Amplificadores Transistorizados

Prévia do material em texto

UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
1
AMPLIFICADORES 
TRANSISTORIZADOS 
 
CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS 
AMPLIFICADORES 
 
Os amplificadores podem ser 
classificados de acordo com: 
 
1 – A freqüência: 
 
a) Amplificadores de áudio freqüência 
(AF) 
b) Amplificadores de videofrequência 
(AV) 
c) Amplificadores de radiofrequência 
(RF) 
 
2 – A polarização: 
 
a) Classe A 
b) Classe B 
c) Classe C 
d) Classes intermediárias (A2, B2, AB1 e 
AB2). 
 
3 – O sistema de acoplamento: 
 
a) Acoplamento RC 
b) Acoplamento a transformador 
c) Acoplamento direto 
d) Acoplamento por impedância 
 
4 – O uso: 
 
a) Amplificadores de potência ou de 
corrente 
b) Amplificadores de tensão 
 
FREQÜÊNCIAS DE OPERAÇÃO 
 
As faixas de freqüência de operação 
determinam o tipo de amplificador a ser 
usado. 
 
 
 
 
a) Amplificadores de Audiofrequência 
 
Estes amplificadores atuam numa 
faixa de freqüência que vai de 10 Hz a 
20 KHz ou 30 KHz, faixa esta, 
sensível ao ouvido humano e é por 
essa razão que a mesma recebe o 
nome de audiofrequência. Estes 
amplificadores são encontrados em 
receptores de rádio, 
intercomunicadores e outros. 
 
b) Amplificadores de videofrequência. 
 
Esses amplificadores abrangem uma 
ampla faixa de freqüência que vai de 
30 KHz a 6 MHz. Eles são 
empregados em circuitos que 
amplificam sinais que devem ser 
vistos em telas de radares, televisores 
etc. 
Obs: 30 KHz a 10 MHz ou mais) 
 
c) Amplificadores de Radiofrequência 
 
Diferenciam-se dos outros dois tipos, 
porque amplificam uma estreita faixa 
de freqüência dentro do espectro de 
radiofrequência, que vai de 30 KHz 
até vários GHz. São usados em vários 
equipamentos. Quando sintonizamos 
uma emissora de rádio estamos 
deslocando a estreita faixa de 
amplificação do circuito, dentro do 
espectro de freqüência. 
 
CLASSES DE OPERAÇÃO 
 
De acordo com a polarização empregada 
para o transistor, podemos atribuir as 
classes de operação. 
 
A classe de operação é determinada pelo 
circuito de polarização de entrada. Na 
maioria dos circuitos amplificadores a 
polarização e a reta de carga tem valores 
fixos, definidos pelos valores de seus 
componentes. Consideremos, em nossas 
análises, somente os efeitos do circuito 
de polarização de entrada. 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
2 
a) Amplificador Classe A 
 
Os amplificadores Classe A operam 
durante os dois semi-ciclos do sinal 
de entrada, (360º). São polarizados 
para trabalhar na região ativa da 
curva de saída. 
 
Geralmente operam na parte linear das 
curvas características, a fim de obter na 
saída uma resposta fiel ao sinal de 
entrada. O primeiro passo para a 
determinação da classificação do 
amplificador é a construção da reta de 
carga. 
 
Em seguida, deve-se selecionar o ponto 
quiescente de modo a permitir que um 
sinal de entrada variar através da parte 
linear da curva característica, como é 
mostrado na figura a seguir: 
 
 
 
FIGURA 68 
 
Em seguida seleciona-se a VCC, por 
exemplo, 9V. Para efeito de cálculo, 
atribuiremos também um valor para IB, no 
caso 500 mA. Com esses valores de VCC 
e de IB, determinaremos, o valor de RB. 
Para essa determinação é necessário 
que se leve em consideração o valor de 
VBE do transistor. Assim, a equação para 
o cálculo de RB é: 
 
RB = (VCC – VBE) 
 IB 
 
Na prática, porém, podemos desprezar o 
valor de VBE, o que reduz a equação a: 
 
RB = (VCC ) 
 IB 
 
ou seja, com os valores atribuídos: 
 
RB = 9V = RB = 18KΩ 
 500.10-6A 
 
O circuito do amplificador classe A é 
mostrado a seguir: 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
3
 
 
FIGURA 69 
 
b) Amplificador Classe B 
 
Os amplificadores classe b operam na 
região ativa das curvas, durante um 
semi-ciclo do sinal de entrada, e 
permanecem em corte durante o 
outro, (180º). 
 
Visto que somente metade do sinal de 
entrada é aplicada, os amplificadores 
classe B são normalmente montados na 
configuração “Push-pull”, que são 
amplificadores que usam dois 
transistores que conduzem 
alternadamente, mas que na saída, 
produzem um sinal que é idêntico ao 
sinal de entrada. 
 
O ponto quiescente é estabelecido no 
cruzamento da reta de carga com a curva 
de IB = 0. 
 
A figura 70 mostra o gráfico das formas 
de onda no amplificador classe B. 
 
 
 
FIGURA 70 
 
Para um amplificador classe B, teremos 
que na ausência de sinal aplicado a 
base, a corrente de coletor será zero, isto 
significa que estaremos operando no 
ponto de corte. 
 
Para a operação em classe b, teremos 
que utilizar dois transistores, sendo que 
um deles amplificará a parte positiva do 
sinal de entrada e outro a parte negativa. 
 
Quando o sinal de entrada se torna 
negativo, a junção emissor-base fica 
diretamente polarizada. No semi-ciclo 
positivo a junção emissor-base está 
polarizada inversamente. O transistor fica 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
4 
cortado e parte da corrente de entrada 
passa através da resistência de base. 
 
 
 
 
FIGURA 71 
 
Com o amplificador classe B, em 
montagem “push-pull”, teremos um maior 
rendimento e um menor consumo de 
potência em relação ao classe A. 
 
Porém, o amplificador classe B apresenta 
uma desvantagem, a qual é denominada 
por “Distorção Crossover”, cujo 
significado é distorção por transição. 
Essa distorção é mostrada na figura 72. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
5
 
 
FIGURA 72 
 
A distorção de crossover acontece 
exatamente na transição dos semi-ciclos 
da tensão de entrada, quando o transistor 
que estava conduzindo vai para o corte e 
o que estava no corte passa a conduzir. 
A distorção torna-se mais acentuada para 
sinais de pequena amplitude e menos 
acentuada papa sinais de amplitude 
maior. 
 
c) Amplificador Classe C 
 
A operação do amplificador em classe 
C é conseguida pela polarização 
inversa da junção de entrada do 
transistor. Com essa polarização de 
entrada a corrente de base 
permanece em zero até que a 
corrente de entrada produza uma 
queda de tensão através da 
resistência de entrada. 
 
Esta queda de tensão deve estar com 
polaridade oposta à da fonte de 
polarização do circuito de entrada e deve 
superar a tensão da fonte. Como 
consequência desta última condição 
temos uma grande distorção do sinal de 
saída. 
 
Por esse motivo, tal classe de 
amplificador é apenas empregado em 
circuitos transmissores de 
radiofrequência, onde por compensação 
através de circuitos ressonantes, 
conseguimos eliminar a distorção. 
 
O amplificador classe C amplifica apenas 
parte do sinal de entrada, (180º). A figura 
73 mostra o circuito de um amplificador 
classe C. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
6 
 
 
FIGURA 73 
 
As formas de onda de entrada e saída do 
amplificador classe C são mostradas na 
figura 74. 
 
 
 
FIGURA 74 
 
 
SISTEMAS DE ACOPLAMENTO 
 
Normalmente um simples estágio 
amplificador não é suficiente nas 
aplicações em aparelhos receptores, 
transmissores e outros equipamentos 
eletrônicos. Um ganho mais elevado é 
obtido pela conexão de vários estágios 
amplificadores. 
 
Porém, para haver a máxima 
transferência de sinal, énecessário que o 
estágio de entrada tenha a impedância 
equilibrada com a fonte de sinal, que 
pode ser um microfone, uma antena, etc, 
e que o estágio final tenha a impedância 
equilibrada com a carga, que pode ser 
um alto-falante, um fone ou uma linha de 
transmissão. Da mesma forma a 
impedância de saída de um estágio deve 
estar “casada” com a impedância de 
entrada do estágio seguinte. Além do 
equilíbrio de impedância, é muito 
importante isolar a passagem de corrente 
contínua de um estágio para outro. 
 
TIPOS DE ACOPLAMENTO 
 
Os acoplamentos usados para os 
casamentos de impedâncias podem ser 
dos seguintes tipos: 
 
a) Redes RC 
b) Transformadores 
c) Acoplamento por impedância 
d) Direto 
 
A) Redes RC: 
 
A figura 75 mostra um amplificador de 
dois estágios acoplados por uma rede 
RC.
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
7
 
 
FIGURA 75 
 
O capacitor C1 é chamado de capacitor 
de acoplamento e possui duas funções: 
 
Isolar a tensão DC presente no coletor do 
transistor T1 para que a mesma não 
chegue à base do transistor T2. E 
transferir o sinal AC de um estágio para o 
outro. O capacitor de acoplamento deve 
Ter também uma resistência reduzida 
para o sinal de entrada, portanto seu 
valor de capacidade deve ser 
relativamente alto. Os valores típicos de 
capacitância vão de 1 a 30 mF. O sinal 
que sai do primeiro estágio desenvolve-
se no resistor RB. O capacitor C1 e o 
resistor R1 constituem a rede RC de 
acoplamento entre os dois estágios. A 
eficiência do amplificador acoplado por 
uma rede RC é baixa. Devido a 
dissipação de potência DC no resistor de 
carga. 
 
Resposta em freqüência: 
 
As freqüências muito baixas são 
acentuadas pelo capacitor de 
acoplamento, porque sua reatância 
capacitiva XC, torna-se alta com a 
diminuição da freqüência. 
 
Pelo circuito da figura 75 vemos que a C1 
e RB estão em série e em baixas 
freqüências, sendo a XC 
consideravelmente alta, teremos o 
máximo de queda de sinal em C1 e o 
mínimo em RB. no entanto para altas 
freqüências, aparece um XC mínima em 
paralelo com a resistência R1, resultando 
numa resistência total mínima, 
possibilitando o desvio de grande parte 
ou até mesmo todo sinal para o terra. 
 
Vantagens e desvantagens do 
acoplamento por rede RC: 
 
O acoplamento por rede RC é 
longamente empregado em 
amplificadores transistorizados, pois 
oferece uma boa resposta em freqüência, 
sendo de simples confecção e preço 
relativamente baixo. Porém, embora esse 
acoplamento ofereça uma boa resposta 
em freqüência, não é o tipo de maior 
eficiência, e também o mesmo apresenta 
grandes perdas quando usado em 
freqüências muito baixas. 
 
 
 
 
B) Acoplamento a transformador: 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
8 
 
No acoplamento a transformador o 
enrolamento do primário do 
transformador é a impedância de 
carga do coletor do primeiro estágio e 
enrolamento do secundário 
desenvolve o sinal de CA, para a 
base do transistor do segundo 
estágio. Como é mostrado na figura 
abaixo. 
 
 
 
 
FIGURA 76 
 
ESTÁGIOS COM ACOPLAMENTO A 
TRANSFORMADOR 
 
Como não há resistor de carga de coletor 
para dissipar potência, a eficiência do 
amplificador acoplado a transformador ‘[e 
muito boas. Por esse motivo o 
acoplamento a transformador é muito 
usado em equipamentos portáteis e 
operados com baterias. 
 
Vantagens e desvantagens do 
acoplamento a transformador. 
 
Os transformadores auxiliam no equilíbrio 
entre a carga de saída do transistor e a 
entrada do transistor seguinte, obtendo 
com isso um máximo ganho de potência. 
 
A resposta de freqüência de um estágio 
acoplado a transformador não é tão boa 
quanto a do estágio acoplado por rede 
RC. A resistência do enrolamento do 
primário causa a queda de respostas em 
baixas freqüências. Além disso os 
transformadores são mais caros, mais 
pesados e ocupam uma muito áreas que 
os resistores e capacitores empregados 
nas redes RC. Com isso o uso do 
acoplamento a transformador é limitado 
àquelas aplicações que requerem alta 
eficiência de saída. 
 
C) Acoplamento por impedância: 
 
O acoplamento por impedância é 
similar ao acoplamento por rede RC, 
com exceção de que o resistor de 
carga é substituído por um indutor (L), 
como mostra a figura a seguir. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
9
 
Acoplamento por impedância 
 
FIGURA 77 
 
A resistência de carga é somente a 
resistência do fio do enrolamento, a qual 
proporciona uma mínima queda de 
tensão. Deve-se usar grandes valores de 
indutância para que haja uma lata 
reatância nas baixas freqüências. 
 
Já que a reatância indutiva é diretamente 
proporcional à freqüência, temos que o 
ganho do estágio acoplado por 
impedância cresce com o aumento da 
mesma. 
 
D) Acoplamento Direto: 
 
Quando o transistor de um estágio 
amplificador é ligado diretamente ao 
transistor do estágio seguinte dizemos 
que o acoplamento é direto. Como 
mostra a figura a seguir: 
 
 
 
Estágios amplificadores com acoplamento direto 
 
FIGURA 78 
 
Este tipo de acoplamento é usado em 
circuitos para a amplificação de sinais de 
freqüência muito baixa. No circuito da 
figura 78, se a corrente de coletor do 
primeiro estágio for maior que a corrente 
de base do estágio seguinte, devemos 
ligar o resistor RC, como indicado pela 
linha tracejada, com isso desviamos a 
corrente excedente. Com esse tipo de 
acoplamento teremos o máximo de 
economia, visto que o número de 
componentes usados no circuito é 
mínimo. 
 
 
 
 
 
 
 
AMPLIFICADORES DE ÁUDIO BÁSICO 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
10 
Como vimos a finalidade do amplificador 
é aumentar a tensão, a corrente ou o 
nível de potência de um sinal, a um valor 
desejado, a fim de operar um dispositivo 
de saída. Para produzir uma alta tensão, 
utilizável através de um circuito de carga, 
é necessário que a oposição à variação 
de IC seja a máxima possível, qualquer 
que seja a carga (resistor, reatância ou 
impedância). 
 
Os amplificadores de potência, são 
estágios amplificadores, construídos para 
fornecer grandes quantidades de 
potência para a carga no circuito de 
coletor. 
 
Assim, num amplificador de potência 
deve haver uma grande corrente de 
coletor, uma vez que a potência é o 
produto da resistência pelo quadrado da 
corrente. 
 
Os pré-amplificadores são etapas de 
baixo nível, que se destinam à 
amplificação de sinais provenientes de 
dispositivos tais como microfones, 
detetores, cápsulas magnéticas. 
 
a) Amplificadores de áudio 
transistorizados 
 
Os circuitos amplificadores de áudio são 
projetados para amplificar sinais de faixa 
de áudio freqüência, ou seja, sinais que 
vão de 20 Hz a 20 KHz. 
 
O circuito de entrada de um amplificador 
de áudio deve ser alimentado com a 
corrente de saída de um pré-amplificador. 
Neste caso, cada transistor é 
considerado como um amplificador de 
corrente ou potência, operando a um 
nível de corrente ou potência mais 
elevado que o nível do estágio anterior e 
menos elevado que o nível do estágio 
seguinte. O nível de potência de um 
amplificador de áudio é determinado 
pelos requisitos do projeto. 
 
b) Circuito amplificador de áudio 
básico: 
 
A figura 79, mostra um amplificador de 
áudio básico: 
 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
11
Amplificadorde áudio básico 
 
FIGURA 79 
 
A polarização para esse amplificador é 
estabelecida pela corrente base-emissor. 
Essa corrente cria uma tensão que 
polariza diretamente o circuito de 
entrada. 
 
O resistor de base RB, limita a corrente 
de polarização estabelecendo assim o 
ponto quiescente. Durante o semi-ciclo 
positivo do sinal de entrada a polarização 
direta diminui. Isso provoca uma 
consequente diminuição da corrente de 
coletor, através de RL, e a tensão em RL 
diminui. Assim, a tensão de coletor 
aumenta, em direção de um valor 
negativo de VCC. 
 
Durante o semi-ciclo negativo do sinal de 
entrada, a polarização direta aumenta. 
Isso faz com que a corrente através de 
RL aumente, aumentando também a 
queda de tensão sobre a mesma, 
tornando menos negativa a tensão de 
coletor. O capacitor C1 acopla o sinal de 
entrada e o capacitor C2 o sinal de saída 
RE é o resistor de estabilização de 
emissor e está ligado em paralelo com o 
capacitor de desacoplamento CE. Ainda 
na figura 79, podemos ver que o sinal de 
saída está 180º defasado do sinal de 
entrada, que é uma característica desse 
amplificador.