relatório 3 - amplificador classe ab

7/23/2019 Relatrio 3 - Amplificador Classe AB

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RESUMO

Experimentos clssicos de laboratrio permitem um maior entendimento do contedo

abordado em sala de aula, pois podemos verificar com mais clareza que partir de uma

determinada necessidade, possvel criar projetos que visam atender mesma. l!o muito

prximo da realidade encontrada em todas as aplica"#es na en!en$aria. %esse experimento

estudaremos o circuito amplificador de pot&ncia que tem !rande utilidade para a eletr'nica.

%este relatrio abordaremos o amplificador classe ( e a influ&ncia da realimenta")o

ne!ativa, analisaremos seu funcionamento visando um mel$or entendimento deste tipo de

amplificador.

PALAVRAS-CHAVE:mplificador de pot&ncia. *lasse (. +ealimenta")o ne!ativa.


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1 INTRODUO

oi realizado um experimento clssico envolvendo um amplificador de pot&ncia a partir

de transistores de jun")o bipolar -(/0, com atividades que contemplam a monta!em e

medi")o das !randezas de interesse. 1 objetivo evidenciar o funcionamento do amplificador

classe ( com realimenta")o ne!ativa, dessa forma nos dando a c$ance de con$ecer na

prtica as suas caractersticas. lm desse experimento, foi realizada a simula")o de um

se!undo projeto que tambm contempla a etapa de verifica")o das !randezas de interesse.


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2 CONCEITOS BSICOS

2.1 Classes de oe!a"#o

1s amplificadores de pot&ncia funcionam principalmente para fornecer ener!ia

suficiente para acionar o dispositivo de sada. Estes circuitos amplificadores ir)o lidar com

!randes sinais de tens)o e altos nveis de corrente. Existem diferentes modos para descrever

os amplificadores, como, por exemplo, por sua classe de opera")o,dos mtodos utilizados

classific2los pelas classes de opera")o, as quais indicam, basicamente, a

quantidade que o sinal de sada varia, sobre um ciclo de opera")o, para um ciclo

completo do sinal de entrada. 3ara entendermos o funcionamento do amplificador classe(, utilizado no desenvolvimento do experimento, temos que compreender o funcionamento

das classes e (.

Classe A:%essa confi!ura")o encontramos um rendimento baixo -aproximadamente

4560, j que, quando polarizado corretamente, esse transistor ir operar o tempo todo em

re!i)o ativa. Esse fato faz com que essa confi!ura")o seja mais usada para pequenos sinais.

Classe B:%esse tipo de confi!ura")o, a corrente no coletor circula por apenas metade do

ciclo. 7eu rendimento mximo terico de 89,56. 3ara evitarmos a distor")o resultante,

podemos usar dois transistores num arranjo simtrico, con$ecido tambm como pus$2pull. 1

amplificador classe ( ocupa a maioria dos est!ios de sada de pot&ncia dos sistemas de

udio.

2.2 A$l%&%'ado! Classe B

3ara entendermos o funcionamento de um *lasse (, que a nossa confi!ura")o de

interesse, necessrio discutir como um amplificador de *lasse ( pode ser ajustado de forma

a alcan"armos uma opera")o satisfatria, de onde sur!ir a *lasse intermediria (.


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2.2.1 A$l%&%'ado! Cole(o! Co$)$

1 amplificador na confi!ura")o coletor comum tambm c$amado de se!uidor de

emissor. 1 circuito apresenta baixa distor")o linear, pois seu !an$o de tens)o praticamente

unitrio. :ma das fun"#es deste tipo de amplificador transferir o sinal de tens)o para uma

car!a li!ada na sada, todavia, injetando uma maior corrente.

i!ura ; < *onfi!ura")o se!uidor de emissor com polariza")o por divisor de tens)o

onte= -(1>?E7@A %7BE?7C>, 4DD0

partir do circuito * equivalente do se!uidor de emissor, conforme a i!ura 4, o

!an$o de tens)o e as impedFncias de entrada e sada s)o obtidas das equa"#es -;0, -40, e -G0,

respectivamente -H?IJ%1A (E7, 4DD80.

i!ura 4 < *ircuitos equivalentes * do se!uidor de emissor tanto para o -a0 modelo

quanto para o -b0 modelo K


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2.2.2 D%s(o!"#o de C!)*a$e+(o ,crossover

1 circuito caracterstico da classe ( est demonstrado na abaixo=

i!ura G < mplificador classe (

onte= -(1>?E7@A %7BE?7C>, 4DD0


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nalisando o circuito acima, fica claro a presen"a de dois transistores de diferentes

confi!ura"#es, um npn e outropnp.1bservando a senide de entrada e as fontes simtricas continuas notamos que o

primeiro transistor conduzir no semi2ciclo positivo enquanto o se!undo conduzir no semi2

ciclo ne!ativo=

i!ura < *ircuito classe (

onte= -(1>?E7@A %7BE?7C>, 4DD0

1nde I1 representa a corrente que sai do transistor npnquando a fonte senoidal est

em seu semi2ciclo positivo. nalo!amente, I2 representa a corrente que entra no transistor

pnp.

1 fato de I1 estar sendo LempurradoM-push0 do transistor em dire")o car!a e de

I2 estar sendo LpuxadoM-pull0 da car!a nomeia a confi!ura")o de 3us$23ull.

3or estarmos usando transistores n)o devemos esquecer que ambos possuem uma tens)o

inicial necessria para conduzirem -Ibe0, que tem ma!nitude por volta de D,8 I. @essa forma,

podemos concluir que a senide de entrada quando em uma ma!nitude D,8 a D,N I cortar o

transistor, que n)o conduzir. Esse efeito de corte no circuito causa um efeito na saida

c$amado de @istor")o de Crossover, a qual representada na fi!ura abaixo=

i!ura 52 @istor")o no sinal de sada de um amplificador classe (


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onte= -(1>?E7@A %7BE?7C>, 4DD0

Has quando usamos tens#es relativamente altas com rela")o a essa faixa corte, notamos

que esse efeito fica minimizado, prximo de imperceptvel, j que a tens)o de corte muito

menor que a tens)o de pico da senide, o que causa a diminui")o da percep")o desse efeito.

2.2. Esel/o de 'o!!e+(e

*lasse intermediria ( sur!e a partir de uma polariza")o que faz com que cada

transistor conduza um pouco mais que um semiciclo. Jsso feito para contornar o efeito de

crossover.

i!ura N < Espel$o de corrente

nalisando o circuito podemos facilmente observar que a corrente que passa pelo

resistor + ter valor de=

IR=

VccVD

R


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E podemos definir que IC O IR , j que VD ser aproximadamente i!ual a

VBE . ssim, a corrente n)o muda, dependendo de Icc, pois definir a corrente no primeiro

ramo -resistor e diodo0.

3orm esta confi!ura")o fica sujeita a ficar desre!ulada com a varia")o de temperatura.

3ois ao aumentarmos a temperatura, a corrente que passa pelo diodo ir aumentar, j que pela

curva do diodo pela temperatura nos d a certeza de que VD ir diminuir. Jsso far com

que VD deixe de ser o mesmo que VBE , prejudicando completamente o espel$amento

da corrente.


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2. A$l%&%'ado! Classe AB

%a classe ( da mesma forma que o nome indica, iremos fazer do uso da classe em

uni)o a classe (, com a finalidade de aproveitar as vanta!ens de ambas as partes.

*omo j explicado a classe possui um baixo rendimento, mas timo para

polariza")o de pequenos sinais.

Iemos ent)o que a polariza")o desta confi!ura")o caracterstica da classe .

i!ura 8 < mplificador classe ( com polariza")o por divisor de tens)o

Iemos tambm que cada transistor possui como tens)o entre o coletor e o emissor o

valor de metade de Icc. E como visto anteriormente na confi!ura")opush-pull, sabemos que

ambos atuam em semiciclos distintos, ou seja, atuam complementarmente, o que resulta numa

mesma tens)o aplicada car!a, que por sua vez nos d a corrente de satura")o no coletor,

sendo este=

I csat=Vcc /2

RL

-0


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Iimos em aula que Halvino e (ates-4DD80 nos recomendam que a corrente no

divisor de tens)o - Ibias 0 deve estar entre ;6 e 56 da corrente de satura")o descrita acima.

3ara este projeto usamos do valor entre esses extremos, G6.

7upondo que os diodos t&m as mesmas caractersticas dos diodos de emissor dos

transistores nos lava a conclus)o de que a corrente de coletor quiescente - ICQ 0 ter o

mesmo valor de Ibias . 3odemos ent)o formular=

Ibias=Vcc2.Vbe

2.R

-50

DESENVOLVI0ENTO

1 desenvolvimento dividido em duas etapas= um projeto em laboratrio e outro

simulado no 3roteus.


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.1. 0a(e!%a%s e %+s(!)$e+(os

2 ; ransistor (* 59 -P O ;5DA vide data s$eet0

2 ; ransistor (* 559 -P O ;5DA vide data s$eet0

2 3otenci'metro de 4,4 QR

2 ; resistor de ;DD R S T U

2 4 *apacitores eletrolticos de ;D V 2 1sciloscpio

2 4 diodos ;%;9 2 Werador de sinais

2 +esistores -calculados no projeto0 2 Hultmetro

.2 P!oos(a

3rop#e2se projetar um amplificador classe ( para acionar uma car!a de ;DD R, cuja

alimenta")o feita em ;4 Icc.

. P!oe(o

..1 Pola!%*a"#o do a$l%&%'ado! 'lasse AB

corrente de satura")o no coletor -J*Xsat0 dada pela equa")o -0. ssim, a corrente

de satura")o no coletor do projeto desenvolvido ser=

ICsat=12/2

100

ICsat=60mA

corrente no divisor de tens)o dada pela equa")o -50 e para este projeto, Ibias

ser=

Ibias=0,03 ICsat=1,8mA

E a equa")o -50 tambm permite calcular o valor dos resistores que ir)o compor o

divisor de tens)o.

R

=

12(2 0,7)

2 0,3 0,06

R=2,94 k


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R=3 k(valor comercial)

..2 a+/o de (e+s#o

1 !an$o de tens)o dado pela equa")o -N0 a qual foi obtida a partir da anlise da

i!ura 9.

i!ura 9 < *ircuito equivalente * da parte correspondente ao transistor %3% do

amplificador classe (

ssumindo o valor de IE aproximadamente i!ual ao valor de IC no trasistor

%3%, estima2se o valor de reY que muito pequeno com rela")o ao valor da car!a, de forma

que o !an$o do circuito fica aproximadamente i!ual a um.

.. E&%'%3+'%a

efici&ncia obtida da raz)o entre a pot&ncia entre!ue car!a RL e a pot&ncia

solicitada pelo circuito para o seu funcionamento -H?IJ%1A (E7, 4DD80. 1 clculo

inicia2se com o valor da corrente de satura")o no coletor ICsat atravs da equa")o -80.

IAV=ICsat

-80

IAV=0,06

=19,09mA


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corrente eltrica total solicitada pelo circuito do amplificador calculada pela

equa")o -90.

ICC=I

bias+I

AV=1,8mA+19,09mA=20,89mA -90

pot&ncia que o amplificador necessita para sua opera")o calculada pela equa")o

dada abaixo.

PCC=I

CC. V

CC

-Z0

PCC=20,89mA.12=0,25W

*onsiderando uma tens)o Ipp O 4 I, a pot&ncia entre!ue a car!a calculada pela

equa")o -;D0.

Pout=VPP

2

8.RL-;D0

Pout= 22

8.100=5mW

inalmente, a efici&ncia calculada pela equa")o -;;0 abaixo.

=P

out

PCC -;;0

=0,005

0,25=2

..4 Es'ol/a do (!a+s%s(o!


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3ara escol$a do transistor, deve2se comparar a corrente JcXsat obtida na equa")o -G0 e a

pot&ncia do transistor 3@Xtransistor calculada pela equa")o -;40 com os valores JcXmx e

3mx contidos no datas$eet.

PD transistor= VCC

2

40.RL -;40

PD transistor= 12

2

40.100=36mW

.4 Dese+/o &%+al do '%!')%(o

i!ura Z ilustra o aspecto final do esquema eltrico do amplificador (. anlise dosparFmetros envolvidos ser discutida posteriormente no tpico dos resultados.

i!ura Z < Esquemtico eltrico do amplificador classe (


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4 RESULTADOS

4.1 La5o!a(6!%o

1 primeiro passo para a realiza")o da anlise dos parFmetros de interesse foi a

aplica")o de um sinal de ;I de pico e ; QBz na entrada do circuito da i!ura Z, porm sem a

car!a RL . :tilizou2se um osciloscpio para determinar a tens)o na sada do mesmo e em

se!uida foi calculado o !an$o de tens)o que se aproximou consideravelmente do valor

esperado.

Voutpp=1,9V

Av=VoutppV

pp

=1,9

2=0,95

Em se!uida, medimos experimentalmente a impedFncia de entrada do circuito

inserindo um potenci'metro de 4,4 QR entre a fonte do sinal e a entrada do circuito. 1

potenci'metro, em se!uida, foi ajustado de forma que a tens)o antes do capacitor C1 fosse

i!ual metade da tens)o de entrada, ou seja, condi")o de mxima transfer&ncia de pot&ncia.

3or fim, para determinar a impedFncia de entrada, o potenci'metro foi retirado do circuito e

sua resist&ncia foi medida com um o$mmetro, esse valor corresponde impedFncia de

entrada do circuito.

medi")o da impedFncia de sada foi feita de maneira anlo!a medi")o da

impedFncia de entrada. ?i!ou2se o potenci'metro na sada do amplificador e ajustou2se para


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que aparecesse uma tens)o que fosse a metade da tens)o de sada do circuito em aberto, ou

seja, metade de ;,ZI. 1 valor da resist&ncia do potenci'metro foi medido e esse valor

corresponde impedFncia de sada do circuito.

i!ura ;D ilustra os dois procedimentos realizados para determinar as impedFncias de

entrada e sada.


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i!ura ;D < Esquema eltrico para a avalia")o do amplificador classe (

=1,8k

out=70

lm do !an$o e das impedFncias de entrada e sada, tambm foi analisada a resposta

em frequ&ncia do circuito.

*om o uso de um osciloscpio para medir a tens)o de sada do circuito, a frequ&ncia

da tens)o de entrada foi sendo diminuda !radativamente, at que o sinal de sada valesse

aproximadamente 8D6 o !an$o de ;, que o esperado para frequ&ncias mdias. 1 valor

alcan"ado e que corresponde frequ&ncia de corte inferior, foi de

1 valor da frequ&ncia de corte superior foi obtido de forma anlo!a, s que desta vez,

aumentado !radativamente a frequ&ncia da tens)o de entrada.

4.2 S%$)la"#o

3ara a simula")o foi utilizado o circuito anteriormente desenvolvido, inserindo um

acionador emissor2comum com realimenta")o ne!ativa.

:m sinal de ;DmI de pico e ;DQBz foram aplicados na entrada e, em se!uida,

verificou2se o !an$o e mediu2se as impedFncias de entrada e sada. *alculamos tambm a

resist&ncia de alimenta")o=

IB=IC

!=

Ibias

! =

1,8.103

150=12"A


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VAB=R2 . IB+VBE#6=12.106. R2+0,7

R2442k

R2(valorcomercial )=470k

i!ura ;; a se!uir mostra o circuito final.

i!ura ;; < Esquemtico eltrico do circuito simulado

1 !an$o de tens)o do circuito, visto na i!ura ;;, equivale a aproximadamente ;DD,

como possvel observar pela anlise da ima!em do osciloscpio abaixo, onde o canal representa a tens)o de entrada e o canal ( a tens)o de sada.


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i!ura ;4 < 7imula")o para tens#es de entrada e sada.


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i!ura ;G < 7imula")o para o @ia!rama de (ode

nalo!amente ao mtodo utilizado m laboratrio, foram medidas s impedFncias de

entrada e sada do circuito.

= ;, R

out O ;N R


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3or fim, a resposta em frequ&ncia do circuito foi medida, utilizando uma ferramenta do

soft[are que fornece os valores de frequ&ncia de corte inferior e superior diretamente.

$ci O;D

$cs OG,5


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7 CONSIDERA8ES 9INAIS

realiza")o do experimento permitiu uma aproxima")o real aplica")o de circuitos

amplificadores. travs da anlise dos parFmetros de interesse observamos que para

determinada necessidade de projeto, possvel manipular tais parFmetros de forma a

obtermos o resultado esperado.

*ertos circuitos anal!icos s)o sensveis a qualquer varia")o de temperatura ou rudos,

e determinadas tcnicas podem ser utilizadas visando aumentar a estabilidade do circuito,

conforme foi feio na realimenta")o ne!ativa.

@e forma !eral, as experi&ncias foram de !rande importFncia na intera")o entre a

disciplina terica e o laboratrio.


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RE9ER;NCIAS

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relatório 3 - amplificador classe ab

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