Amplificadores de Potência ou Amplificadores de Grandes Sinais

Amplificadores de Potência

ou

Amplificadores de Grandes Sinais

Amauri Oliveira

Fevereiro de 2011

Universidade Federal da Bahia Escola Politécnica

Departamento de Engenharia Elétrica UFBA

Características:

•Estágio final de amplificação; •Amplificação de grandes sinais;

•Transferência de potência para a carga; •Impedância de saída e ganho depende da carga. Fonte de sinal Estágio Inicial Estágio Intermediário Estágio Final Carga Fonte de alimentação “GND” Amplificador 2

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.

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

Q1 BC547A VCC 12V V1 12 V V2 0 Vpk 0kHz 0° R1 2.2kΩ 4

Classes de operação e ponto de operação

Classes de operação e excursão do sinal

Classe A :

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

- Saída com excursão de 360° A Q1 BC547A VCC 12V V1 0,64 V V2 27 mVpk 1kHz 0° R1 2.2kO 6

Classes de operação e excursão do sinal

Classe B:

-V1 =0,55 e Ic=0;

-Saída com excursão de 180° B Q1 BC547A VCC 12V V1 0,55 V V2 102 mVpk 1kHz 0° R1 2.2kO 7

Classes de operação e excursão do sinal

Classes de operação e excursão do sinal

Rendimento nos amplificadores de potência

Perdas por aquecimento de componentes

Perdas

P

P





P

P





P

– Potência média fornecida pela fonte;

P

– Potência média de sinal na carga.

Rendimento

Rendimento nos amplificadores de potência

Q1 V_CC R_L v_o ) ( DC L o t i

P

P

P

P







V

I

P



8

I

V

P



I

V

I

V

P

P

8







25

,

0





V

= V

e I

= 2I

Rendimento nos amplificadores de potência

) ( DC L o t i

P

P

P

P







V

I

P



8

I

V

P



I

V

I

V

P

P

8







5

,

0





V

= 2V

e I

= 2I

Rendimento nos amplificadores de potência

Par

complementar

Para Q1 e Q2 polarizados em classe B

Rendimento nos amplificadores de potência

) ( DC L o t i

P

P

P

P









/

2

V

I

P



2

I

V

P



V

V

P

P

4









7854

,

0

4









V

= V

Rendimento, potência nos transistores e na carga

o t i

P

P

P





P



P



P



/

2

V

I

P



2

I

V

P



R

V

V

R

V

P

2

2







0





dV

dP

P



V

V



2

R

V

P

P

)

(

2











0

,

5

Rendimento, potência nos transistores e na carga

L op o

R

V

P

2



R

V

V

R

V

P

2

2







Exemplo:

R

= 8

W

e

P

=16W

Determinar: V

e

P

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.

Modelo térmico dos transistores

Representação da primeira lei da termodinâmica (conservação de energia)

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

a d

i

e

e

e





Energia recebida = energia dissipada + energia acumulada





dt

dT

C

T

T

G

P

i

v











Modelo térmico dos transistores





dt

dT

C

T

T

G

P







Sistemas análogos – sistemas com equações análogas

c r

i

i

i









dt

dv

C

v

v

G

i







_P

G

T

T

C

_I

_G

_v

_v

_C

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

Modelo térmico dos transistores





dt

dT

C

T

T

G

P















dt

dT

C

T

T

G

T

T

G











0

ou

Modelo Térmico

Simplificação na condição de regime !

Modelo térmico dos transistores

Condição de regime térmico e utilização de dissipador





j

P

R

R

T

P

R

T

T











21

A utilização de um dissipador acoplado ao transistor, melhora a condutância térmica entre o transistor e o ambiente (reduz

R

T

T

P

dissipador

Modelo térmico dos transistores

Condição de regime térmico e utilização de dissipador

22

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

Polarização de Circuitos Classe B e Classe AB

23

Porque usar fonte de corrente ?

Polarização com multiplicador V_BE

Polarização de Circuitos Classe B e Classe AB

24

Origem – tensão V_B12 de polarização insuficiente

Característica de

Polarização de Circuitos Classe B e Classe AB

25

Distorção de 3ª harmônica !

Exemplo de estágio de potência e “driver”

26

“driver” Exemplo

Exemplos de amplificadores de potência

27

Amplificador de potência com componentes discretos (AN-1490)