¡¢£¤¥ ¦§¨© ¨ !"#

Eletrônica I l – Aula 10
Escola Técnica Estadual Monteiro Lobato - CIMOL .
Prof.: Cristian Machado Goularte
1/6
SOBRECARGA NO AMPLIFICADOR EMISSOR COMUM
AMPLIFICADOR COLETOR COMUM
2.4. Determine o Av deste pré-amplificador quando se
conecta um alto falante diretamente na saída.
1. Introdução.
Como o amplificador P.D.T apresentou melhor
estabilidade
dentre
as
diversas
polarizações
analisadas, tornou-se o mais recomendado no projeto
de pré-amplificadores.
2. Impedância de saída de um amplificador Emissor
Comum.
Ao observar as características de um préamplificador, nota-se que a impedância de saída
(Zsaída) é muito alta de forma que não seja compatível
com a impedância de um alto falante (que é
tipicamente 4 ou 8 Ohms e 32 Ohms em alguns fones ).
Para entender esta incompatibilidade (alta
Zsaída), vamos analisar o pre-amplificador projetado na
aula passada, conforme o esquema abaixo:
AV =
2.5. Qual é o Av deste estágio quando não há uma
carga conectada na saída (sem o alto falante)?
AV =
2.6. Ao conectar o alto falante, o Av continua
satisfatório? ( ) não. ( ) sim.
Conforme analisado, a alta impedância de saída
torna o pré-amplificador inadequado para o
acionamento do alto falante, pois o ganho de tensão
(que só ocorre nesta etapa), fica muito reduzido.
Para manter o ganho de tensão elevado, a
resistência de carga deve ter o valor mais alto possível,
de forma a não sobrecarregar o estágio.
Fig.2.2
Fig. 2.1
Observe que na saída do estágio foi conectado
um alto falante de 8 Ohms.
2.1. Para desenhar o circuito c.a. equivalente da fig.
2.1, o alto-falante deve ser incluído? Justifique:
____________________________________________
____________________________________________
2.2. Desenhe o circuito c.a. equivalente.
A tensão máxima obtida num amplificador
ocorre quando não há resistor de carga (RL). Nesta
condição temos:
Vsaída = V gerador ⋅ AV
2.7. Qual é a máxima tensão de saída obtida no circuito
da fig.2.2 ?
Vsaída =
Quando é conectado um resistor de carga, a
tensão de saída se dá por:
Vsaída =
V gerador ⋅ AV
( Z saída + RL )
⋅ RL
2.8. Qual será a tensão de saída se for conectado um
fone de ouvido (RL) com impedância de 64Ω?
2.3. Observe que com o paralelo, a resistência c.a. do
coletor diminuiu drasticamente. Por isso, o ganho de
tensão também será reduzido pela equação:
AV =
RC || RL
r ′e
r ′e =
25mV
=
I CQ
AV =
RC || RL
=
r ′e
Vsaída =
Eletrônica I l – Aula 10
Escola Técnica Estadual Monteiro Lobato - CIMOL .
Prof.: Cristian Machado Goularte
2.9. Nos divisores de tensão temos a sobrecarga de
10% como aceitável. Aplicando essa regra na saída do
pré-amplificador, o resistor de carga (RL) deverá ser 10
vezes maior que a impedância de saída, de forma que:
RL ≥ 10 ⋅ Z saída
ou
RL ≥ 10 ⋅ RC
2/6
3.2. Suponha que a impedância de saída (Zsaída) do
amplificador seja 8 Ohms. Para distribuir melhor o som,
serão utilizadas duas caixas acústicas de 4 Ohms
cada. Qual é o método de ligação destas caixas que
mantém as impedâncias casadas?
2.10. Através da equação do cap. 2.9, determine o
valor mínimo para RL do circuito do cap.2.
RL =
(
Observe que o valor aceitável para RL não é
prático, pois não existem fones de ouvido ou alto
falantes de impedância tão alta.
3. Amplificador Coletor Comum (ou seguidor de
emissor) (Referência: Malvino 4a. Ed. Pág. 494).
) Figura A.
(
) Figura B.
Quando o estágio Coletor Comum é utilizado em
conjunto com um pré-amplificador, podemos conectar
cargas de resistência mais baixa sem que ocorra a
sobrecarga no pré-amplificador.
3.3. Aspecto da polarização.
Uma forma de solucionar o problema da
sobrecarga presente nos pré-amplificadores é a
utilização de um estágio Coletor Comum (CC), pois
este apresenta uma alta impedância de entrada e baixa
impedância de saída.
A alta impedância de entrada (Zent) é ideal por
que não sobrecarrega o pré-amplificador e a baixa
impedância de saída permite a conexão de cargas de
baixa resistência, como o caso do fone de ouvido.
Portanto, o estágio Coletor Comum deve ser
conectado entre o pré-amplificador e a carga, de forma
a fazer o “casamento de impedâncias”, conforme o
diagrama de blocos ilustrado abaixo:
3.4. Realimentação negativa no amplificador CC.
Assim como no amplificador emissor comum,
este amplificador apresenta realimentação negativa.
Como esta polarização só possui um resistor na
malha de saída (RE), a realimentação é muito forte e
eficaz, de forma que RE possa compensar toda a
variação da tensão de base.
Microfone
(sinal)
Pré-Amplificador
Emissor comum
Estágio Coletor
Comum
alto
falante
Por causa desta forte realimentação negativa, a
polarização acaba por produzir ganho unitário.
3.1. Casamento de impedâncias.
Funcionamento C.C
Termo
amplamente
empregado
em
amplificadores de áudio. Diz-se que as impedâncias
estão casadas quando o dispositivo conectado à saída
do amplificador não causa o efeito da sobrecarga.
Para que o ponto Q fique no centro da reta de
carga, temos que:
I
V
I CQ = C max e
VCEQ = CC
Por exemplo, um amplificador com impedância
de saída para 8 Ohms terá o melhor rendimento
quando for utilizado um alto falante de 8 Ohms.
3.5. Exemplo de projeto:
Se forem utilizados dois alto falantes de 4 Ohms,
será necessário associá-los de forma a casar a
impedância dos alto falantes com a impedância de
saída do amplificador.
2
VCC= 12V
ICmax= 200mA
Determine o ponto Q na
reta de carga ao lado:
2
Eletrônica I l – Aula 10
Escola Técnica Estadual Monteiro Lobato - CIMOL .
Prof.: Cristian Machado Goularte
3.6. Determine a tensão para cada voltímetro:
3/6
Variação de tensão.
No emissor.
Na saída.
Ganho de tensão no estágio coletor comum (Av=1):
3.9. A partir do exercício 3.7 determine o ganho de
tensão da configuração Coletor Comum:
3.7. Amplificador em repouso.
Determine a tensão C.C de cada ponto (A, B, C, D):
AV =
VCA _ saída
VCA _ entrada
AV =
3.10. Mas então qual a finalidade desta configuração se
ela apresenta ganho de tensão unitário?
A resposta é: o ganho de corrente é muito alto,
dado pelo βcc do transistor, de forma que: Ai = BCC
Como a corrente de emissor é aumentada pelo
βcc e VR1 e VRE são muito semelhantes, temos que:
3.7. Amplificador com semiciclo positivo.
Determine a tensão de cada ponto (A, B, C, D):
VB = Vca + V Brepouso
Vsaída = Vca
VE = Vca + (VBrepouso − VBE )
3.8. Amplificador com semiciclo negativo.
Determine a tensão de cada ponto (A, B, C, D):
I E = I B ⋅ BCC


R1
RE =

BCC min
Em análise c.a, o estágio Coletor Comum é
interpretado como uma carga (RL) para o préamplificador, conforme a ilustração abaixo:
Pré-amplificador
Emissor Comum
Carga (RL)
Coletor Comum
Por isso, a impedância de entrada (Zent2) deve
satisfazer a condição:
Z ent 2 ≥ 10 ⋅ Z saída1
4. Impedância de entrada do amplificador Coletor
Comum (Zent):
Aplicando o teorema da superposição, obtemos
o circuito equivalente c.a. abaixo:
Z ent = R1 || R2 || BCC ⋅ (r ′e + RE )
Eletrônica I l – Aula 10
Escola Técnica Estadual Monteiro Lobato - CIMOL .
A impedância de entrada do estágio coletor
comum deve ser alta o suficiente para não
sobrecarregar o pré-amplificador e permitindo uma
sobrecarga de 10%, temos:

Z ent 2 ≥ 10 ⋅ Z saída1


Z
= R1 || R2
 ent 2

Z
= RC
 saída1

R || R ≥ 10 ⋅ R
2
C
 1


 R2 ≥ 10 ⋅ RC
2


R2 ≥ 2 ⋅ (10 ⋅ RC )
Determina que a Zent do estágio CC
seja 10 vezes maior que Zsaída do
primeiro estágio
R1 e R2 do estágio CC determinam a
Zent.
Tipicamente Rc é a Zsaída dos préamplificadores.
Idem ao primeiro.
Prof.: Cristian Machado Goularte
4/6
6. Aproximações para R1.
Supondo que R2 já fora calculado, determine o
valor comercial para R1 em cada caso:
6.1. R2 = 22 K
R1 =
6.2. R2 = 15 K
R1 =
6.3. R2 = 12 K
R1 =
6.4. R2 = 8,2 K
R1 =
6.5. R2 = 5,6 K
R1 =
6.6. R2 = 3,9 K
R1 =
7. Impedância de saída (Zsaída).
Como R1 e R2 do estágio CC são
muito parecidos, temos a associação
paralelo dividindo R1 ou R2 por 2.
R2 recebe 10 x Rc, como também é o
valor de R1, temos que multiplicar por
2 para obter o paralelo equivalente.
Na configuração Coletor Comum a impedância
de saída é menor que na configuração emissor comum
por causa do alto ganho de corrente, conforme o
modelo c.a. ilustrado baixo:
É importante observar que o sistema acima
resolve as equações de forma simplificada, pois não
considera que a impedância do transistor irá
sobrecarregar o divisor de tensão em 10%.
O valor exato da Zent do estágio coletor comum
(Zent2) é dada por:
Z ent 2 = R1 || R2 || (10 ⋅ R1 )
Considera que o transistor consome
10% da corrente do divisor
4.2. Conforme visto no exercício 3.6, a tensão sobre R1
é ligeiramente menor que VR2 de forma que:
R1 < R2
5. Regras de projeto para a configuração Coletor
Comum (simplificadas).
R2 = 20 ⋅ Z saída1
R1 < R2
RE ≥
R1
BCC min
A figura acima mostra que R1 e R2 estão em
paralelo. Devido ao ganho de corrente igual ao Bcc
esse paralelo é considerado menor quando analisado
no sentido “saída para entrada”, de forma que:
Z saída = r ′e +
R1 || R2
BCC
8. Em um projeto, o primeiro passo é escolher um
transistor que suporte a potência do amplificador.
Para isso, é necessário conhecer a tensão e a
corrente máxima sobre a carga, servindo estas de
referência na pesquisa em DATA SHEETS e manuais de
transistores, que são facilmente encontrados na
Internet.
Ainda pode-se utilizar um pequeno grupo de
transistores que devido a facilidade de aquisição, é
tomado como referência nos projetos de amplificadores
de áudio, veja a tabela seguinte.
Eletrônica I l – Aula 10
Escola Técnica Estadual Monteiro Lobato - CIMOL .
Prof.: Cristian Machado Goularte
8. Classificação dos transistores.
5/6
9. A partir da tabela do cap. 8, responda:
Série
Referência
IC
hFE
Potência
BC
337, 548, 549
558 559, 637
639 640
> 0,5A
Alto
Baixa
BD
135, 136, 137,
138, 139, 140
>1 A
MédioAlto
BaixoMédia
31, 32
>3A
Médio
Médio
41, 42
>6A
MédioBaixo
MédioAlta
____________________________________________
35, 36
> 25 A
Baixo
Alta
____________________________________________
TIP
9.1. Por que os transistores de alta potência não são
utilizados no estágio pré-amplificador? Quais seriam as
conseqüências?
____________________________________________
____________________________________________
____________________________________________
9.2. Qual seria a conseqüência de utilizar transistores
de baixa potência na etapa de saída?
____________________________________________
É importante observar nos manuais, que o ganho
de corrente é elevado quando o transistor opera em
baixa potência, enquanto que com correntes elevadas
o ganho é muito reduzido.
9.3 Projete um amplificador coletor comum para o
circuito do capítulo 2, seguindo o modelo abaixo:
8.1. Exemplo de leitura do manual do BC 337.
Transistor
Bcc
IC
VCE
BC337-25
160 a 400
800mA
50V
BC337-25
60
300mA
50V
Nesta tabela, o fabricante informa que o
transistor pode ter o ganho bem variado: entre 160 e
400. A corrente máxima de coletor é de 800 mA. Porém
neste extremo o Bcc fica em torno de uma dezena. Por
este motivo alguns projetos de chaveamento à
transistor adota-se o Bcc=10.
Fig.9.1. Modelo de projeto.
Na última linha da tabela 8.1 é informado que
quando o transistor opera em 300 mA, o que já é
considerado elevado para um transistor de baixa
potência, o ganho diminui para 60.
Bcc
Então surgem as dúvidas: Por que o ganho é tão
variado e qual deverá ser utilizado nas regras de
projeto?
R2
R1
RE
Na verdade o transistor já não serve para esta
aplicação, pois na etapa de saída a corrente é mais alta
do que a corrente do pré-amplificador.
Além disso, é aconselhável que o transistor
trabalhe abaixo de 70% da sua potência total, evitando
assim, o sobreaquecimento ou a necessidade de
enormes dissipadores de calor, que encarecem o e
aumentam o tamanho final destes equipamentos.
8.3. Identifique a relação hFE x Potência e escreva a
sua conclusão: ________________________________
____________________________________________
r ’e
Zent
Ai
Av
Zsaída
100
(BC 337)
Eletrônica I l – Aula 10
Escola Técnica Estadual Monteiro Lobato - CIMOL .
Prof.: Cristian Machado Goularte
11. Projete um amplificador coletor comum para o
circuito do capítulo 3.4 da aula anterior e desenhe o
circuito completo no espaço abaixo:
[0,1]
TRABALHO DE AVALIAÇÃO
4
Nome: ___________________________________
(Completo e legível)
Turma: ________
Data:
/
/
.
Uso do professor
Rubrica
Nota
Apresentar em período de aula a solução e o
desenvolvimento das questões abaixo.
Peso: 0,2 pontos.
7
10. Seguindo o método do exercício anterior,
projete um amplificador coletor comum para o circuito
do capítulo 3.3 da aula anterior.
[0,1]
Bcc
R1
R2
RE
r ’e
Zent
Ai
Av
Bcc
R1
R2
RE
r ’e
Zent
Ai
Av
Zsaída
60
(BD135)
6/6
Zsaída
20
(TIP 41)