Transistor em AC

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Transistor em AC

  1. 1. 1
  2. 2. Tomando-se como referência inicial um transistor polarizado na configuração emissor comum, cujo ponto quiescente está no meio da região ativa, uma pequena variação na tensão VBE (tensão de entrada) provoca uma variação semelhante na corrente de base IB (corrente de entrada). Esta variação na corrente IB faz com que a corrente de coletor IC (corrente de saída) e a tensão VCE (tensão de saída) também variem, acompanhando a mesma forma de onda de entrada, como mostra a curva característica de saída do transistor, na figura no próximo slide. 2
  3. 3. Se as variações não atingirem os pontos de corte e saturação na curva característica de saída, elas podem ser consideradas lineares. 3
  4. 4. Variação do sinal de entrada e saída do amplificador 4
  5. 5. No caso de ganho de tensão, para este circuito de referência, seu resultado é negativo, pois uma variação positiva na tensão de entrada causa uma variação negativa na tensão de saída. Isto significa que o amplificador defasa a saída em 180º. Já o ganho de corrente tem um resultado positivo, significando que o amplificador mantém a corrente de saída em fase com a corrente de entrada, ou que a defasagem é nula. 5
  6. 6.  Um microfone, um amplificador e um alto falante. 6
  7. 7.  7
  8. 8. Na ausência de capacitor de acoplamento os sinais possuem uma elevação (componente DC positiva) dos valores de entrada que podem deslocar o ponto quiescente na reta da carga para próximo da região de saturação. Por exemplo, quando VBEQ aumenta, IBQ e ICQ também aumentam, porém VCEQ diminui como mostrado na figura. 8
  9. 9. Com isso, o sinal de entrada, ao atingir o limite máximo, distorce o sinal de saída. Da mesma forma, se o sinal de entrada tiver uma componente DC negativa, o ponto quiescente se desloca no sentido contrário, provocando uma distorção no sinal de saída devido à sua proximidade da região de corte. Para evitar esse problema, entre o circuito gerador do sinal e a entrada do amplificador, é colocado um capacitor de acoplamento de entrada AC (CA), que bloqueia o nível DC, deixando passar apenas a componente AC. 9
  10. 10. Na saída do amplificador acontece algo semelhante. Para não haver alteração no ponto quiescente, eles são ligados através de um capacitor de acoplamento de saída AC (CA), ao mesmo tempo em que este capacitor (C2) evita que o nível DC do amplificador interfira também na carga ou no circuito de saída. 10
  11. 11. 11
  12. 12. 12
  13. 13. Classe de Operação  O que determina o tipo de classe de operação de um amplificador é o modo como os transistores do estágio de saída operam, na tentativa de se obter maior linearidade (menor distorção) e/ou rendimento.  Serão apresentadas algumas classes que se aplicam a amplificadores de áudio, em amplificadores de alta freqüência (RF) ou controles de potência. 13
  14. 14. Classes de Operação 14
  15. 15. 15 Classes de Operação dos Amplificadores Classificação e Rendimento Classe C Classe B Classe AB Classe A Rendimento% Ângulo de condução [rad] 50 % 100 % 78.5 % 0 π 2π Rendimento Classe A  η= 0 à 50% Classe B  η =0 à 78.5% η = PLM . 100 PF PLM = potência fornecida pelo amplificador à carga. PF = potência fornecida pela fonte de alimentação ao amplificador.
  16. 16. O amplificador cujo transistor está polarizado com o ponto quiescente no meio da reta de carga, oscilando somente na região linear da curva do transistor. Em classe A, o transistor trabalha todo o tempo na sua região ativa (360º). Para que a amplificação ocorra com o maior rendimento possível sem distorção devem ser calculados a máxima tensão e potência que o transistor pode fornecer à carga. 16
  17. 17. Estando o ponto quiescente no meio da reta de carga, a amplitude máxima de pico a pico do sinal de carga (VLM) é limitada por ICQ ou por VCEQ’ para que o transistor não corte e não sature. Notar que o dispositivo trabalha na parte linear da curva e teoricamente não há distorção do sinal. Essa condição é denominada classe A de operação. 17
  18. 18.  Devido ao baixo rendimento, máximo de 50%, é inviável o emprego na parte de potência de equipamentos portáteis alimentados por baterias.  Por isso, classe A só é usada em geral em etapas intermediárias, onde a potência dissipada é pequena. 18
  19. 19. Classe A  Apresenta a melhor característica de linearidade entre todas (teórico), mas também tem o menor rendimento que, idealmente, não passa de 50% (para configuração push-pull).  Isso se deve ao fato de que os transistores de saída estão sempre em condução, pois existe uma corrente de polarização, constante, com valor no mínimo igual a metade da máxima corrente de carga. 19
  20. 20. Configuração push- pull, complementar, operando em classe A. Rendimento de um amplificador classe A, em configuração push-pull, para um sinal senoidal e desconsiderando-se as perdas. 20
  21. 21. É aquele que trabalha com o ponto quiescente próximo à região de corte. Neste caso amplifica somente um semiciclo do sinal AC. Para amplificar a outra metade do sinal é montado num arranjo denominado push-pull. Para isso são utilizados dois transistores um NPN e um PNP. 21
  22. 22. São dois amplificadores na configuração seguidor de emissor e com ganhos unitários. É importante que os transistores tenham características muito próximas de modo a atuarem de forma igual nos dois semiciclos. 22
  23. 23. Configuração push- pull, complementar, operando em classe B. Durante a transição da operação de um transistor para outro há uma interrupção do sinal de saída, pois o nível do sinal de entrada não é suficientemente grande para por os transistores em condução; ocorre a chamada distorção de crossover. 23
  24. 24. Rendimento de um amplificador classe B, para um sinal senoidal e desconsiderando-se as perdas 24
  25. 25. Amplificador Classe B  Esta classe faz aumentar o rendimento do circuito, idealmente, para 78,5%.  No entanto, é necessário um par de transistores (push-pull), pois cada um fica responsável por um semiciclo do sinal de saída. 25
  26. 26. Neste amplificador o ponto de operação está em uma região intermediária do centro da reta de carga (classe A) ao ponto de corte (classe B). A polarização dos transistores um pouco acima da região de corte nos amplificadores push-pull deve garantir que não ocorra a distorção na transição. 26
  27. 27. Neste amplificador o rendimento também é alto da ordem de até 78,5%. 27
  28. 28. Neste amplificador o ponto de operação está situado dentro da região de corte sendo assim, o transistor conduz durante um intervalo menor que um semiciclo. Não é muito empregado como amplificador de áudio porque esse circuito causa distorções. 28
  29. 29. Amplificador Classe C Amplificadores classe C podem ser usados em etapas de potência de transmissores de radiofrequência. Filtros e circuitos ressonantes devem ser usados para restaurar o sinal e eliminar harmônicos. 29

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