8 amplificadoresdepotencia 090811163653 phpapp02
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Aplificadores operacionaisTRANSCRIPT
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Amplificadores de Potência
Prof. Douglas Bressan RiffelProf. Douglas Bressan Riffel
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Amplificadores de PotenciaIdéia fundamental:Idéia fundamental: Amplificar sinais até níveis suficientes com um bom rendimento energético. g
PCC η = PRF/PCCRg
η PRF/PCC
PAmplificador
+PRFPe
RF
de potencia de RF RL
VCC
PPperd
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“Classes” de um amplificador de Potência
RAmplificador de potencia de RF
Rg
+iC
potencia de RF+
RL
QQ1
iC iC iC
π 2π0t
π 2π0t
π 2π0t
Classe A: Classe B: Classe C:Classe A:condução durante 2π
Classe B:condução durante π
Classe C:condução < π
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R“Classes” de um amplificador de Potência
Amplificador de potencia de RF
Rg
+iC
potencia de RF+
+ RL+
-vCE
iC
Q1-
• Clase D: Q1 trabalha em comutaçãot
vCE
• Clase E: Q1 trabalha em comutação a tensão zero
t
tControl
ATE-UO EC amp pot 03
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Tipos de amplificadores de potência de RF
Rg
Amplificador de potencia
+
V vg+
vpde RF RL
VCC-vs
Amplificadores lineares: a forma de onda da tensão de saída vs é proporcional a da entrada vg.p p g
Amplificadores não lineares: a forma de onda da tensão de saída vs não é proporcional a de entrada vg. Caso especialmente ginteressante: tensão de saída vs proporcional a VCC.
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Amplificador “Classe A” com a carga em um circuito de polarização (I)p ç ( )
Circuito básico
iCRLPolarização
RL
VCC
Rg
CC
+g
+ Q1-
vCE
1
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iAmplificador “Classe A” com a carga
em um circuito de polarização (II)iCRL
V iV /RElegemos um
ponto de trabalho
p ç ( )
VCC
+
iCVCC/RLponto de trabalho
Q -vCE IB
Q1vCEt
iC1
VCC
tPRF = ic1
2·RL/2 PCC = ic1·VCCt
vCE1η = PRF/PCC = ic1·RL/(2·VCC)
Logo η cresce com iC1. Entretanto, o crescimento de iC1 tem um limite
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iCRAmplificador “Classe A” com a carga
em um circuito de polarização (III)CRL
VCCiCVCC/RL
Máximo valor de iC1
em um circuito de polarização (III)
CC
+CC L
Q1-
vCE IBiC1 = VCC/2RL1
vCE
VCC
t
VCC
ηmax = ic1·RL/(2·VCC) com iC1 = VCC/2RL tηmax ic1 RL/(2 VCC) com iC1 VCC/2RL
Por tanto: ηmax = 1/4 = 25%vCE1 = VCC/2t
25% é um rendimento máximo muito baixo!
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Amplificador “Classe A” com polarização por fonte de corrente (I)p ( )
Circuito básico
Polarização ICVCC
Rg
CC
++ -
g
+ Q1RL-
vCE
1
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Amplificador “Classe A” com polarização por fonte de corrente (II)
Realização física de uma fonte de corrente
++
p ( )
ICVCC
IVCC
++
iC+ -
IC
i+ ---
RL+
iC iLRL+
iC iL
Q1-
vCE
Q1
L
-vCE
Q1 Q1
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Amplificador “Classe A” com polarização por fonte de corrente (III)
Escolha do ponto de trabalho para um valor de IC
p ( )
ICVCC
+ iCVCC/RL
Reta de
i+ --
IB
Reta de carga
contínua
RL+
iC iLvCE
Q
L
-vCE VCC
Reta de carga com umainclinação de 1/RQ1 inclinação de 1/RL
Esta é a reta de carga com maiores níveis de tensão ecorrente, compatível com uma tensão positiva na fontede corrente
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Amplificador “Classe A” com polarização por fonte de corrente (IV)
VCC/RLiC
+
p ( )
I
Recta de carga en continua
Recta de carga en alterna
ICVCC
+
v
tIC
IB
viC i
+ --vCE1
tVCC
vCE
RL+
iC iL
tvCE1Q1
-vCE
PRF = Ic2·RL/2 PCC = Ic·VCC η = Ic·RL/(2·VCC)Q1
Logo, η cresce com IC e tem o limite em IC = VCC/2RL.
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Amplificador “Classe A” com polarização por fonte de corrente (V)
VCC/RLiC
p ( )
ICVCC
+IC
VCC
+IC
VCCICVCCICVCC
++IC IB
Reta de carga alternada
C
iC iL
+ --vCE1
C
iC iL
+ --C
iC iL
+ -
C
iC iL
C
iC iL
+ ---vCE1
tv
Reta de carga contínua
RL+vCE
L
RL+vCE
L
RL+vCE
L
RL+vCE
L
RL+vCE
++vCE
L
VCC
vCE
tvCE1
Q1-Q1-Q1-Q1-Q1---
PRF = Ic2·RL/2 PCC = Ic·VCC η = Ic·RL/(2·VCC)
Com IC = VCC/2RL, ηmax = 1/4 = 25%.O que permanece muito baixo.
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Amplificador “Classe A” com polarização por resistência no coletor (I)p ( )
Circuito básico
RPolarização
RC
VCC+ -iC
Rg
CC
+iC
iLg
+ Q1-
vCE RL
1
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Amplificador “Classe A” com polarização por resistência no coletor (II)
iCVCC/RLR
p ( )
IBi
Ponto de trabalho
RC
VCC+ -iC
vReta de carga
iC1
+v
CiL
VCC
vCEcarga
CCvCE1Q1
-vCE RL
Reta de carga CA com umainclinação -(RC+RL)/(RL·RC)
Q l l d R bt di i t á i ?Qual valor de RC para se obter o rendimiento máximo?Quanto vale o rendimiento máximo?A condição de rendimiento máximo é quando R = √2 R eA condição de rendimiento máximo é quando RC = √2·RL eηmax = 1/(6 + 4· √2) = 8,57%.
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Resumo dos amplificadores “Classe A” (até agora)
RC
V
RC
V
RC
VIC
VCC
+IC
VCCICVCCICVCC
++iCRLiCRL
VCC
+v R
+ -iCiL
VCC
+v R
+ -iCiL
VCC
+v R
+ -
R
+ -iCiLiC iL
+ --iC iL
+ -iC iLiC iL
+ ---VCC
+
VCC
+
Q1-
vCE RLQ1
-vCE RL
Q1-
vCE RLRL
η = 8 57%Q
RL+
-vCE
Q
RL+
-vCE
Q
RL+
-vCE
Q
RL+
-vCE
+
-
+
-vCEQ1
-vCE
Q1-
vCE
ηmax = 25%
T d t
ηmax = 8,57%Q1Q1Q1Q1 ηmax = 25%ηmax
• Toda a componente•A componente alternada de i circula pela carga e• Toda a componente
alternada de iC circula pela carga.• Entretanto a fonte
• Toda a componente alternada de iC circula pela carga.• Entretanto, a fonte de
de iC circula pela carga e pela resistência de polarização.• A resistência de• Entretanto, a fonte
enxerga uma carga contínua.
Entretanto, a fonte de corrente se dissipa continuamente.
A resistência de polarização dissipa-se continuamente.
ÉÉ possível encontrar um elemento de polarização que não dissipe nem alternada nem contínua?
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (I)p ( )
Circuito básico
LCHPolarização
VCC+ -iC
Rg+
vCE R
iRL
+ Q1-
CE RL
O indutor LCH deve possuir uma impedância CH p pmuito maior que RL na freqüência de trabalho
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (II)
Circuito equivalente básico
p ( )
LC LCH RLLCH
VCC+ -iC
LCH
VCC
RL
iC
+iC
iRL +v
C
iRL
Q1-
vCE RLQ1
-vCE
Em ambos os casos:Toda a componente alternada de i circ la pela carga• Toda a componente alternada de iC circula pela carga.
• No indutor, obviamente, não se dissipa potência ativa.
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (III)
Outra possibilidade, mas com um grau de liberdade a maisp ( )
Lm RL’RL VCC
+iC
i ’
RL
iC i1:n
+vCE
iRL’VCC+v
C iRL
Q1-
Q1-
vCERL’ = RL/n2
iRL’ = iRL’·nRL RL
Como no caso anterior:• Toda a componente alternada de iC circula pela cargaC g(modificada pela relação de transformação do transformador).• No indutor, obviamente, não se dissipa potência ativa.
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (IV)
Circuito em estudo
R t d
p ( )
LCH RL
iCIB
Reta de carga CC
VCC
+iC
i
B
+vCE
iRL
Reta de carga
Q1-
VCC vCE
galternada com inclinação de
-1/RL Ponto de trabalho
Como escolher o melhor ponto de trabalho?
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (V)
iCReta de carga
continuaLCH RLLCH RL
p ( )
IBVCC
+
L
iCiRL
VCC
+
L
iCiRL
iQ1
+
-vCE
iRL
Q1
+
-vCE
iRL
A componente alternadavCE
VCC
iC1Q1Q1 A componente alternada
no transistor é a mesmada carga
t
CCVCC+iC1·RLPRF = (ic1·RL)2/(2·RL)
PCC = ic1·VCCCC c1 CC
η = PRF/PCC = ic1·RL/(2·VCC)
O máximo valor de i R é i R = V e por tanto η = 1/2 = 50%O máximo valor de ic1·RL é ic1·RL = VCC e, por tanto, ηmax = 1/2 = 50%.Melhorou muito, mas ainda permanece baixo!
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (VI)
R t d
Situação com o máximo sinal que se pode operar
p ( )
Reta de carga contínuaiC
IB2iC1LCH RLLCH RL BCH
VCC
+
L
iCi
CH
VCC
+
L
iCi
vCE
iC1=VCC/RL
tQ1
+
-vCE
iRL
Q1
+
-vCE
iRL
VCC
CE
2VCC
tQ1Q1 ηmax = 50%.
tQual é o rendimento máximo quando o sinal não é a máxima
possível?
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (VII)
Situação com o sinal abaixo do máximo que se pode operar
R t d
p ( )
LCH
V
RLLCH
V
RL
Reta de carga contínuaiC
IB2·VCC/RL
VCC
+iC
iRL
VCC
+iC
iRL
B
ΔiC
Q1-
vCE
Q1-
vCE
vCE
Pend. -1/RL
tVCC
CE
2VCC
t
PRF = (ΔvCE)2/(2·RL)
tΔvCE
RF ( CE) ( L)
PCC = VCC2/RL
η = P /P = 0 5·(Δv /V )2η = PRF/PCC = 0,5·(ΔvCE/VCC)2
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (VIII)
Reta de carga contínuaiCCom transistores reais
p ( )
contínuaiC IB2·VCC/RL(não idealizados)
(VCC-vCE sat)/RL Pend. -1/RL
vCE
L
VCC 2VCCPRF = (VCC-vCE sat)2/(2·RL)PCC = VCC·(VCC-vCE sat)/RL
tvCE sat
VCC-vCE sat
CC CC ( CC CE sat) L
η = 0,5·(VCC-vCE sat)/ VCC
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Amplificador “Classe A” com polarização por um indutor no coletor (IX)
Sinal modulado em amplitudeReta de carga iv
vce(ωmt, ωpt)
p ( )
continuaiCIB
2·VCC/RLvp
vm
Pend 1/Rv (ω t ω t) = Δv (ω t)·sen(ω t)
VvCE
Pend. -1/RLvce(ωmt, ωpt) = ΔvCE(ωmt)·sen(ωpt)ΔvCE(ωmt) = vp[1 + m·sen(ωmt)]m = vm/vp VCC 2VCC
m p
η(ωmt) = 0,5·[ΔvCE (ωmt)/VCC]2 ⇒η(ωmt) = 0,5·(vp/VCC)2·[1 + m·sen(ωmt)]2
tηmed = 0,5·(vp/VCC)2·[1 + m2/2]ηmed max ⇒ vp = VCC/2, m = 1ηmed max ⇒ vp VCC/2, m 1ηmed max = 0,125·[1 + 1/2] = 18,75% Voltando a ser muito baixo!
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Amplificador “Classe B” com um único transistor (I)Circuito básico
Circuito ressonante a uma frequencia do sinal de RF
Circuito básico
frequencia do sinal de RF
L C
PolarizaçãoL
VCC+ -iVCC
R
CC
+R
iCiRL +
Rg
+ Q1-
vCERL
-vRL
iC
Q1
180º
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Amplificador “Classe B” com um único transistor (II)
L C -
vRLL C
Equivalente RLiC
+
vRL
VCC+ -iCVCC
i
VCC+vCE
iRL+vCE R
iRL +vRL iC
180ºQ1
-CE
iCQ1
-vCE RL-
180C
180º
Equivalente (salvo para uma tensãoiC i L
RLC
-
vRL para uma tensão sobre a fonte)
C
180º
iC L iRL +RL
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Circuitos equivalentes (I)
Amplificador “Classe B” com um único transistor (III)Circuitos equivalentes (I)
iC CiC +C
L RL
C
180º
iCpico
-vRL
i
180
C +iCca
iCpico(1-1/π)
iC L RL -vRL
IC iCpico/πIC
180ºiCcaC Cpico
Não genera tensão na carga
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Circuitos equivalentes (II)
Amplificador “Classe B” com um único transistor (IV)Circuitos equivalentes (II)
iCcaiCpico(1-1/π) iCca1 iCpico/2= + Harmônicos
iCca(ωt) iRL(ωt)180º= +
C +iCca1 Arm. Os harmônicos se curto-circuitam pelo
L RL -vRL
curto circuitam pelo capacitor
iCca1 (ωt) = (iCpico/2)·sen(ωt)ivRL(ωt) = RL·iRL(ωt) = -RL·iCca1(ωt)
vRL(ωt) = -RL·(iCpico/2)·sen(ωt) iCca1 iCpico/2
iCca1
R
+vRL
iRL
RL -RL
![Page 30: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/30.jpg)
Chamamos vce a componente alternada de
Amplificador “Classe B” com um único transistor (V)
Retas de carga, ponto de trabalho (estático) e excursão
do ponto de trabalho
ce pvCE. Então:vce(ωt) = vRL(ωt) = -RL·(iCpico/2)·sen(ωt) ⇒
( t) (R /2) i ( t) (R /2) ip
L C
vce(ωt) = -(RL /2)·iCpico·sen(ωt) = -(RL /2)·iCPortanto:ΔvCE = iCpico·RL/2
iCIB
L
V+VCC
Reta de carga contínua
Inclinação2·VCC/RL
CE Cpico L/
IBVCC
+
+ -iCiRL +
Inclinação-2/RL
iC i
vCEQ -vCE RL-
vRL
Inclinação 0
iCpicoPonto de trabalho
vCEiC
Q1VCC
Inclinação 0
180ºt
180º
tΔvCE
![Page 31: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/31.jpg)
Cálculo do rendimento máximo possível
Amplificador “Classe B” com um único transistor (VI)Cálculo do rendimento máximo possível
iCReta de carga
continua2·V /RL CL C
IBInclinação-2/RL
2·VCC/RL
VCC+ -iCi
VCC
+VCC+ -iC
i
VCC
++ iCpicoPonto de trabalho
+
-vCE RL
iRL +
-vRL
+
-
+
-vCE RL
iRL +
-
+
-vRL iCpico/π
Δv =
vCE
VCC
Inclinação 0
180ºtQ1
- LQ1-- L
ΔvCE =iCpico·RL/2
tΔvCE
PRF = (ΔvCE)2/(2·RL) = (iCpico·RL)2/(8·RL)PCC = VCC·iCpico/π tp
η = PRF/PCC = iCpico·RL·π/(8·VCC)
O má imo alor de i é i = 2 V /R e portantoO máximo valor de iCpico é iCpico max = 2·VCC/RL e, portanto:ηmax = π/4 = 78,5% Uma melhora notável!
![Page 32: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/32.jpg)
Amplificador “Classe B” com um único transistor (VII)
Situação com o máximo sinal que se pode operar
L C
VCC
L C
VCC2·VCC/RL
iCReta de carga
continua
VCC
+
+ -iCiRL
VCC
+VCC
++
+ -iCiRL
VCC
++
CC LIB
Q1-
vCE RL-vRL
Q1--
vCE RL--vRL
180ºtηmax = π/4 = 78,5%
vCE
VCC 2·VCCηmax π/4 78,5%
tt
![Page 33: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/33.jpg)
Cálculo da potência máxima dissipada pelo transistor PT
Amplificador “Classe B” com um único transistor (VIII)Cálculo da potência máxima dissipada pelo transistor, PTr
PRF = (iCpico·RL)2/(8·RL) iC Recta de carga en continua2·V /RPCC = VCC·iCpico/π
PTr = PCC - PRF ⇒
P = V i / (i R )2/(8 R )
IB2·VCC/RL
PTr = VCC·iCpico/π - (iCpico·RL)2/(8·RL)PTr tem um máximo em:
i = 4·V /(π·R )iCpico/π
iCpico
iCpico PTmax = 4 VCC/(π RL)Note-se que:
iCpico PTmax < iCpico max = 2·VCC/RLvCEVCC180ºt
iCpico PTmax iCpico max 2 VCC/RL
PTrmax = 2·VCC2/(π2·RL)
A potência máxima de RF é:
CC
t ΔvCEPRF max = (iCpico max·RL)2/(8·RL) ⇒PRF max = VCC
2/(2·RL)Portanto:PTrmax = 4·PRF max/π2 = 0,405·PRF max
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C t i t i
Amplificador “Classe B” com um único transistor (IX)
Com transistores reais
Reta de carga tíi contínuaiC IB2·VCC/RL
Inclinação-2/RL2·(VCC-vCE sat)/RL2 (VCC vCE sat)/RL
vCE
t
PRF = (VCC-vCE sat)2/(2·RL)
VCC 2VCC
V -v
180ºt
PCC = VCC·2·(VCC-vCE sat)/(π·RL)η = π·(VCC-vCE sat)/(4·VCC) ⇒ t vCE sat
VCC-vCE sat
η = 0,785·(VCC-vCE sat)/VCC
![Page 35: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/35.jpg)
Amplificador “Classe B” com um único transistor (X)
Sinal modulado em amplitude
Reta de carga
vpvm
iCIB
Reta de carga contínua
Inclinação2/R
2·VCC/RLΔvCE(ωmt) = vp[1 + m·sen(ωmt)] B-2/RL
CE( m ) p[ ( m )]
m = vm/vp
PRF = [ΔvCE(ωmt)]2/(2·RL)iCpico(ωmt)
vCEInclinação 0
Ponto de trabalhoPRF [ΔvCE(ωmt)] /(2 RL)
PCC = VCC·iCpico(ωmt)/π
ΔvCE(ω t) = iC i (ω t)·RL/2 ⇒
VCC
ΔvCE(ωmt) iCpico(ωmt) RL/2 ⇒
PCC = VCC·2·ΔvCE(ωmt)/(π·RL)
η = PRF/PCC = π·ΔvCE(ω t)/(4·VCC)η = PRF/PCC = π ΔvCE(ωmt)/(4 VCC)
η = 0,785·vp[1 + m·sen(ωmt)]/VCC
η = 0 785·v /Vt
ηmed = 0,785·vp/VCC
ηmed max ⇒ vp = VCC/2 ⇒ ηmed max = 39,26%ΔvCE(ωmt)
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Circuito básico: montado como Push-Pull (I)
Amplificador “Classe B” com dois transistores (I)Circuito básico: montado como Push Pull (I)
R ’ R / 2Polarização
RL’ = RL/n2Q1 iC1
iRL
+vRg
+ +RL
iRL
-vCE1
VCC-vRL
RL
-
+ -
1 1i
+
vCE2
Q 1:1:niC2
+Q2
![Page 37: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/37.jpg)
Amplificador “Clase B” con dos transistores (II)
Circuito básico: montado como Push-Pull (II)
iB1
Q1 iiRL
180º Q1 iC1+vCE1
iRLiB1 iC1
VCC
- +vRL
180º
VCC
- -vRL
RLiC2
iC2
+
vCE2
Q2
RL
1:1:niB2
iB2
C2
180ºiB2
180º
![Page 38: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/38.jpg)
Amplificador “Clase B” con dos transistores (III)Circuito básico: montado como Push Pull (III)
iC1
Circuito básico: montado como Push-Pull (III)
Reta de carga iC1
IB1
VCC/RL’contínua
Inclinação-1/RL’ B1
R ’ = R /n2R ’ = R /n2
iCpicoPonto de trabalho
vCE2 VCC
vCE1iC1
iC1
iRL
1:1:n
RL = RL/n
iC1iC1
iC1
iRL
1:1:n
RL = RL/n
ttvCE2 VCC
180º +VCC+
vRL
RL
180º180º +VCC+
vRL
++vRL
RL t
iCpico
IB1
V /R ’
iC2
180ºi
-RL
i
iC2
180º
iC2
180ºi
---RL
ii
iC2
VCC/RL’iC2 iRLiC2 iRLiRL
![Page 39: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/39.jpg)
Amplificador “Clase B” con dos transistores (IV)
Cálculo do rendimento máximo possível
PRF = iCpico2·RL’/2
PCC = 2·VCC·iCpico/πiC1
VCC/RL’
Reta de carga contínua
Inclinação
η = iCpico·RL’·π/(4·VCC) ⇒η = 0,785·iCpico·RL’/VCC
IB1-1/RL’
iCpicoPonto de trabalho
Como:i = V /R ’ então: vCE2 VCC
vCE1t t
Ponto de trabalho
iCpico max = VCC/RL , então: ηmax = π/4 = 78,5%
I
vCE2 CC t
iCpico
Como no caso de um transistorIB1
iVCC/RL’
iC2
![Page 40: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/40.jpg)
Situação com o máximo sinal que se pode operarAmplificador “Clase B” con dos transistores (V)
Situação com o máximo sinal que se pode operar
iC1Reta de carga
contínuaVCC/RL’
IB1
ηmax = 78,5% Ponto de trabalho
tηmax ,
Q1 iC1+Q1 iC1+++ VCC
vCE1vCE2 t
t
V
-vCE1
+
iRL
V
-vCE1
--vCE1
+
iRL
+++
iRL
IVCC
-
vCE2
-vRL
RL
VCC
-
vCE2
--
vCE2
-vRL
RL
-vRL
--vRL
RL
IB1
V /R ’iC2
+CE2
Q2 1:1:niC2
+CE2++CE2
Q2 1:1:n1:1:n iC2VCC/RL’
![Page 41: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/41.jpg)
Ganancia de los amplificadores “Clase A” con bobina, “Clase B” con un transistor y “Clase B” con dos transistoresy
Por comodidad, calculamos la “Transresistencia” ΔvRL/ΔiB
iCIB
2·VCC/RL
1/RLΔiC
iCIB
2·VCC/RL
1/RLΔiCEn todos los casos: ΔvRL= VCC, ΔiB = ΔiC/β
vCE
C
vCE
C
iC1
IB1
VCC/RL’ iC1
IB1
VCC/RL’ iC1
IB1
iC1
IB1
iC1
IB1IB1
VCC/RL’
ΔvRL/ΔiB = RL·β
Clase A VCC 2VCCVCC 2VCC
2·VCC/RL
iCIB
2·VCC/RL
iCIB
iCIB
iCIB
iCIB
iCIB
iCIBIB vCE1
B1
ΔiC
vCE1
B1
vCE1
B1
vCE1
B1B1B1
ΔiCΔvRL/ΔiB RL β
ΔiCΔiC VCC
vCE1vCE2
Δi
VCC
vCE1vCE2 VCC
vCE1vCE1vCE2vCE2
ΔiClasse B,2 Trans.
vCE
VCC 2·VCC
vCEvCEvCEvCEvCE
VCC 2·VCCClasse B,1 Trans.
IB1
i
ΔiCIB1
i
IB1
i
IB1
i
IB1IB1
i
ΔiC2 Trans.
iC2 VCC/RL’iC2 VCC/RL’iC2iC2iC2 VCC/RL’ΔvRL/ΔiB = RL·β/2 ΔvRL/ΔiB = RL’·n·β
![Page 42: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/42.jpg)
Comparação entre amplificadores “Classe A”, “Classe B” com um transistor e “Classe B” com dois transistorescom um transistor e Classe B com dois transistores
Amplificador Rendimento máximo
Ganho de tensão
Impedância de entrada iCmax Banda
Cl A 50% R β/r Linear 2 V /R LClasse A 50% RL·β/rBE Linear 2·VCC/RL Larga
Classe B,1 transistor 78,5% RL·β/(2·rBE) Não linear 2·VCC/RL Estreita1 transistor
Classe B,2 transistores 78,5% RL’·n·β/rBE
LinearVCC/RL’ Larga
rBE = resistência dinâmica da junção base-emissorR ’ = R /n2RL’ = RL/n2
![Page 43: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/43.jpg)
Circuitos de polarização das classes A e B
Para a base+VCC
R
+VCC
Para a base do transistor
PolarizaçãoR
LCHPD
LCHP
CPara a base do transistoriB
Classe AInexistente no caso de Push-Pull
VBE
de Push-Pull
0 Classe B
![Page 44: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/44.jpg)
Amplificadores “Classe C”Pode se atingir rendimentos máximos teóricos maiores que 78 5%?
Ci it bá i
Pode-se atingir rendimentos máximos teóricos maiores que 78,5%? O que deve-se sacrificar?
Circuito
Circuito básico
Cressonante
PolarizaçãoL
V
C
VCC VCC
+
+ -iCiRL +
Rg
+ Q -vCE
RL-
vRL
Q1iC
< 180º
![Page 45: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/45.jpg)
Amplificadores “Classe C” lineares (I)
Como conseguir um ângulo de condução menor que 180º?Como conseguir um ângulo de condução menor que 180º?
iC vg
VB+vγBERg +
v
C
VBiBg
t+ -vCE
v
+vBEvg -
iBvγBE
tφC
BγrBE
φC
C i ?Como conseguir proporcionalidade entre iB e vg?
![Page 46: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/46.jpg)
Amplificadores “Classe C” lineares (II)Relações entre as variáveis:
iVg pico·sen(ωt) – (VB + vγBE)
• Si (π φ )/2 < ωt < (π+φ )/2
Relações entre as variáveis:• vg = Vg pico·sen(ωt)
iB = 0• Si ωt < (π-φC)/2 o ωt > (π+φC)/2,
iB =Rg+rBE
• Si (π-φC)/2 < ωt < (π+φC)/2,
• φC = 2·arcos[(VB + vγBE)/Vg pico] vg
Para se obter a proporcionalidade entre iB e vg deve-se: VB+vγBE
- Variar VB+vγBEproporcionalmente a Vg pico.
tiB
- E que φC não varie.
tφC
![Page 47: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/47.jpg)
Amplificadores “Classe C” lineares (III)i
VB+ - C lineares (III)
Rg +iC
iB RB
CB Realização física
+ -vCE+
v vγBEvg -
vBE
v = v + i ·r
γBErBE
VB = (Vg pico – vγBE)·RB/(RB + Rg + rBE)
vBE = vγBE + iB·rBE
g p γ g
VB + vγBE = Vg pico·RB/(RB + Rg + rBE) + vγBE·(Rg + rBE)/(RB + Rg + rBE)
Se Vg pico·RB >> vγBE·(Rg + rBE), então:g pico B γBE ( g BE)
VB + vγBE ≈ Vg pico·RB/(RB + Rg + rBE) ou seja, proporcional.
Como: vg = VB + vγBE + (Rg + rBE)·iB ⇒ vg >> vBE ⇒ Pequeno Ganho.g B γBE ( g BE) B g BE q
![Page 48: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/48.jpg)
Amplificadores “Classe C” lineares (IV)
V i ·sen(ωt) – (VB + v BE)
Como:
L CL C
φ = 2·arcos[(V + v )/V ]
iB =Rg+rBE
Vg pico sen(ωt) (VB + vγBE)L
VCC+ -iCVCC
L
VCC+ -iCVCC
φC = 2 arcos[(VB + vγBE)/Vg pico]Então:i = [sen(ωt) – cos(φ /2)]· V /(R +r )
+vCE R
CiRL +
vRL
++vCE R
CiRL ++
vRLiB = [sen(ωt) – cos(φC/2)] Vg pico/(Rg+rBE)e, portanto:i = [sen(ωt) – cos(φ /2)]·β·V /(R +r )
β - RL-β -- RL--
iC = [sen(ωt) – cos(φC/2)] β Vg pico/(Rg+rBE)O valor de pico vale:iC i = [1 – cos(φC/2)]·β·V i /(R +rBE)
iCiCpico = [1 – cos(φC/2)] β Vg pico/(Rg+rBE)Ou seja:
i = i ·sen(ωt) – cos(φC/2)
ICpico
iC = iCpico·1 – cos(φC/2)φc
![Page 49: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/49.jpg)
Amplificadores “Classe C” lineares (V)
( t) ( /2)iC = iCpico·
1 – cos(φC/2)sen(ωt) – cos(φC/2)
IC = ·1 – cos(φC/2)
sen(φC/2) – (φC/2)·cos(φC/2)iCpico
π• Componente contínua: (φC )
φC– senφCiCpicoiCca1(ωt) = · ·sen(ωt)1 – cos(φC/2)2π• 1º harmônico:
• Demais harmônicos
LC +
vO resto dos
IC iCca1iC L RL -
vRLArm.
harmônicos se curto-circuitam no capacitorp
![Page 50: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/50.jpg)
Circuito equivalente de corrente alternada
Amplificadores “Clasde C” lineares (VI)Circuito equivalente de corrente alternada
iCca1(ωt) +iCca1(ωt)φC– senφCiCpicoiCca1(ωt) = · ·sen(ωt)1 (φ /2)2π
Portanto:RL -
vRLt
Cca1( ) ( )1 – cos(φC/2)2π
Portanto:
vRL(ωt) = -RL·iCca1(ωt)v (ωt) = v (ωt) = -R ·i (ωt)vce(ωt) = vRL(ωt) = -RL iCca1(ωt)
vce = -RL· sen(ωt)·1 – cos(φC/2)
φC– senφCiCpico
2πL C
VCC
L C
VCC(φC )Ou seja:
VCC
+
+ -iCiRL
CC
+VCC
++
+ -iCiRL
CC
++v = · i ·sen(ωt)
φC– senφCRL
β -vCE RL-
vRL
β --vCE RL--
vRLvce = - · iCpico·sen(ωt)
1 – cos(φC/2)2π
![Page 51: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/51.jpg)
Amplificadores “Classe C” lineares (VII)Como:
φ φRRetas de carga, ponto de trabalho (estático) e variação
do ponto de trabalho
vce = - · iCpico·sen(ωt)1 – cos(φC/2)
φC– senφCRL
2π
Então:
i
p
Reta de carga
Então:ΔvCE = · iCpico1 – cos(φC/2)
φC– senφCRL
2πiC
IBReta de carga
contínua Ou seja:ΔvCE = RL’·iCpico
Incl.
carga
RL’ = · 1 – cos(φC/2)φC– senφCRL
2π
sendo:
iCpicoIncl. -1/RL’
vCEVCC
t
vCE0Cálculo de vCE0:vCE0 = VCC –
Δv
φCt π-φC
2ΔvCE·cos(φC/2)
Valor da inclinação da “reta de carga”:
tΔvCE -1/[RL’·(1 – cos(φC/2)]
![Page 52: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/52.jpg)
Cálculo do rendimento máximo possível (I)
Amplificadores “Classe C” lineares (VIII)Cálculo do rendimento máximo possível (I)
PRF = (ΔvCE)2/(2·RL) = (iCpico·RL’)2/(2·RL) iC
II li ãφ senφR IBInclinação-1/[RL’·(1 – cos(φC/2)]
iCP V I
RL’ = ·1 – cos(φC/2)
φC– senφCRL
2π
ICV
iCpico
vCE0
PCC = VCC·IC
IC =[1 (φ /2)]
sen(φC/2) – (φC/2)·cos(φC/2)·iCpico
vCE
VCC
φCt π-φC
2
vCE0
η = P /P ⇒
π·[1 – cos(φC/2)] p
tΔvCE
2η = PRF/PCC ⇒
4·VCC·[sen(φC/2) – (φC/2)·cos(φC/2)]
iCpico·RL’·[φC– senφC]η = PRF/PCC =
i /[R ’ (1 ( /2)] [V (1 ( /2))]/[R ’ (1 ( /2)]
Logo η cresce com iCpico. Calculamos o valor máximo:
iCpico max = vCE0 min/[RL’·(1 – cos(φC/2)] = [VCC(1 – cos(φC/2))]/[RL’·(1 – cos(φC/2)] ⇒iCpico max = VCC/RL’
![Page 53: 8 Amplificadoresdepotencia 090811163653 Phpapp02](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051402/5695d2991a28ab9b029b0a61/html5/thumbnails/53.jpg)
Cálculo do rendimento máximo possível(II)
Amplificadores “Classe C” lineares (IX)Cálculo do rendimento máximo possível(II)
[φ – senφ ]
Sustituindo iCpico por iCpico max:Situação com o máximo sinal
4·[sen(φC/2) – (φC/2)·cos(φC/2)]
[φC– senφC]ηmax =
[%][%]
iCque se pode operar
100
90
ηmax [%]100
90
100
90
ηmax [%]IB
Inclinação1/[R ’ (1 cos(φ /2)]
iCpico max
Cl B
Clase C (ejempl.)
80
70
60
80
70
60
80
70
60IC
-1/[RL’·(1 – cos(φC/2)]
Incl. -1/RL’Clase A
Clase B
500 90 180 270 360
φC [º]
500 90 180 270 360
500 90 180 270 360
φC [º] vC
VCC
φCt π-φC
vCE0 2·VCC
E
tΔvCE
2
(VCC - vCE sat)·[φC– senφC]
Rendimento máximo real:
t4·VCC·[sen(φC/2) – (φC/2)·cos(φC/2)]
( CC CE sat) [φC φC]ηmax real =
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Amplificadores “Classe C” lineares (X)
Resumo das características:
Linearidade: Difícil, sacrificando o ganho.
Rendimento máximo: Alto, 80-90 %.
Ganho: Baixo.
Impedância de entrada: Não muito linear.
Corrente de coletor: Picos altos e estreitos.
Largura de banda: Pequena.Largura de banda: Pequena.
ATE-UO EC amp pot 53
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Amplificadores “Classe C” “não lineares” (I)O transistor trabalha “quase” em comutação
Circuito tL C
O transistor trabalha quase em comutação
iressonanteL
VCC+ -VCC
iC
L R
C +vRLVVCC
+R
+ -iCiRL +
• O circuito ressonante vibra
L RL -VCC
-vCE
RL-
vRL
i
• O circuito ressonante vibra livremente e repõe a energia que transfere a carga nos períodos de iC condução do transistor.
• O valor de pico da tensão de saída é i d t l dé aproximadamente o valor da tensão de alimentação:
v = V ·sen(ωt)vRL = VCC·sen(ωt)
• O rendimento é bastante alto.
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Amplificadores “Classe C” “não lineares” (II)Modulador de amplitudeModulador de amplitude
Amplificador
-
vVCC’ = VCC+vtr
pde potência
de BF +
vtr vtr
L C +-
VCC’ vCC’
v
VCC+ -iC
VCC’iCvCC
+v RL
iC+
vRL v
Q1-
vCERL
-vRL vRL
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Amplificadores “Classe D” (I)Circuito básico
+VCC
Circuito básico
iC1 iD1 iLD1
Q1 i VCC/2
L
vRL
+L
iC2
Q1
iD2
A
+
iL+ -
VCC/2
-vRLRL
CC2
D2
iD2 +
-vA
Q2-
vAVCC/2
-VCC/2
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Amplificadores “Classe D” (II)Análise
vAVCC/2
+ H ô i
vRLΔvRL
Análise
+VCCA
-VCC/2
= + Harmônicos
D
iC1 iD1ΔvRL = (VCC/2)·4/π = 2·VCC/πLogo a tensão de saída é proporcional a D1
Q1 AiL VCC/2de alimentação ⇒ Pode-se utilizá-lo como modulador de amplitude.
L +vC
iC2 iD2 ++ -
• Menor frequencia de
-vRLRL
CD2
Q2-vA
Menor frequencia de operação, porque os transistores trabalham em comutação. Q2 ç
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Amplificadores “Classe D” e “Classe E”Classe D Classe Ev
vAiL
Classe D Classe EvAiL
vAiL
L
Comutação forçada pelos diodos: bloqueiam quando os
+V+V+V+V
iC1 iC1
i
diodos: bloqueiam quando os transistores entram em condução.
+VCC
iC1 iD1
+VCC
iC1 iD1
+VCC
iC1 iD1
+VCC
iC1 iD1
iC2
iC2
iD1
D1
Q1 AiL VCC/2
D1
Q1 AiL VCC/2
D1
Q1 AiL VCC/2
D1
Q1 AiL VCC/2 iD2
L +
-vRLRL
C
iC2
D2
iD2 +vA
+ - L +
-vRLRL
C
iC2
D2
iD2 +vA
+ - +
-vRL
+
-
+
-vRLRL
C
iC2
D2
iD2 +vA
+ -
RLC
iC2
D2
iD2 +vA
++vA
+ - Comutação natural pelos diodos: bloqueiam quando se inverte a corrente ressonante.-LD2
Q2- -LD2
Q2- ---LD2
Q2- LD2
Q2---
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Exemplo de um esquema real de amplificador de potência (obtido do ARRL Handbook 2001)pAmplificador linear Classe B em Push-Pull
Push-Pull
Filtro passa-baixa
Polarização