Estágios de saída e amplificadores de potência

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ELETRÔNICA 
INDUSTRIAL 
Fabricio Ströher da Silva
Estágios de saída e 
amplificadores de potência
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
� Identificar os estágios de saída dos amplificadores.
� Descrever as classes dos amplificadores de potência.
� Determinar a eficiência dos amplificadores de potência.
Introdução
Circuitos amplificadores são de muita importância para sistemas eletrô-
nicos como os de áudio e de instrumentação. Os sensores, por exemplo, 
normalmente oferecem sinais na casa dos milivolts, que têm que ser 
convertidos para variações de 0 a 5 volts e outros níveis utilizados em 
entrada de controladores. Em função disso, é necessária a amplifica-
ção desses sinais para que seja possível a ligação dos sensores com os 
controladores, além de inúmeras outras aplicações nas quais o uso de 
amplificadores se faz necessário.
Neste capítulo, você vai estudar todas as classes de amplificadores 
de potência, a aplicação de cada um deles, bem como seus estágios de 
saída, circuitos que os implementam, dentre outras informações comple-
mentares necessárias para o entendimento desses importantes circuitos 
para a eletrônica.
Os estágios de saída dos amplificadores
Em um primeiro momento, é necessária a contextualização do que é um 
amplificador de potência, que está ilustrado na Figura 1 a seguir.
Figura 1. Exemplo de aplicação de amplificadores em dois estágios.
Fonte: Schuler (2013, p. 238).
Na Figura 1, é apresentado um sistema de amplificação de um sinal de 
áudio que, em um primeiro momento (primeiro estágio), faz a amplificação 
da tensão do sinal. Esse primeiro estágio tem por função principal dar um 
ganho de tensão ao sinal. 
O estágio de saída, denominado amplificador de potência, tem a finalidade 
de dar um ganho muito maior ao sinal já amplificado no primeiro estágio 
e deve ser capaz de lidar com uma grande oscilação no sinal de entrada 
(SCHULER, 2013).
Os estágios de saída dos amplificadores de potência são classificados de 
acordo com a forma de onda da corrente no coletor que é resultante da apli-
cação de um sinal de entrada (SEDRA; SMITH, 2007). Um amplificador de 
classe A conduz durante todo o ciclo do sinal de entrada, ou seja, seu ângulo 
de condução é igual a 360°. Já um amplificador de potência de classe B tem a 
sua corrente de coletor, no momento da polarização, anulada, o que faz com 
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que o amplificador conduza somente metade do ciclo do sinal de entrada, ou 
seja, somente conduz por 180°. Já um amplificador de classe AB é polarizado 
com uma corrente de coletor maior que zero, mas menor que a de coletor e que 
a corrente de pico do sinal de saída. Já um amplificador de classe C tem seu 
sinal com o ângulo de condução menor que os 180° de um amplificador de 
classe B e, por isso, terá pulso na corrente de coletor em sua saída. A Figura 
2, a seguir, representa as saídas dos amplificadores A, B e C. Uma conclusão 
a que já podemos chegar é que os amplificadores de potência trabalham com 
corrente alternada.
Figura 2. Estágio de saída (a) classe A; (b) classe B; (c) classe C.
Fonte: Malvino e Bates (2012, p. 376).
É bom, para o entendimento completo dos estágios de saída, os circuitos 
de acoplamentos, que levam o sinal de um estágio inicial para o estágio de 
saída. Esses acopladores podem ser diretos, capacitivos e com transformador 
de acoplamento (Figura 3). 
Figura 3. Acoplador capacitivo (a); com transformador (b); direto (c).
Fonte: Malvino e Bates (2012, p. 377).
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Estágio amplificadores classe A
Segundo Sedra e Smith (2007), o seguidor de emissor é o estágio de saída 
mais popular entre os amplificadores de potência de classe A. 
Como visto anteriormente, um amplificador de classe A faz a transferência 
completa do sinal de entrada para a saída e, por isso, o ponto quiescente deve 
estar posicionado na reta de carga de tal forma que não haja o ceifamento do 
sinal no estágio de saída do amplificador. Assim, o melhor posicionamento do 
ponto quiescente da reta de carga é na parte central da reta, conforme mostra 
a Figura 4 a seguir.
Figura 4. Operação de um amplificador de classe A.
Fonte: Shuler (2013, p. 244).
Estágio amplificadores classe B
Conforme já definido, um amplificador de classe B tem, em sua saída, um 
sinal amplificando apenas meio ciclo do sinal de entrada e, por consequência, 
o seu ponto quiescente deve estar posicionado quando a corrente do coletor foi 
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igual a 0 (corte). Assim, as variações positivas causam alterações de tensão na 
saída do amplificador e, caso a corrente seja negativa, a mesma será ceifada 
(Figura 5).
Figura 5. Operação de um amplificador de classe B.
Fonte: Shuler (2013, p. 244).
Estágio amplificadores classe AB, C e D
Os amplificadores de classe AB, como vimos, têm o sinal positivo da entrada 
completamente transferido para a saída, mas o sinal negativo é transferido em 
partes, razão pela qual é denominado classe AB, já que não transfere o ciclo 
completo da entrada para a saída, assim como não ceifa por completo o sinal 
negativo. Por consequência, o ponto quiescente desse tipo de amplificador 
deve ser situado em alguma região da reta de carga entre o ponto quiescente 
dos amplificadores de classe A e os amplificadores de classe B.
Os amplificadores de classe C, para que possam ter um sinal menor que os 
de classe B, ou seja, transferir para a saída do amplificador somente parte de um 
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semiciclo, devem ter a polarização do transistor entre emissor e base reversa, 
pois o ponto quiescente desse tipo de amplificador extrapola a reta de carga.
Por fim, os amplificadores de classe D trabalham com um formato dife-
rente dos demais, pois seu sinal de saída é por modulação PWM (Pulse-Width 
Modulation).
As classes dos amplificadores de potência
Todos amplificadores de potência têm suas particularidades no momento do 
projeto do mesmo, por isso, veremos como cada um deles funciona.
Classe A
Os amplificadores de classe A não apresentam bom rendimento, mas têm 
pouca distorção em seu sinal e seu arranjo é mais simples que os das demais 
classes (SCHULER, 2013).
Na Figura 6, a seguir, é apresentado um amplificador de classe A.
Figura 6. Amplificador de potência classe A.
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A reta de carga do amplificador vai do valor de corrente de saturação (Isat), 
no eixo vertical, até a máxima tensão VCE, que será a tensão de alimentação 
do circuito (Figura 7).
Figura 7. Reta de carga de amplificador classe A.
Ou seja,
Sendo que Vsat é a tensão do transistor quando o mesmo está saturado; em 
transistores de junção bipolar, esse valor, normalmente, está muito próximo 
de 1 V.
Agora, para que o amplificador se comporte como um amplificador de 
classe A, é necessário que se defina um valor de RB para que a corrente na 
base do transistor seja a metade do valor de saturação:
Sendo que IC deve ser a metade do Isat, tendo em vista que, como co-
mentado anteriormente, o ponto quiescente deve estar na parte central da 
reta de carga.
7Estágios de saída e amplificadores de potência
Classe B
Os amplificadores de classe B são polarizados no corte, ou seja, o ponto 
quiescente desse tipo de amplificador se dá quando a tensão IC é nula. O 
circuito utilizando essa classe de amplificação se dá por circuitos push-pull, 
conforme a Figura 8.
Figura 8. Amplificador push-pull classe B.
Fonte: Malvino e Bates (2017, p. 393).
Embora, como definido anteriormente, os amplificadores classe B 
operem somente com a condução de apenas 180° do ciclo, é utilizada a 
configuração push-pull justamente para que o sinal possa ser amplificado 
no seu ciclo completo, mas com uma eficiência maior que um amplificador 
de classe A.
Considerando a Figura 8, a amplificação do semiciclo positivo é feita pelo 
transistor Q1,enquanto Q2 faz a amplificação do semiciclo negativo do sinal 
de entrada.
Classe AB
Um dos principais problemas que pode causar um amplificador da classe B 
é uma distorção no sinal de saída devido à não linearidade da corrente de 
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coletor em relação à tensão coletor emissor quando a tensão base emissor 
for inferior a 0,7 volts, aproximadamente, em função das características dos 
semicondutores que necessitam de um valor maior de diferença de potencial 
para que o mesmo possa conduzir.
Na Figura 9, a seguir, é possível verificar a reta de carga do amplificador AB.
Figura 9. Ponto de operação de amplificador classe AB.
Fonte: Shuler (2013, p. 257).
O ponto de operação ou ponto quiescente fica entre os pontos do ampli-
ficador classe A e do amplificador classe B, mais exatamente logo acima do 
joelho que representa o inicio da condução do diodo emissor do transistor.
O circuito que implementa essa solução é um circuito conforme apresentado 
na Figura 10: ele utiliza um divisor de tensão para auxiliar na polarização do 
transistor na junção base-emissor, fazendo com que, quando a tensão na base 
dos transistores for menor que a tensão ou igual à tensão de R2, o transistor 
seja cortado.
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Figura 10. Circuito que implementa o amplificador classe AB.
Fonte: Shuler (2013, p. 257).
Classe C
Os amplificadores de classe C têm uma alta eficiência, mas uma distorção 
bastante grande e, por isso, esse tipo de amplificador de sinal não é utilizado 
para sinais de áudio, e sim para a radiofrequência somente.
O circuito consiste em uma bobina RF na base do transistor que limitará o 
ciclo de corrente que circular no coletor do circuito, dando apenas pulsos. No 
circuito coletor, existe um circuito tanque, que permite que seu sinal de saída fique 
marginalmente estável em função da troca energética entre capacitor e indutor. 
Figura 11. Circuito que implementa o amplificador classe C.
Fonte: Shuler (2013, p. 263).
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Classe D
Os amplificadores de potência da classe D são amplificadores digitais, ou 
seja, somente trabalham no corte e na saturação dos transistores, gerando 
um sinal pulsado na saída, que, normalmente, é do tipo PWM. Esta classe de 
amplificador pode ser criada de diversas formas.
Figura 12. Circuito básico implementa o amplificador classe D.
Fonte: Shuler (2013, p. 270).
A eficiência dos amplificadores de potência
A eficiência de um amplificador de potência é definida como a razão entre 
a potência de saída e a de entrada e melhora ou aumenta da classe A para a 
classe D. Na equação a seguir, é apresentada a forma geral em que se define 
que a eficiência (%ɳ) é definida pela quantidade de potência ca (Po) liberada 
de sua fonte cc (Pi) (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2010). 
A eficiência máxima em um amplificador de classe A é de somente 25%, 
podendo chegar a 50% para uma conexão utilizando transformador para 
ligar-se à carga (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2010).
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Essa eficiência pode ser determinada quando utilizamos as oscilações 
máximas de tensões e correntes para um amplificador classe A com alimen-
tação série.
Para a oscilação de tensão, temos:
Essa equação admite que a máxima variação de tensão entre coletor e 
emissor é igual à tensão de alimentação. Para corrente, como pode ser visto 
a seguir, a máxima variação de corrente é em relação à máxima corrente que 
pode ser disponibilizada pela fonte VCC:
Utilizando a expressão de potência para sinais de pico a pico, temos:
A máxima potência de entrada pode ser calculada utilizando a corrente 
de polarização cc fixada na metade do valor máximo (BOYLESTAD; NA-
SHELSKY, 2010).
Considerando o exposto sobre as potências de um amplificador de classe 
A com alimentação série e considerando a expressão geral para o cálculo da 
eficiência, temos:
Com isso, podemos comprovar a informação inicial da eficiência máxima 
que pode alcançar um amplificador de classe A com alimentação série.
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Para amplificadores de classe A com acoplamento a transformador, a 
eficiência teórica máxima é igual a 50%:
Logo, quanto maior for a variação VCE , mais próximo da máxima 
eficiência (50%) estará o amplificador.
A eficiência de um amplificador de classe B pode ser definida pela seguinte 
expressão:
Com isso podemos chegar à conclusão de que um amplificador de classe 
B pode alcançar os 78,5%, pois, caso a razão entre a tensão máxima de saída 
VOmax e a tensão VCC seja igual a um, a eficiência será igual a π ⁄4, ou seja, 
78,5%. Com isso, podemos definir, também, que a maior eficiência de um 
amplificador de classe B é atingida quando a máxima tensão de saída do 
amplificador se aproximar da tensão de alimentação (VCC).
Segundo Boylestad e Nashelsky (2010), um amplificador de classe D pode 
alcançar uma eficiência de até 90%, sendo a maior das eficiências de todas as 
classes. Em um amplificador de classe AB, como está entre um amplificador 
de classe A e um amplificador de classe B, sua eficiência máxima encontra-se 
entre 25% e 78,5%.
13Estágios de saída e amplificadores de potência
BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 8. ed. São 
Paulo: Pearson, 2010.
MALVINO, A.; BATES, D. J. Eletrônica. 8. ed. Porto Alegre: Penso, 2017. v. 1.
MALVINO, A.; BATES, D. J. Eletrônica: diodos, transistores e amplificadores. 7. ed. Porto 
Alegre: McGraw-Hill, 2012.
SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. 5. ed. São Paulo: Pearson, 2007.
SHULER, C. Eletrônica I. 7. ed. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2013.
Leitura recomendada
U.S NAVY. Bureau of Naval Personnel, Trainning Publications Division. Curso completo 
de eletrônica. São Paulo: Hemus, 1976.
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