Aula 4 4

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Câmpus Ponta Grossa
Aula 4 – Amplificadores de 
Potência
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Características básicas dos 
amplificadores
• As características básicas dos amplificadores de pequeno sinal
são:
oAmplificação
o Linearidade
o Ganho
• Amplificadores de sinal alto, ou amplificadores de potência,
lidam com sinais de tensão relativamente altos e níveis de corrente.
Suas características básicas são:
o Eficiência
o Capacidade de potência máxima
o Casamento de impedância
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Tipos de amplificador
• Classe A
o O transistor do amplificador conduz pelos 360° da entrada. O ponto Q
está disposto próximo à metade da reta de carga.
• Classe B
o Cada transistor do amplificador conduz ao longo de 180° da entrada, com
os dois combinando para fornecer 360º de condução. O ponto Q de cada
transistor está disposto no ponto de corte.
• Classe AB
o É um meio-termo entre os amplificadores de classe A e B. Os transistores
do amplificador conduzem entre 180° e 360° . O ponto Q está localizado
entre o ponto médio e o ponto de corte.
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Tipos de amplificador
• Classe C
o O amplificador conduz por menos do que 180º da entrada. O ponto
Q está localizado abaixo do nível de corte.
• Classe D
o É um amplificador polarizado especialmente para sinais digitais.
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Amplificador de classe 
A
• O transistor em um amplificador de
classe A conduz por todos os 360° do
ciclo.
• O ponto Q está disposto no meio da
reta de carga, de modo que o sinal CA
possa variar por um ciclo completo.
• Lembre-se de que a reta de carga CC indica as
tensões de saída máxima e mínima e a corrente
permitida para a potência CC.
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Amplificador de classe B
• Cada transistor em um amplificador de
classe B conduz por 180° (metade) do sinal
CA de entrada.
• O ponto Q está a 0 V na reta de carga,
de modo que o sinal CA só pode variar
em metade do ciclo.
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Amplificador de classe AB
• Este amplificador é um meio-termo
entre os amplificadores de classe A e
B – o ponto Q para cada transistor
está acima daquele para a classe B
mas abaixo daquele da classe A.
• Cada transistor conduz para mais
do que 180° do sinal de entrada CA.
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Classe C
• A saída da classe C conduz por
menos de 180° do ciclo CA. O
ponto Q está abaixo do ponto de
corte.
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Eficiência do amplificador
• Em se tratando do amplificador, eficiência significa a relação da
potência de saída para a potência de entrada. Quanto mais baixos
forem os graus de condução do transistor(es), maior é a eficiência.
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Amplificador de classe A com alimentação-
série
• Este amplificador é similar ao
amplificador de sinal pequeno,
exceto pelo fato de que ele
lidará com tensões e correntes
maiores. O transistor utilizado é
um transistor de alta potência.
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Amplificador de classe A 
com alimentação-série
Operação DC
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Amplificador de classe A 
com alimentação-série
• Um sinal pequeno de
entrada faz com que a
tensão de saída oscile para
o máximo de VCC e o
mínimo de 0 V. A corrente
também pode oscilar de 0
mA a ICSAT (VCC/RC)
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Amplificador de classe A 
com alimentação-série
• Quando o sinal de
entrada possui uma
amplitude maior, a saída
aumenta sua amplitude de
oscilação, em torno do
ponto de polarização
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Amplificador de classe A 
com alimentação-série
CQCCi(dc) IVP =
• Potência de saída
C
C(rms)
o(ac) R
V
P
2
=
C
CE(p-p)
o(ac) R
V
P
8
2
=
Potência de entrada
A potência para dentro do amplificador vem da fonte CC. Sem sinal de
entrada, a corrente CC drenada é a corrente quiescente coletor, ICQ.
ou
100´=
i(ac)
o(ac)
P
P
%η
• Eficiência Eficiência Máxima
!"($%) = ()*(+),2.)
%0 = 1á3!"($%)1á3!4(5%) 3100% %0 = (%%,/8.%(%%,/2.% 3100%
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Exemplo
• Encontre Pi(dc), Po(ac), a eficiência para uma tensão de entrada que
resulte em uma corrente de base de 10mA de pico
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Amplificador classe A com 
acoplamento a transformador
• Este circuito utiliza um
transformador para acoplar sua
carga. Isso melhora o rendimento
da classe A em 50%.
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Ação do transformador
• Um transformador melhora o rendimento do amplificador de classe
A porque é capaz de transformar a tensão, a corrente e a impedância.
1
2
1
2
N
N
V
V
=
2
1
1
2
N
N
I
I
=
2
2
2
1
2
1 a
N
N
R
R
R
R
L
L =÷÷
ø
ö
çç
è
æ
==
¢
Razão da tensão
• Razão da corrente
• Razão da impedância
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Amplificador classe A com 
acoplamento a transformador
• Reta de carga CC
o O ponto Q para um
amplificador classe A
com acoplamento a
transformador é disposto
próximo ao ponto médio
da reta de carga CC.
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Amplificador classe A com 
acoplamento a transformador
• Reta de carga CA
o O ponto de saturação
(ICmax) está a VCC/R¢L e o
ponto de corte está a V2
(a tensão secundária do
transformador). Isso
aumenta a oscilação
máxima de saída porque
os valores mínimo e
máximo de IC e VCE são
bastante distantes.
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Amplificador classe A com 
acoplamento a transformador
• Oscilação de tensão
8
))(( CmínCmáxCEmínCEmáx
o(CA)
IIVVP --=
• Potência CA
• Oscilação de corrente
CEmínCEmáxp)CE(p VVV -=-
!"($%$) = !"(á* − !"(í-
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Amplificador classe A com 
acoplamento a transformador
• Tensão Liberada para a carga
!" = $"%('())+"
• Potência CA através da carga
•Corrente de carga
$" = $% = ,%,- $-
." = .% = ,-,% .-
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Rendimento do amplificador 
classe A com acoplamento a 
transformador
• Potência de entrada da fonte CC
CQCCi(dc) IVP =
o(ac)i(dc)Q PPP -=
2
50 ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+
-
=
CEmínCEmáx
CEmínCEmáx
VV
VV%η
• Rendimento máximo
• Potência dissipada como calor ao longo do transistor
• Observe: Quanto maiores os sinais de
entrada e de saída, menor a dissipação de
calor.
• Observe: Quanto maior for a VCEmáx e
menor for a VCEmín, mais próximo se fica do
teórico máximo de 50% de rendimento do
circuito.
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Exemplo
•Calcule a potencia ac liberada para um alto-falante de 8Ω tendo uma corrente de
base de 6mA e o sinal Vi resulta de uma oscilação de Ib = 4mA
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Exemplo
•Solução
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Amplificador classe B
• Na classe B, o transistor é
polarizado somente desligado.
O sinal CA liga o transistor.
• O transistor somente conduz
quando estáligado na metada
do ciclo CA.
• Para obter um ciclo CA
completo de um amplificador
classe B, você pode precisar
de dois transistores:
• Um transistor npn que fornece a metade
negativa do ciclo CA
• Um transistor pnp que fornece a metade
positiva.
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Amplificador classe B:
•Potência de Saída (AC)
• Potencia de Entrada!" #$ = &''()' ()' = 2+ ((-) !"(#$) = &'' 2+ ((-)
!/ 0$ = &12(345)61 = &12(- − -)861 = &12(-)261
•Eficiência
%: = !/ (0$)!"(#$) ;100% = >&1
2(-) 261&$$ ?2 + ((!) ;100% = +&1 (-)4&'' ;100%
( - = ?&1(-) 61
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Amplificador classe B: 
rendimento
• Potencia Dissipada Pelos Transistores de Saída
• O rendimento máximo de um amplificador classe B é 78,5%!"#$#!%$#& 'á)#'& = +4 )100 = 78,5%
456 = 47 8$ − 4:(&$)
46 = 4562
Para cada transistor
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Amplificador classe B:
• Para potência máxima de entrada
L
CC
L
CC
CCMÁXdcCCi(dc)MÁX πR
V
πR
VVIVP
2
,
22)( =÷÷
ø
ö
çç
è
æ
==
• Para a clase B a potencia máxima de saída é liberada para a 
carga quando VL(p) = Vcc
L
CC
MÁXo(ac) R
VP
2
 
2
, =
• O valor máximo da corrente média da fonte de potência é:!á#$!% &'( = 2+ & , = 2-((+./
• Para potência máxima dissipada!á#$!% 012 = 2-((1+1./
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Amplificador classe B
• Diferentes formas de obter sinais invertidos em fase a partir de um
único sinal
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Amplificador classe B
com push-pull acoplados 
a transformador
• Um transformador com derivação central na entrada produz sinais
de polaridade oposta às entradas dos dois transistores.
• O transformador com derivação central na saída combina as duas
metades do formato de onda CA.
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Operação com amplificador classe B com push-
pull acoplados a transformador
• Durante a metade do ciclo positiva da entrada CA, o transistor Q1 (npn)
está conduzindo e o Q2 (pnp) está desligado.
• Durante a metade do ciclo negativa da entrada CA, o transistor Q2 (pnp)
está conduzindo e o Q1 (npn) está desligado.
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Operação com amplificador classe B com 
Simetria Complementar
• O transistor NPN será polarizado
para a condução pelo meio ciclo
positivo do sinal.
• Durante o meio ciclo negativo de
sinal o transistor PNP é polarizado
para a condução.
• Cada transistor produz metade do
ciclo CA. A desvantagem é que é
nescessario duas fontes e o efeito do
crossover.
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Distorção por cruzamento
• Se os transistores Q1 e Q2 não ligam e desligam exatamente ao
mesmo tempo, há uma lacuna na tensão de saída.
Amplificador de classe B
A figura mostra a característica de transferência do circuito.
• Existe uma gama de valores de vi em torno de zero para os quais ambos os 
transístores estão ao corte. 
• Esta situação dá origem à distorção de crossover que, num amplificador de 
áudio implica ruído.
Electrónica II – Amplificadores de Potência
Morgado Dias Electrónica II 9/2006 11
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Classe B Push Pull com simetria Complementar
• A resistência de
carga esta casada
ao circuito devido
à baixa resistência
de saída do
emissor. Utiliza
transistores em
conexão
Darlington para
ter alta corrente e
baixa resistência
de saída
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Amplificador push-pull 
quase complementar
• Uma combinação de um par Darlington com um par realimentado
realiza uma operação push-pull. Isso aumenta a capacidade da
potência de saída.
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Exemplo
•Para o circuito calcule a potencia de entrada, potencia de saída, a
potencia manipulada por cada transistor de saída e a eficiência para
uma entrada de 12 V rms de um amplificador de ganho unitário
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Distorção do amplificador
• Se a saída de um amplificador não é uma réplica real do sinal de
entrada CA, então ela está distorcendo a saída. O amplificador é não
linear.
• A distorção pode ser analisada utilizando-se a análise de Fourier.
Nesta análise, qualquer forma de onda periódica distorcida pode ser
rompida em componentes de frequência. Esses componentes são
harmônicos da frequência fundamental.
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Harmônicas
• Harmônicas são múltiplos inteiros de uma frequência fundamental.
• Se a frequência fundamental é de 5kHz:
1ª harmônica: 1 x 5kHz
2ª harmônica: 2 x 5kHz
3ª harmônica: 3 x 5kHz
4a harmônica: 4 x 5kHz
• Observe que a primeira e a terceira harmônicas são chamadas de
harmônicas impar e a segunda e a quarta são chamadas de
harmônicas par.
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Distorção harmônica
• De acordo com a análise
de Fourier, se um sinal não
é puramente sinoidal, então
ele contém harmônicas.
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Cálculos de distorção harmônica
A distorção harmônica total (THD) é determinada por:
100harmônica distorção %
1
´==
A
A%D nn
100THD % 23
2
3
2
2 ´+++= !DDD
• A distorção harmônica (D) pode ser calculada:
Onde
A1 é a amplitude da frequência fundamental. 
An é a amplitude da harmônica mais alta.
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Curva de delimitação de potência para transistor
• Transistores de potência dissipam muita potência em forma de
calor. Isso pode ser destrutivo para o amplificador, assim como para
os componentes que o rodeiam.
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Amplificadores de Potência
• Amplificadores Classe AB:
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Classe AB
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Classe AB
R
VVI BECCC 2
-
=
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Amplificadores de Potência
• Amplificadores Classe C:
– Os transistores conduzem menos de 180º do
período do sinal de entrada;
– usa um circuito sintonizado
– A saída é um sinal senoidal completo na
frequência de ressonância;
– Limitado a uma faixa fixa de frequência;
– A eficiência é superior às classes A, B e AB;
– A distorção harmônica é maior que as classes A, B
e AB.
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Amplificador classe C 
• Um amplificador classe C conduz
em menos de 180°. Para produzir um
saída de onda senoidal completa, o
amplificador classe C utiliza um
circuito sintonizado (tanque LC)
para fornecer a onda senoidal AC
completa.
• Amplificadores classe C são
utilizados extensivamente em
circuitos de comunicação por rádio.
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Amplificadores de Potência
• Amplificadores Classe C:
Max impedância na fr
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Na ressonância - entrada
LC
fR P
=
2
1
%100=MAXh
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Resumo
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Amplificador classe D
• Um amplificador classe D
amplifica pulsos, e necessita de
uma entrada pulsada.
• Há muitos circuitos que podem
converter uma forma de onda
senoidal em pulso, assim como
circuitos que convertem um
pulso em onda senoidal.Esse
circuito tem aplicações em
circuito digital.