Amplificador de potência classe B

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ELETRÔNICA GERAL
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Amplificadores de potência classe B
Introdução
O amplificador de potência classe A, apresenta a melhor linearidade, mas tem o pior rendimento. Isso se
deve ao fato de que o transistor de saída esta sempre em condução, pois exige uma corrente de
polarização constante.
A operação classe B
Na operação classe B o ponto quiescente é colocado na região de corte do componente amplificador.
Nessa condição, um semiciclo do sinal é completamente removido da saída.
Quando a transistor estiver operando em corte a corrente será nula, portanto dissipará menos potência e
sua eficiência será maior que a operação classe A. Entretanto, a remoção de um semiciclo na saída
representa uma severa distorção que precisa ser compensada.
O arranjo “push-pull”
No arranjo push-pull, cada dispositivo amplifica metade do ciclo de entrada, entregando um ciclo total a
carga. Veja ilustração:
Distorção por “crossover”
Na prática o ponto quiescente dos transistores não estará no ponto de corte. Isso devido a queda de
tensão de 0,7V o que causa uma distorção na passagem de um transistor para outro. Essa distorção é
chamada de “crossover”.
O amplificador classe B
Amplificador de potência classe B – Autor: Clodoaldo Silva - Versão : 10Set2005
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O circuito ao lado é um típico
push-pull polarizado com dois
diodos,
que
devem
ser
compatíveis com as curvas de
base
dos
transistores
e
instalados
próximos
aos
dissipadores de calor.
Os transistores devem ser
complementares, isto é, curvas
de
base
e
especificações
máximas semelhantes.
O espelho de corrente
O conceito de espelho de corrente consiste em resistor limitador de
corrente e um diodo paralelo com o diodo emissor do transistor. Como
a corrente de base é muito pequena a corrente do resistor e o diodo
polarizador são praticamente iguais. Se as curvas do diodo forem iguais
às curvas de VBE a corrente do diodo será igual a corrente do coletor.
A grande dificuldade em projetar um circuito push-pull é casar
as características do diodo polarizador com a característica de
base - emissor do transistor.
A deriva térmico
A ausência de resistores de
polarização de emissor e de
coletor no transistor representa
um perigo que chamamos de
deriva térmico, isso porque é
praticamente um curto circuito,
o que faz com que a corrente de
saturação seja teoricamente
infinita.
Se as características de base
emissor do transistor não forem
idênticas as do diodo polarizador
o transistor será, sem sombra de
dúvidas, destruído.
Uma técnica comum para limitar a corrente DC do emissor é conectar dois resistores iguais de potência,
de baixo valor em série com o emissor do transistores. Os resistores deverão ser dimensionados de acordo
com a capacidade de corrente da fonte.
Projetando um amplificador classe B
O projetista deverá escolher os resistores para colocar o ponto quiescente na região de corte, ou seja
onde IC é teoricamente “zero”. Na prática o ponto Q deve ser colocado um pouco acima da região de
corte, isso porque, eles somente conduzem após romper a barreira imposta por VBE.
A corrente quiescente do coletor pode ser determinada pela seguinte equação:
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Para nosso projeto vamos fixar a corrente de polarização em 10 mA. Nossa fonte experimental será de 15
V.
10 mA = ( 15V – 2.0,7V ) ÷ ( RB1 + RB2 )
10mA = ( 15V – 1.4V ) ÷ ( RB1 + RB2 )
RB1 + RB2 = 13,6V ÷ 10mA
RB1 + RB2 = 1360Ω
Devido a simetria exigida pelo circuito, teremos 680 Ω em cada um dos resistores.
A reta de carga AC /DC e o ponto quiescente
Encontrando ICq
Como o transistor está operando na região de corte, idealmente teremos :
ICq = 0
Encontrando VCEq
A tensão da fonte será dividida igualmente sobre os dois transistores, assim :
VCEq = VCC ÷ 2
VCEq = 15 V ÷ 2
VCEq = 7,5 V
Encontrando Icsat DC
Como não há resistores de emissor e coletor, a resistência entre a fonte DC e a referência (terra) tende a
“zero” então, teremos, teoricamente uma corrente infinita, pois:
Icsat DC = VCC ÷ R , como : R → 0
Icsat DC = ∞
Encontrando VCE corte DC
Como o ponto quiescente esta na região de corte então:
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VCE corte DC = VCEq = VCC ÷ 2
VCE corte DC = VCC ÷ 2
VCE corte DC = 15 V ÷ 2
VCE corte DC = 7,5 V
Encontrando Icsat AC
A linha de carda Ac do seguidor de emissor é dada por:
Icsat AC = VCC ÷ 2.RL
Icsat AC = 15 ÷ 2.8
Icsat AC = 0,9375 A
Encontrando VCE corte AC
VCE corte AC = VCC ÷ 2
VCE corte AC = 15 V ÷ 2
VCE corte AC = 7,5 V
Traçando a reta de carga AC/DC
Encontrando a tensão de pico a pico da saída
A compliance PP ou tensão de pico a pico da saída será de aproximadamente o valor da fonte. Isso porque
cada transistor conduzirá metade do sinal sendo um semiciclo positivo e outro idêntico porém negativo.
VPP = VCC
VPP = 15 V
Encontrando a potência máxima de saída
Agora que temos o valor de pico a pico máximo, podemos calcular a potência máxima.
PL máxima = VPP² ÷ 8 .RL ( veja dedução no amplificador classe A )
PL máxima = 15V² ÷ 8 .8Ω
PL máxima = 15V² ÷ 8 .8Ω
PL máxima = 3,52 W
Encontrando a potência fornecida pela fonte
PL fornecida = VCC . 0,318 . Icsat
PL fornecida = 15V . 0,318 . 0,9375 A
PL fornecida = 4,47W
O rendimento do amplificador classe B
Uma vez que temos a potência de entrada e a potência de saída podemos calcular o rendimento.
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η = ( PS ÷ PE )
η = ( 3,52 W ÷ 4,47W ). 100
η = 78,74 %
Encontrando a potência máxima dissipada no transistor
Devemos ficar atentos a potencia dissipada nos transistores que deverão ser instalados em dissipadores de
calor.
PL dissipada = VPP² ÷ 40.RL
PL dissipada = 15² ÷ 40.8Ω
PL dissipada = 703 mW
Nota : A potência especificada para o transistor deve ser maior que VPP² ÷ 40.RL
O ganho do amplificador classe B
No amplificador classe B o ganho é teoricamente 1, e o ganho de tensão com carga pode ser calculado por
:
A = RL ÷ RL + r’e
Onde :
r’e = 25,7mV ÷ Icq
r’e = 25,7mV ÷ 10mA
r’e = 2,57Ω
assim, o ganho será :
A = RL ÷ RL + r’e
A = 8Ω ÷ 8Ω + 2,57Ω
A = 0,756
Simulação usando o Electronics workbench
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O sinal de saída
Nos momentos de crise, só a inspiração é mais importante que o conhecimento.
(Albert Einstein)
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Referências Bibliográficas
Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill , 1987.
Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro:
Prentice-Hall, 1994.
Marcus, O. Circuitos com diodos e Transistores. São Paulo: Érica, 2000
Lalond, D.E. e Ross, J.A. Princípios de dispositivos e circuitos eletrônicos. São Paulo: Makron Books,
1999.
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