Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais
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Amplificadores de Potência ou Amplificadores de Grandes Sinais PowerPoint PPT Presentation


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Universidade Federal da Bahia Escola Politécnica Departamento de Engenharia Elétrica. UFBA. Amplificadores de Potência ou Amplificadores de Grandes Sinais. Amauri Oliveira Fevereiro de 2011. Fonte de sinal. Fonte de alimentação. Estágio Final. Estágio Inicial. Estágio Intermediário.

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Amplificadores de Potência ou Amplificadores de Grandes Sinais

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Presentation Transcript


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Universidade Federal da Bahia

Escola Politécnica

Departamento de Engenharia Elétrica

UFBA

Amplificadores de PotênciaouAmplificadores de Grandes Sinais

Amauri Oliveira

Fevereiro de 2011


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Fonte de sinal

Fonte de alimentação

Estágio Final

Estágio Inicial

Estágio Intermediário

Carga

“GND”

Amplificador

Características:

  • Estágio final de amplificação;

  • Amplificação de grandes sinais;

  • Transferência de potência para a carga;

  • Impedância de saída e ganho depende da carga.


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Itens de Interesse - motivo:

  • Classes de operação de amplificadores – tem relação com amplificação de grandes sinais e rendimento nos circuitos;

  • Rendimento nos amplificadores e modelo térmico dos transistores – Tem relação com transferência de potência para a carga, perda de potência e aquecimento dos transistores;

  • Exemplos e projeto de amplificadores de potência – modelos de circuito considerando amplificação, polarização e aquecimento de dispositivos.


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Classes de operação

As classes de operação de um amplificador de um estágio tem relação com a característica do sinal de saída em função da sua excursão e do ponto de polarização do dispositivo amplificador.

Como será visto adiante, o rendimento em amplificadores também tem relação com a classe de operação. As classes de operação (ou de amplificadores) são definidas como:

Para definir as classes de operação podemos usar o amplificador emissor comum

Classe A;

Classe B;

Classe AB;

Classe C;

Classe D.


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

A

AB

C

B

Classes de operação e ponto de operação

Classe A : V1=0,640;

Classe B: V1 =0,55;

Classe AB: V1=0,6;

Classe C: V1=0,5;

Classe D !.


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

VCC

12V

R1

2.2kO

A

V2

Q1

27 mVpk

BC547A

V1

1kHz

0,64 V

Classes de operação e excursão do sinal

Classe A :

- V1=0,640, Ic=3mA;

- Saída com excursão de 360°


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

VCC

12V

R1

2.2kO

V2

Q1

102 mVpk

BC547A

V1

1kHz

0,55 V

Classes de operação e excursão do sinal

B

  • Classe B:

  • V1 =0,55 e Ic=0;

  • Saída com excursão de 180°


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

VCC

12V

R1

2.2kO

V2

Q1

67 mVpk

BC547A

V1

1kHz

0,6 V

AB

Classes de operação e excursão do sinal

  • Classe AB:

  • V1=0,6V, Ic=0,92mA;

  • 180°<excursão<360°


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

VCC

12V

R1

2.2kO

V2

Q1

165 mVpk

BC547A

V1

1kHz

0,5 V

C

Classes de operação e excursão do sinal

  • Classe C:

  • V1=0,5V, Ic=0;

  • Excursão do sinal < 180°

  • Aplicação em circuitos de comunicação !


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Estágio Final

Rendimento nos amplificadores de potência

Fonte de alimentação

Pi

Po

Carga

Perdas por aquecimento de componentes

Pi – Potência média fornecida pela fonte;

Po – Potência média de sinal na carga.

Rendimento


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Rendimento nos amplificadores de potência

Amplificador Classe A com Alimentação Série

VCC

RL

vo

Q1

Vo(p-p)MAX = VCC e Io(p-p)MAX = 2IQ

Como reduzir perdas e aumentar o rendimento ?


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Rendimento nos amplificadores de potência

Amplificador Classe A com Transformador

Vo(p-p)MAX = 2VCC e Io(p-p)MAX = 2IQ

Como reduzir perdas e aumentar o rendimento ?


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Rendimento nos amplificadores de potência

Amplificador “Push-Pull” com par complementar

Par complementar

Para Q1 e Q2 polarizados em

classe B


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Rendimento nos amplificadores de potência

Amplificador “Push-Pull” com par complementar

VopMAX = VCC


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Rendimento, potência nos transistores e na carga

Amplificador “Push-Pull” com par complementar

Nesta Condição:


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Rendimento, potência nos transistores e na carga

Amplificador “Push-Pull” com par complementar

Exemplo:

RL = 8W e PoMAX=16W

Determinar: VCC e PtMAX


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Modelo térmico dos transistores

Os transistores do estágio de potência estão submetidos a níveis apreciáveis de potência elétrica que pode ser transformada em calor (aquecimento dos transistores).

Para determinar este aquecimento é necessário conhecer o modelo térmico dos transistores (dados térmicos).

Exemplo: BD135 (BD139-16.pdf)

Aplicar a exemplo anterior, e verificar se um BD135 pode ser utilizado.


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Modelo térmico dos transistores

Representação da primeira lei da termodinâmica (conservação de energia)

Energia recebida = energia dissipada + energia acumulada

Exemplo: Potência (energia por unidade de tempo) em um resistor aquecido por efeito Joule.


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Modelo térmico dos transistores

Sistema elétrico análogo ao sistema térmico

Sistemas análogos – sistemas com equações análogas

Equação do sistema térmico análoga

Grandezas Análogas:

Representação do sistema térmico do resistor usando analogia com o sistema elétrico


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Modelo térmico dos transistores

Equações térmicas para um transistor

Representação usando analogia com sistema elétrico

ou

Modelo Térmico

Simplificação na condição de regime !


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Modelo térmico dos transistores

Condição de regime térmico e utilização de dissipador

dissipador

A utilização de um dissipador acoplado ao transistor, melhora a condutância térmica entre o transistor e o ambiente (reduz Rth mb-a). Com isto, para mesmos valores de Tj e Ta o transistor pode ser usado com um Pe maior, e passar mais potência para a carga.

Rth mb-a também pode ser diminuída utilizando uma ventoinha.


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Modelo térmico dos transistores

Condição de regime térmico e utilização de dissipador

Dados de dissipadores, exemplo: SERIE LPD (LPD.pdf)

Continuar exemplo com BD135


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Polarização de Circuitos Classe B e Classe AB

Polarização com diodos

Polarização com multiplicador VBE

Porque usar fonte de corrente ?

Porque usar circuito classe AB ?


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Polarização de Circuitos Classe B e Classe AB

Distorção de cruzamento (crossover) em amplificadores “push-pull”

Origem – tensão VB12 de polarização

insuficiente

Característica

de

Transferência


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Polarização de Circuitos Classe B e Classe AB

Distorção de cruzamento (crossover) em amplificadores “push-pull”

Distorção de 3ª harmônica !

Exemplo:


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Exemplo de estágio de potência e “driver”

Exemplo

“driver”


Amplificadores de pot ncia ou amplificadores de grandes sinais

Exemplos de amplificadores de potência

Amplificador de potência com componentes discretos (AN-1490)

Amplificador de potência em CI (TDA1521A_CNV_2)


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