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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
(1>?E7@, +. ?.A %7BE?7C>, ?. D%sos%(%
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