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Resumo- Nesta prática verificamos o uso e o funcionamento de um circuito Amplificador de Potência do tipo “Classe B”, isto é, um circuito que é capaz de amplificar cada semiciclo do circuito individualmente. Isso foi feito por meio da comparação dos sinais de entrada e de saída tanto por meios teóricos experimentais, usando o software Multisim, quanto por meio do circuito montado de fato no experimento. Palavras-chave— Amplificador, Classe B, Eficiência, Potência. I. REFERENCIAL TEÓRICO Na última prática, analisamos o funcionamento de um amplificador de potência do tipo “Classe A”; nessa nos debruçaremos quanto ao funcionamento de circuitos do tipo “Classe B”. Nesse tipo de operação o, o transistor fica polarizado em um valor que o mantêm cortado, sendo ligado somente quando o sinal CA é aplicado. Dessa forma, quase não há polarização sendo que o transistor conduz corrente apenas durante um dos semiciclos do sinal de entrada. Para obter saída para um ciclo completo, faz-se necessário o uso de dois transistores e ter cada um deles conduzindo em semiciclos opostos. IMAGEM 1: REPRESENTAÇÃO EM BLOCO A potência de entrada de um circuito Amplificador de Potência do tipo ‘Classe B’ é definido como o produto entre a tensão VCC e ICC. 𝑃𝑖 (𝐶𝐶) = 𝑉𝐶𝐶 × 𝐼𝐶𝐶 𝑃𝑖 (𝐶𝐶) = 𝑉𝐶𝐶 × ( 2 𝜋 × 𝐼𝐿 (𝑝)) 𝑃𝑖 (𝐶𝐶) = 𝑉𝐶𝐶 × ( 2 𝜋 × 𝑉𝐿 (𝑝) 𝑅𝐿 ) 𝑃𝑖 (𝐶𝐶) = 2 × 𝑉𝐶𝐶 × 𝑉𝐿 (𝑝) 𝜋 × 𝑅𝐿 = 2√2 × 𝑉𝐶𝐶 × 𝑉𝐿 (𝑟𝑚𝑠) 𝜋 × 𝑅𝐿 (1) A potência CA de saída desse circuito é aquela entregue a carga RL, tal como descrito pelas equações abaixo. 𝑃𝑜 (𝐶𝐴) = 𝑉𝐿 (𝑟𝑚𝑠) 2 2 × 𝑅𝐿 = 𝑉𝐿 (𝑝) 2 2 × 𝑅𝐿 (2) Já a eficiência ƞ do circuito é definida como um fator que relaciona quanto da potência fornecida ao circuito de fato vem a ser transmitida para a carga. Ela pode ser obtida pela rela relação entre a potência CA de saída e a potência CC de entrada. % ƞ = 𝑃𝑜 (𝐶𝐴) 𝑃𝑖 (𝐶𝐶) × 100 % ƞ = ( 𝑉𝐿 (𝑝) 2 2 × 𝑅𝐿 ) ( 2 × 𝑉𝐶𝐶 × 𝑉𝐿 (𝑝) 𝜋 × 𝑅𝐿 ) × 100 % ƞ = 𝜋 × 𝑉𝐿 (𝑝) 4 × 𝑉𝐶𝐶 × 100 = 𝜋 × 𝑉𝐿 (𝑝) 2√2 × 𝑉𝐶𝐶 × 100 (3) II. MATERIAIS O material que será usado no decorrer deste experimento consiste em: ➢ Protoboard; ➢ Multímetro; ➢ Resistores: 4.7Ω, 680Ω, 1kΩ, 6.8kΩ, 100kΩ, 120kΩ; ➢ Capacitores: 10Nf, 2.2uF, 470uF; Laboratório de Eletrônica Prática 06: Amplificador Classe B Turma 1 Antônio Damásio Fortaleza Araújo, UFPI, Prof. James Blayne Oliveira Reis, UFPI ➢ Fonte de tensão cc; ➢ Osciloscópio; ➢ Gerador de sinais; ➢ Conectores; ➢ Transistor TIP31C e TIP32C; ➢ Buzzer; ➢ Diodo 1N4148; ➢ CI LM741. III. ANÁLISE COMPUTACIONAL Neste experimento, analisaremos de forma tanto teórica e simulada computacionalmente quanto prática, o funcionamento de um circuito amplificador do tipo Classe B. IMAGEM 4: CIRCUITO SIMULADO o Este amplificador de áudio fornece uma potência de pouco mais de 1 W a um alto‐ falante de 4 ou 8 Ω e tem por base um circuito integrado 741. A impedância de entrada é elevada e o ganho de tensão na etapa amplificadora é de 10 vezes. A alimentação deve ser feita com tensão de 12 V e não precisamos de fonte simétrica. o Ajuste a entrada para uma frequência de 1 KHz e amplitude de 0,5 V (p‐p). Lembre‐ se de aumentar a amplitude gradativamente. Use o osciloscópio para observar a tensão na carga. o Calcule a eficiência do amplificador? Qual a tensão na carga para a situação de eficiência máxima? %ƞ = 𝜋 × 𝑉𝐿 (𝑟𝑚𝑠) 2√2 × 𝑉𝐶𝐶 × 100 = 𝜋 × 1,95 2√2 × 12 × 100 %ƞ = 18,05 % O circuito terá máxima eficiência quando a tensão de pico na carga for igual a tensão VCC de polarização do transistor. Dessa forma, como explicitado abaixo, o circuito apresentará uma eficiência de 78,53 %. %ƞ = 𝜋 × 𝑉𝐿 (𝑝) 4 × 𝑉𝐶𝐶 × 100 = 𝜋 × 𝑉𝐶𝐶 4 × 𝑉𝐶𝐶 × 100 %ƞ = 𝜋 4 × 100 = 78,54 % IMAGEM 6: RESULTADO SIMULADO: SINAL DE ENTRADA EM AMARELO E DE SAÍDA EM AZUL IV. ANÁLISE EXPERIMENTAL Na análise experimental dessa atividade seguiremos os mesmos passos que foram aplicados para o estudo computacional desse circuito, primeiro montando o circuito sob a as especificações detalhadas no guia afim de comparar os resultados obtidos àqueles encontrados por meio de teóricos e por simulações. IMAGEM 7: SINAL DE SÁIDA EXEPRIMENTAL 0.25Vpk 1kHz 0° 10nF 741 3 2 4 7 6 5 1 100kΩ 120kΩ 680Ω 2.2µF Q1 BD139 Q2 BD140 6k8Ω 10nF 1N4148 1kΩ 470µF SONALERT 200Hz VCC 12.0V o Calcule a eficiência do amplificador? Qual a tensão na carga para a situação de eficiência máxima? %ƞ = 𝜋 × 𝑉𝐿 (𝑟𝑚𝑠) 2√2 × 𝑉𝐶𝐶 × 100 = 𝜋 × (4,48 2√2 ⁄ ) 2√2 × 12 × 100 %ƞ = 14,66 % No caso do circuito experimental a eficiência maxima do circuito é calculada por meio dos valores de tensão de alimentação e de carga quando a curva do sinal de saída começa a demonstrar imperfeições. %ƞ = 𝜋 × 𝑉𝐿 (𝑟𝑚𝑠) 2√2 × 𝑉𝐶𝐶 × 100 = 𝜋 × (8,08 2√2 ⁄ ) 2√2 × 12 × 100 %ƞ = 26,44 % IMAGEM 7: SINAL DE SÁIDA EXEPRIMENTAL NO CASO DE POTÊNCIA MÁXIMA V. CONCLUSÃO Nessa prática analisamos o funcionamento de um circuito elétrico amplificador de potência do tipo “Classe B” por meio de sua montagem, por meios teórico, computacionais e experimentais. Como analisado amis cedo por ei da seção de ‘Referencial Teórico”, os amplificadores de potência “Classe B” consistem na associação de dois amplificadores TBJ – um NPN e outro PNP - separados por um diodo, afim de amplificar o sinal de entrada do circuito um semiciclo por vez. Isso se afim de permitir que o circuito possua uma maior eficiência e, assim, permitir que uma parte maior do sinal injetado no circuito possa se de fato ser transmitida pelo sinal de saída. Ao se comparar as medidas obtidas a partir do circuito experimental pode-se observar que os valores de eficiência padrão do circuito foram muito parecidas; no entanto, a eficiência máxima mostrou uma grande diferença, passado de 78,54% para apenas o 24,66%. Supõe-se que isso deva especialmente as condições não ideais do circuito que, ao dissipar potência, seja por meio do amp-op ou, mesmo, dos transistores torna-se incapaz de transmitir tanta potência sem injetar grandes imperfeições no sinal de saída. Além disso CIs, como os usados nessa prática, costumam possuir especificações onde sua operação é ideal e que certamente foram ultrapassados nessa condição. VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith; “Microeletrônica”; 8ª. ed. São Paulo: Makron Books, 1999. [2] Behzad Razavi, “Fundamentos de Microeletrônica”, 1º Edição, LTC, 2010. [3] Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, “Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos”, 8º Edição, Prentice Hall, 2004. Antônio Damásio Fortaleza Araújo é aluno do 6° período no curso de engenharia elétrica da UFPI.
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