessecaso,o subscritoéi emvezdevporqueo ganhoéparaduascorrentes.
o GanhodePotência
Na Figura1l.17a,apotênciacadeentradaparaabaseé
Pent= Uentib
A potênciacadesaídaparaocoletoré
Psaída= usaídale
A razãoPsaídalPenté chamadaganhodepotênciae é simbolizadapor Ap' Tomandoa
razãopor PsaídaparaPent'obtemos
Psaída usaídale
Ap=-= oPent UentIb
(11.23)
ComoAv = usaída/uenteAi = i/ib,
Ap = AuAi (11.24)
Essaequaçãofazsentido.Eladizqueoganhodepotênciaéigualaoprodutodoganho
detensãopeloganhodecorrente.
Porexemplo,seumamplificadorEC tiverre=7500Q,r' =50Q e~=125,o
ganhodetensãoserá e
-
Capo 11 Amplificadoresdepotência 479
7500Q = 150Av = 50Q
o ganhodecorrenteseráde
Ai = 125
o ganhodepotênciaseráde
Ap = (150)(125)= 18.750
Issosignificaqueumapotênciacadeentradade1!-tWresultanumapotênciacade
saídade18.750!-tWou18,75mW.
A PotênciadaCarga
Conformediscutidoanteriormente,apotênciadacargaédadapor
VL2
PL = RL
(11.25)
Essaequaçãoéconvenientequandovocêmediratensãocanacargacomumvoltíme-
tro,poisovoltímetrocomumécalibradoparavaloresrms.
Vocêestásempreobservandoatensãocadasaídacomumosciloscópio.Nesse
caso,éconvenienteterumafórmulaqueusaosvaloresdetensãodepicoapicoemvez
datensãorms.Como
VL = O,707Vp
e
v - Vppp-- 2
podemosescrever
,Eletrônica- 4~Edição- Volume1 Capo11480
VL = O,707V - O,707Vp - - pp2
SubstituaessaequaçãonaEquação(11.25)eobterá
Vpp2
PL = 8RL
(11.26)
Vocêperceberáavalidadedessaequaçãoquandomediratensãodepicoapicocomum
osciloscópio.
A PotênciaCAMáximanaCarga
QualéapotênciacamáximanacargaquevocêpodeobterdeumamplificadorEC?A
compliânciacade saída,MPp, é igualà tensãode saídamáximasemceifamento.
Portanto,podemosreescreveraEquação(11.26)corno
MPp2
PL(máx)= 8RL
(11.27)
EssaéapotênciacamáximanacargaqueumamplificadorclasseA podeproduzirsem
ceifamento.
A Figura1l.17bmostracornoapotênciadecargavariacomatensãodepicoa
piconacarga.Essacurvaé urnaparábolaporqueelaé diretamenteproporcionalao
quadradoda tensão.Conformevocêpodever,a potênciamáximanacargaocorre
quandoatensãodepicoapiconacargaéigualàcompliânciacanasaída.
A DissipaçãodePotêncianoTransistor
Quandonãohásinalacionandoumamplificador,apotênciadissipadanotransistoré
igualaoprodutodatensãoccpelacorrentecc:
POQ = VCEQICQ (11.28)
-
Cap.11 Amplificadoresdepotência 481
onde PDQ =potênciaquiescentedissipada
VCEQ= tensãocoletor-emissorquiescente
IcQ = correntequiescenteno coletor
.\-
Essapotênciadissipadanãopodeexcederà potêncianominaldo transistor.Seisso
acontecer,vocêcorreoriscodedanificarotransistor.Porexemplo,seVCEQ=10V eICQ
=5mA,então
PDQ= (10V)(5mA) = 50mW
Um 2N3904temumapotêncianominalde350mW paraumatemperatura
ambientede25°c.Portanto,um 2N3904nãoteráproblemasemdissipar50mWde
potênciaquiescentequandoatemperaturaambienteforde25°c.
A Figura11.17cmostracomoa potênciadissipadanotransistorvariacoma
tensãodepicoapiconacarga.A potênciadissipadaPDémáximaquandonãoháum
sinalaplicadona entrada.Ela diminuiquandoa tensãode pico a pico na carga
aumenta.No pior caso,o transistordeveterumapotêncianominalmaiorquePDQ1
potênciadissipadaquiescente.Emsímbolos,
PD(máx)= PDQ (11.29)
(
Portanto,umprojetistadevetercertezadequePDQsejamenorqueapotêncianominal
dotransistoremuso,porquePDQrepresentaopiorcaso.
A Equação(11.29)sóéválidaemumaoperaçãoemclasseA. Istoé,apenasa
operaçãoclasseA temopiorcasodedissipaçãodotransistorcomacondiçãosemsinal
naentrada.Paraasoutrasclassesdeoperaçãoqueserãoestudadasposteriormente,a
dissipaçãodepotêncianotransistorocorrequandoo sinalestápresente.
11.8 A RESISTÊNCIATÉRMICA
Comtransistoresdepotênciaumprojetistausasempreumdissipadordecalorpara
obteramaiorpotêncianominaldo transistor.Sevocêestálembrado,o dissipadorde
calorpermitequeo calorgeradointernamentesejafacilmenteretiradodotransistor.
Issoreduzatemperaturadajunção,oqueequivaleaumaumentonapotêncianominal
máxima.A resistênciatérmica,8,éaresistênciapelaqualcirculao calorentreosdois
pontosdetemperatura.Porexemplo,aFigura11.18amostratrêspontosdetemperatu-
ra:a temperaturado encapsulamento,a temperaturado dissipadorea temperatura
ambiente.O calorcirculadoencapsulamentodotransistorparaodissipadordecalore
482
.
Eletrônica- 4g Edição- Volume1 Capo11
daíparao arambiente.Comoessecalorcirculadoencapsulamentoparaodissipador
decalor,eleencontraa resistênciatérmica8cs.Quandoo calorpassado dissipador
paraoar,elepassaatravésdaresistênciatérmica8SA-Comoregra,8C5estáentre0,2e
rc/w e 8SAestáentre1 e 100°C/w,dependendodasdimensõesdo dissipadorde
calor,donúmerodealetas,doacabamentoedeoutrosfatores.Porexemplo,seafolha
dedadosdeum dissipadordecalorlista8C5=0,5°C/We 8SA=1,5°C/w,entãoas
resistênciastérmicassãoconformemostradasnaFigura11.18b.
A potênciadissipadanotransistorPDéamesmataxanaqualocalorcircula
paraforado transistor.Emtermodinâmica,a taxadecirculaçãodecaloréanálogaà
corrente,aresistênciatérmicaéanálogaàresistênciaelétricaeadiferençadetempera-
turaéanálogaàdiferençadepotencial:
PD -
e -
TI - Tz -
corrente
resistência
tensão
ondeTI eTzsãoastemperaturasdedoispontosquaisquer.Usandoessaanalogia,alei
deOhmparaatermodinâmicapodeserescritacomo
PD = TI - Tz8
(11.30)
As resistênciastérmicasdaFigura11.1Saestãoemsérieepodemsersomadas
paraseobtera resistênciatérmicaequivalentetotalentreo encapsulamentoe o ar
ambiente:
8CA=8cs + 8SA
Logo,podemosreescreveraEquação(11.30)como
-
Te Te
8es O,5°C/W
Ts6' Ts
8SA l,5°C/W
TA6 TA
(a) (b)
Figura11.18A resistênciatérmica.
Capo11 Amplificadoresdepotência 483
TC - TA
PD = 8CS+ 8SA
r..-
Resolvendoessaequaçãoparaatemperaturadoencapsulamento,temos
TC = TA + PD(8cs + 8SA) (11.31)
onde Te =temperaturade encapsulamento
TA =temperaturaambiente
PD =potênciadissipadano transistor
8es=resistênciatérmicaentreo encapsulamentoe o dissipador
8SA=resistênciatérmicaentreo dissipadore o ar ambiente
Essaéa fórmulanecessáriaparacalculara temperaturadoencapsulamento
deumtransistordepotência.Umprojetistapodeusaressafórmulaparaostransistores
depotência.
Exemplu'1';;1'
Um circt11t,
transis'
8cs
30W,qu
curvade
temperatura
Solução
484 Eletrônica- 4BEdição- Volume1 Capo 11
[-
RESUMO
Seção11.1A RetadeCargaCA
Um amplificadorEC temduasretasde
carga:umaretadecargacceumaretade
cargaca.Asretasdecargasãodiferentes,
umavezquearesistênciacadocoletoré
diferentedaresistênciaccdocoletor.As
retasdecargapassampelopontoccou
pontoquiescente.Por isso,IcQ e VCEQ
sãomuitoimportantesnaoperaçãocom
grandessinaisemca.
Seção11.2OsLimitesdaExcursãodo
Sinal
Quandoo sinalcaé alto,podeocorrer
umceifamentoemumou emambosos
semiciclos.Quandoo pontoQ estáno
centroda retade cargacc,ocorrepri-
meiro o ceifamentodado por ICQrc.
Quandoo pontoQ estáacimadocentro
da retadecargacc,um dosdoisceifa-
mentosdadospor VCEQou IcQrcpode
ocorrerprimeiro.Issodependerádequal
dos dois valoresé o menor,VCEQou
ICQrc.
Seção11.3A OperaçãoemClasseA
A operaçãoemclasseA significaqueo
transistorconduzportodoociclocasem
atingira saturaçãoou o corte.A efi-
ciênciadoamplificadorédefinidacomo
a potênciacanacargadivididapelapo-
tênciaccdafontedealimentaçãovezes
100%.A eficiênciadeum amplificador
classeAébaixa- menosde25%.
Seção11.4A PotênciaNominaldo
Transistor
A temperaturanajunçãodocoletorlimi-
taapotênciaqueumtransistorpodedis-
siparsemserdestruído.A temperatura
doencapsulamentoficaentreatempera-
turadajunçãoea temperaturadomeio
ambiente.Osdissipadoresdecalorper-
mitemqueatrocadecalorentreo tran-
sistore o meioambienteocorramais
facilmente,oquediminuiatemperatura
dajunção.
EOUAÇÕESIMPORTANTES
Equação11.1MáximaSaídaSem
Ceifamento
MPP = 2IcQrc
Estaequaçãodevesermemorizada.Se
poracasovocênãoselembrardela,pelo
menoslembre-sedoconceito:existeum
limiteparaa tensãodesaídadepicoa
piconoamplificadorporcausadoscei-
famentosquepodemocorrerpróximos
dosextremosdaretadecargaca.Esta
equaçãoserveparaos ceifamentosdo
ladodo cortena retadecarga.Ela diz
queo valormáximode picoa picona
saídasemceifamentoéduasvezesacor-
renteccnocoletorvezesaresistênciaca
nocoletor.
Capo11 Amplificadoresdepotência 485
Equação11.28MáximaSaídaSem
Ceifamento
MPP = 2VCEQ
Seo pontoQ estiveracimadocentroda
retadecargaca,haveráum ceifamento
peloladodasaturaçãodaretadecarga.
Seessefor o caso,a máximatensãode
saídapicoapicosemceifamentoéigual
aduasvezesatensãocccoletor-emissor.
Equação11.4GanhodePotência
Psaída
Ap = Pent
o ganhodepotênciaé definidocomoa
potênciadesaídadivididapelapotência
deentrada.Estaequaçãoé,por defini-
ção,um pontoinicial,portantoelanão
podeserderivadadeoutrasequações.
Equação11.5A PotênciadaCarga
VL2
FI = RL
Sevocêtemovalordatensãocamedido
comumvoltímetrormsnacarga,pode
obterapotêncianacarga.A equaçãodiz
queapotênciacanacargaéigualàten-
sãormsaoquadradodivididapelaresis-
tênciadacarga.
Equação11.6A PotêncianaCarga
, 2Vsalda
PL = 8RL
Sevocêmediratensãocacomumosci-
loscópio,poderácalculara potênciana
carga.A equaçãodizqueapotênciacana
cargaéigualà tensãodepicoapicoao
quadradodivididaporoitovezesaresis-
tênciadacarga.
Equação11.7A DissipaçãodePotência
noTransistor
Po = VCEQICQ
Estaéapotênciaccdissipadapelotransis-
tor.ParaumamplificadorclasseA, elare-
presentao pior caso.Estapotênciade
dissipaçãodevesermenorqueovalorda
potêncianominalmáximadotransistorna
maiortemperaturaa serencontradaem
cadacaso.A equaçãodiz quea potência
dissipadanumtransistoré igualàtensão
coletor-emissorvezesa correntedocole-
tor.
Equação11.11A Eficiência
FI
'fi = ~ x 10001Ps /0
Uma das principaiscaracterísticasde
um amplificadordepotênciaé suaefi-
ciência.Um projetistatenta obter a
maioreficiênciapossível,especialmente
nos equipamentoscombateria.A efi-
ciênciaé igual à potênciacana carga
divididapelapotênciaccfornecidapela
fonte de alimentaçãopara o amplifi-
cadorvezes100%.
486 Eletrônica- 4GEdição- Volume1 Capo11
ATIVIDADESPARAO ESTUDANTE
QUESTÕES
1. A retade cargaca seráigual à retade
cargaccquandoa resistênciacado cole-
tor for igualà
a) Resistênciaccdo emissor
b) Resistênciacado emissor
c) Resistênciaccdo coletor
d) Tensãodealimentaçãodividida
pelacorrentedo coletor
2. SeRc =3,6kQ eRL =10kQ,aresistência
canacargaseráiguala
a) 10kQ
b) 2,65kQ
c) 1 kQ
d) 3,6kQ
3. A correntequiescentedocoletoréames-
macorrente
a) ccdo coletor
b) cado coletor
c) Totaldo coletor
d) No divisor detensão
4. A parte de baixo da reta de cargaca
correspondeàtensão
a) De entradadepico apico
b) Do pico negativonaentrada
c) Do pico negativonasaída
d) De alimentação
5. o ladodecimadaretadecargacacorres-
pondeàtensão
a) De entradadepico a pico
b) Do pico negativonaentrada
c) Do piconegativonasaída
d) De alimentação
6. A retadecargacageralmente
a) É igual à retadecargacc
b) Temmenorinclinaçãoquea reta
decargacc
c) É maisinclinadaquea retade
cargacc
d) É horizontal
7. Paraobterasaídamáximasemceifamen-
to,opontoQ deveestarno centroda
a) Retadecargaca
b) Retadecargacc
c) Tensãodocoletor
d) Tensãodoemissor
8. ParaumpontoQ próximodo centroda
reta de carga cc, o ceifamentodeve
ocorrerprimeironopico
a) Positivodatensãodeentrada
b) Negativodatensãodeentrada
c) Positivodatensãodesaída
d) Negativoda tensãodo emissor
9. Seocorrerumceifamentonasaídadeum
amplificador,amúsicaouo somdavoz
a) Serámelhor
b) Serámaisalto
c) Seráhorrível
d) Seráumoitavomaisbaixo
10. NumamplificadorclasseA, acorrenteno
coletorcirculapor
a) Menosda metadedo ciclo
b) Metadedo ciclo
c) Menosdeum ciclo
d) Um ciclocompleto
11. Quandoumamplificadorpolarizadopor
divisordetensãotiverseupontoQ próxi-
modocentrodaretadecargacc,atensão
desaídamáximadepicoa picosemcei-
famentoéiguala
a) VCEQ
b) 2VCEQ
c) lcQre
d) 2IcQre
12. Normalmente,o sinaldesaídadeveser
a) Semceifamento.
b) Ceifadonopico datensãopositiva
..,
c) Ceifadono pico datensãonegativa
d) Ceifadonopico da corrente
negativa
13. o pontodeoperaçãoinstantâneoexcur-
sionaaolongoda
a) Retadecargaca
b) Retadecargacc
c) Em ambasasretasdecarga
d) Em nenhumadasretasde carga
14. ComoceifamentodadoporIcQre,osinal
desaídaé
a) Semceifamento
b) Ceifadonopico datensão
positivanacarga
c) Ceifadonopico datensão
negativana carga
d) Ceifadono pico dacorrente
negativanacarga
15. A possibilidadedeocorrerumceifamen-
toémaiorsobre
a) O picopositivodatensãodeentrada
b) O pico negativoda tensãodesaída
c) O pico positivodatensãode saída
d) Nos doispicossimultaneamente
16. A tensãomáximadesaídadepicoapico
semceifamentopodeseriguala
a) Duasvezesa tensãocc
coletor-emissor
b) Duasvezesa correnteccdo coletor
c) Duasvezesa tensãona carga
d) A tensãoquiescenteno coletor
vezesa corrente
17. A correntededrenodeumamplificadoré
a) A correntecatotaldo gerador
b) A correntecctotalda fontede
alimentação
c) O ganhodecorrentedabase
parao coletor
d) O ganhodecorrentedo coletor
paraabase
18. O ganhodepotênciadeumamplificadoré
a) Igual aoganhodetensão
b) Menor queo ganhodetensão
Capo11 Amplificadoresdepotência 487
c) Igual à potênciadesaída
dividida pelapotênciadeentrada
d) Igual à potênciadacarga
19. O ceifamentoproduz
a) Um ruído excessivo
b) Uma distorçãoexcessiva
c) Uma correnteexcessiva
d) Uma tensãoexcessiva
20. Paramelhoraraeficiênciadeumamplifi-
cador,vocêdeve
a) Reduzir apotênciadacarga
b) Aumentara correnteda fonte
c) Reduzira tensãoda fonte
d) Diminuir asperdasindesejáveis
21. Os dissipadoresdecalorreduzema
a) Potênciado transistor
b) Temperaturaambiente
c) Temperaturadajunção
d) Correntedo coletor
22. Quandoatemperaturaambienteaumen-
ta,a potêncianominalmáximado tran-
sistor
a) Diminui
b) Aumenta
c) Permaneceamesma
d) Nenhumadessas
23. A resistênciade cargacaé diferenteda
resistênciadecargacc:
a) Sempre
b) Geralmente
c) Raramente
d) Nunca
24. Aumentaratensãodafontedealimenta-
çãoaumentará
a) A impedânciadeentrada
b) r;
c) MPP
d) A potênciadacarga
25. Sea tensãoda fontede alimentaçãodo-
brar,apotênciadotransistor
488 Eletrônica- 4BEdição- Volume1 Capo11
a) Diminuirá
b) Dobrará
c) Aumentará
d) Permaneceráa mesma
26. Sea potênciada cargafor de 3 mW e a
potênciacc for de 150mW, a eficiência
seráde
a) O
b) 2%
c)3%
d)2%
10kQ
600Q
1mV
2,2kQ
- -
Figura11.19
11.3 A tensãoda fontede alimentaçãona Fi-
gura 11.19foi dobrada.Qual é o novo
valor da MPP? Qual é a tensãodo gera-
dorqueproduzumceifamentonasaída?
11.4 QualéovalordaMPP naFigura11.20?
11.5 Escolhaumnovovalorparaaresistência
doemissornaFigura11.20paraobterum
valormáximoparaaMPP.
Seção11.3A OperaçãoemClasseA
11.6 Qual é a correntede dreno na Figura
11.19?
PROBLEMASBÁSICOS
Seção11.2 Os Limites da Excursão do
Sinal
11.1 O resistordo emissordaFigura11.19foi
trocadopor outro de 560Q. Qual é o
valordaMPP?
11.2 Na Figura11.19,qualéo valordatensão
do geradorque produz um ceifamento
nosinalamplificado?
+
-=- 10V
I-
P'l~:~ -
I
- -
11.7 Qual é a correntede dreno na Figura
11.20?
11.8 Qual é a potênciacc totalfornecidana
Figura11.19?
11.9 Qual é a potênciacc total fornecidana
Figura11.20?
11.10 Qual é a eficiênciamáximana Figura
11.19?
11.11Qual é a eficiênciamáximana Figura
11.20?
Capo11 Amplificadoresdepotência 489
11.12Qualéapotênciadissipadanotransistor
daFigura11.19?
2m V
- -
Figura11.20
Seção11.4A PotênciaNominaldo
Transistor
11.14Um 2N3904éusadonaFigura11.20.Seo
circuitodeveoperarnumatemperatura
ambientenafaixadeOa 100°c,qualéa
potêncianominalmáximado transistor
nopiorcaso?
11.15Um transistortema curvade degrada-
~~ ção da Figura 11.9.Qual é a potência
nominalmáximaparaumatemperatura
ambientede100°C?
11.16 A folha de dados de um 2N3055lista
uma potêncianominal de 115W para
umatemperaturadoencapsulamentode
25°c.Se o fator de degradaçãofor de
0,657Wrc, qualseráaPD(máx)quando
atemperaturadoencapsulamentoforde
90°C?
11.13 Qualéapotênciadissipadanotransistor
daFigura11.20?
+
-=- 15V
I-
14~~-
- -
11.17 O resistordoemissordiminuinaFigura
11.20.Qualdosseguintesvaloresabaixo
diminui,aumentaou permaneceo mes-
mo?
a) A potênciana carga
b) MPP
c) A eficiência
d) A potênciado transistor
11.18 A tensãodafontedealimentaçãonaFi-
gura 11.20diminui.Qual dosseguintes
valores abaixo aumenta,diminui ou
permaneceomesmo?
a) A potêncianacarga
b) MPP
c) A eficiência
d) A potênciado t~ansistor
PROBLEMASEXTRAS
11.19 A saídadeumamplificadoréumaonda
quadrada,emborasuaentradasejase-
noidal.Comovocêexplicaisso?
490 Eletrônica- 4g Edição - Volume1 Capo11
11.20Um transistorde potênciacornoo da
Figura 1l.lOc está sendo usado num
amplificador.Alguém diz que,cornoo
encapsulamentoestá aterrado, você
podetocarnoencapsulamentosemperi-
go.O quevocêpensasobreisso?
11.21Suponhaquevocêestánumalivrariae
lê aseguintefrasenumlivrodeeletrôni-
ca: "Alguns amplificadorespodemter
urnaeficiênciade 125%".Vocêcompra-
riaesselivro?Justifiquesuaresposta.
11.22Normalmente,a retade cargacaé mais
inclinadaquearetadecargacc.Alguém
estádispostoa apostarcomvocêqueé
capazdedesenharum circuitocujareta
de cargacatemurnainclinaçãomenor
queadaretadecargacc.Vocêapostaria?
Justifiquesuaresposta.
20kQ
1kQ
10kQ-
-
Figura11.21
11.27Qual éaMPP decadaestágionaFigura
11.23?
11.28Um circuito operanuma temperatura
ambientenafaixadeOa BO°e.Um tran-
PROBLEMASAVANÇADOS
11.23Desenheasretasdecargaparaa Figura
11.20.
11.24Qualé aMPP na Figura11.21?Paraau-
mentara MPP para seuvalor máximo,
quevalordevetero resistordoemissor?
Se f3= 100,qual é tensãomáximado
geradorde tensãoque podeser usada
semqueocorraceifamentosnasaída?
11.25QualéaMPP naFigura1l.22?
11.26Qualéa potênciamáximanacargasem
ceifamentonaFigura11.22?
+30V
11Oill -
I- -
sistore um dissipadortemas seguintes
resistênciastérmicas:8cs =0,3"C/We
8SA =2,3°C/W.Sea potênciadissipada
forde40W,qualéa temperaturamáxi-
madoencapsularnento?
Capo11 Amplificadoresdepotência 491
+10V
lkQ
3~ 16~
1O0Q
4kQ
- - - -
Figura11.22
+15V
:r
Vsaída
51kQ
C5
;r 'ltJ GND
Figura11.23
PROBLEMASUTILIZANDOO
DISPOSITIVODEANÁLISE
VARIACIONAL
um N (nãovaria) se a mudançana variável
dependentefor tão pequenaque vocêtenha
dificuldadesemmedi-Ia.
11.29Tentepreverasrespostasdecadavariá-
vel dependenteno retângulodenomi-
nado "Vcc". Confira suas respostas.
Depois,respondaàsseguintesquestões
o mais simplese diretamentepossível:
queefeitofaz um aumentoemVcc sob
asvariáveisdependentesdocircuito?
UseaFigura11.24paraosproblemasrestantes.Suponhaum aumentodecercade 10%nava-
riável independentee use a segundaaproxi-
maçãoparao transistor.Umarespostapodeser
492 Eletrônica- 4gEdição- Volume1
11.30Tentepreverarespostadecadavariável
dependenteno retângulodenominado
"RI". Confirasuasrespostas.Depois,fa-
çaumresumodesuasrespostasemuma
ouduasfrases.
11.31Faça uma previsãodas respostasde
cadavariáveldependenteno retângulo
denominado"R2".Confirasuasrespos-
tas.Listeasvariáveisquediminuem.Ex-
plique por que essasvariáveis dimi-
nuem usandoa lei de Ohm ou outras
idéiasbásicassimilares.
11.32Faça uma previsãodas respostasde
cadavariáveldependenteno retângulo
denominado"RE".Listeasvariáveisque
nãoapresentamvariações.Expliquepor
queessasvariáveisnãoapresentamva-
riações.
11.33Faça uma previsão das respostasde
cadavariáveldependenteno retângul.o
denominado"Rc". Liste as variáveis
queaumentam.Expliquepor queessas
variáveisaumentam.
Capo11
11.34Faça uma previsão das respostasde
cadavariávelnoretângulodenominado
"VG".Listeasvariáveisqueaumentam.
Explique por que essasvariáveisau-
mentam.
11.35Faça uma previsão das respostasde
cadavariáveldependenteno retângulo
denominado"RG".Confirasuasrespos-
tas.Depois,façaumresumodesuaspre-
visõesemumaouduassentenças.
11.36Faça uma previsãodas respostasde
cadavariáveldependentedenominada
"RL".Listeasvariáveisdependentesque
aumentam.Expliquepor queessasva-
riáveisaumentam.
11.37Faça uma previsãodas respostasde
cadavariáveldependentedenominada
"w'. Liste as variáveisque aumentam.
Explique por que essasvariáveisau-
mentam.
'~b'
-li
Capo11 Amplificadoresdepotência 493
Ve (35mV I"\..;
Figura11.24
+Vcc(10V)
Re
600Q
RI
10kQ
Rc
3,6kQ
t-t,
{3=100 14,7 kQ
Rz
2,2kQ
-
- - - -
A
B
C
E
Vcc R2RI
PL.:Al
PD:D3
!Ps:B6
'MPP.:I
n: A3
RE VeRc
h:A3
PD:Cl
Ps: F5 !
MPP :A6
n: C2
Re RL fJ
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Inc).