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1/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Amplificadores com Transistores A necessidade de amplificar sinais surgiu com a telecomunicação. Redes telefônicas precisavam amplificar seus sinais, pois estes estavam ficando cada vez mais fracos e mais distantes entre usuários. Os sinais captados por receptores de rádio também eram muito fracos e precisavam de grande amplificação para que pudessem ser escutados em um alto-falante. Assim surgiu a válvula tríodo, que conseguia executar bem esta função. As pesquisas que levaram a criação do transistor visavam substituir a válvula eletrônica nesta função. Configurações do Transistor como Amplificador É preciso então dois fios para transportar o sinal elétrico para o elemento amplificador (transistor), e depois seriam necessários mais dois fios para transportar o sinal elétrico amplificado até o seu destino. Logo, precisaria de quatro fios para executar a tarefa de amplificar um sinal elétrico (figura 7). Apresentação Situação Prática Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Amplificadores com Transistores 2/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Q1 Figura 7 – Configuração do transistor como amplificador. Mas o transistor possui apenas três terminais, como resolver este problema? A única solução é colocar um dos terminais comum à entrada e à saída. Por isso, existem três configurações possíveis para o transistor operando como amplificador: 1. Configuração Emissor Comum – EC Nesta configuração, o terminal emissor é comum à entrada e à saída: B C EEntrada Saída B C EEntrada Saída Figura 8 – Configuração de emissor comum. 3/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Este tipo de amplificador consegue elevar os níveis tanto de tensão quanto de corrente do sinal elétrico presente na sua entrada. A figura a seguir mostra um amplificador emissor comum usando como base um transistor com polarização da base por divisor de tensão. C1 C2 Rb1 Rb2 + Vcc C3RE RC Saída de sinal Fig. 9 – Emissor comum por divisor de tensão Quando o sinal aplicado na entrada do amplificador for positivo, ocorrerá um aumento da corrente de base, devido ao efeito capacitor. Com isso, o ponto de trabalho do transistor se desloca e a corrente de coletor também aumenta, diminuindo o VCE do transistor. Quando o sinal aplicado na entrada do amplificador for negativo, ocorrerá uma diminuição da corrente de base, devido ao efeito capacitor. Com isso, o ponto 4/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas de trabalho do transistor se desloca e a corrente de coletor também diminui, aumentando o VCE do transístor. Se você comparar os sinais de entrada e de saída do amplificador emissor comum, irá observar uma inversão de fase entre eles: V V T Sinal de entrada Variação de tensão Sinal de saída Amplificado e invertido T Fig. 10 – Inversão de fases 2. Configuração Base Comum – BC Nesta configuração, o terminal base é comum à entrada e à saída (figura 5). B CE Entrada Saída B CE Entrada Saída Fig. 11 – Configuração de base comum. Apresentação Situação Prática Características Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 5/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Apresentação Situação Prática Características Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas O modelo T é o mais interessante para ser usado nos cálculos do amplificador base comum. A figura a seguir mostra um amplificador base comum, em que o transistor está polarizado por divisor de tensão na base. C1 Vcc Rc RE V1 RB1 RB2Vent f VS f C2 C3 Fig. 12 – Base comum com divisor de tensão Você deve estar se perguntando como é possível amplificar um sinal se ele não é “injetado” na base do transistor. Na verdade, este é mais um motivo para polarizar o transistor num ponto quiescente fixo do que tentar polarizá-lo para um simples ponto de trabalho variável. Note que, fixando um ponto de trabalho, você cria um sistema equilibrado. Assim, qualquer alteração na corrente de base por meio dos capacitores 6/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas de acoplamento será refletida nas correntes de coletor e emissor. Porém, como o sistema está em equilíbrio, qualquer alternação na corrente de emissor, por exemplo, também irá refletir nas correntes de base e de coletor. É claro que não seria interessante injetar um sinal no coletor para ser atenuado na base, mas injetar um sinal no emissor para ser recuperado no coletor traz efeitos interessantes. E é exatamente isso que ocorre nesta configuração. Veja que C1 acopla o sinal de entrada ao emissor do transistor, enquanto que C2 acopla o coletor à saída do amplificador. Com isso você tem um circuito que apresenta um alto ganho de tensão e um ganho de corrente unitário. Os resistores Rb1 e Rb2 são responsáveis por manter uma tensão fixa na base do transistor. Quando o sinal da entrada se torna positivo, a tensão no emissor aumenta, e isso diminui sua tensão VBE, que é a diferença entre a tensão fixa de Rb1 e Rb2 e a tensão no emissor, ou seja, o ponto de entrada do sinal. Com a diminuição de VBE, a corrente de base também diminui, o que fará com que seja reduzida a corrente de coletor. Isso, por sua vez, diminuirá a tensão em RC e aumentará a tensão entre coletor e emissor (VCE). Desta forma, uma pequena variação de tensão na entrada deste circuito fará com que a tensão de saída varie bastante. Já no caso da aplicação de um sinal negativo, o processo todo ocorre de maneira inversa. Este tipo de circuito não apresenta inversão de fase entre o sinal de entrada e de saída em nível de tensão. No entanto, isso não ocorre com a corrente, que apresenta defasagem de 180º. Os amplificadores base comum são empregados em amplificadores de RF nos receptores de radiodifusão em razão de seu alto ganho de tensão. 7/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas 3. Configuração Coletor Comum – CC Nesta configuração o terminal coletor é comum à entrada e à saída (figura 13). Entrada Entrada Saída Saída C E B Fig. 13 – Configuração Coletor Comum A figura a seguir mostra um amplificador coletor comum (cc) usando um transistor polarizado por corrente de base constante. C2 + VCC C1 Q1 RE Rb Sinal de entrada Sinal de saída Fig. 14 – Amplificador Coletor Comum 8/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Veja que o circuito foi um pouco modificado em relação ao que você aprendeu sobre transistor. Neste circuito não há um resistor de coletor, mas em seu lugar há um resistor de emissor. Veja também que os capacitores de acoplamento são colocados na base e no emissor do transistor. Este circuito só amplifica a corrente do sinal elétrico, mantendo o seu nível de tensão. Por causa desta característica, este tipo de amplificador também é chamado de seguidor de tensão, e seu uso é feito em estágios finais de amplificadores de potência e saídas de fontes reguladas. Quando o sinal aplicado na entrada do amplificador for positivo, ocorrerá um aumento da corrente de base em razão do efeito capacitor. Com isso, o ponto de trabalho do transistor se desloca e a corrente de coletor também aumenta, ampliando a tensão sobre RE. Veja que a saída do amplificador coletor comum é o resistor de emissor e não a junção “coletor emissor do transistor”,como no caso do amplificador emissor comum. Quando o sinal aplicado na entrada do amplificador for negativo, ocorrerá uma diminuição da corrente de base, devido ao efeito capacitor. Com isso, o ponto de trabalho do transistor se desloca e a corrente de coletor também diminui, reduzindo a tensão sobre RE. A variação na tensão da saída neste tipo de amplificador ocorre na mesma proporção da variação da entrada. Mais um motivo para o nome “seguidor de tensão”. Note que não ocorre a inversão de fase do sinal de saída em relação ao sinal de entrada do amplificador coletor comum. 9/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Amplificador de Tensão Em diversos projetos, o objetivo principal é o ganho de tensão, que significa a tensão de saída pela tensão de entrada. Esta é a função de um amplificador de tensão. Devido às suas características, a configuração EC é utilizada para um amplificador de tensão. Assista agora à videoaula sobre Amplificadores com Transistores. Amplificadores de Potência Um amplificador de potência deve amplificar linearmente um sinal aplicado à sua entrada, sem alterar as suas características iniciais. Um bom amplificador também deve reproduzir uma faixa de frequência entre 20 Hz e 20 KHz (faixa da audição humana). Isso pode ser conseguido com diversas configurações de circuitos, que são divididas em classes de operação. Amplificador Classe A O amplificador classe A é essencialmente uma configuração emissor comum, como mostra a figura 15: 10/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas + VCC RC Q1 CeRe RB2 RB1 CA2 CA1M1 T - V + V + + + V - V T Saída Fig. 15 – Amplificador classe A Esta classe de amplificador é caracterizada pela amplificação de todo o sinal da entrada por um único transistor. Ela possui a desvantagem de consumir corrente da fonte mesmo sem sinal de entrada. Como um transistor na configuração emissor comum, o sinal de saída do amplificador classe A está defasado de 180º em relação ao sinal de entrada. Amplificador Classe B O amplificador classe B se caracteriza pelo uso de dois transistores no seu estágio final: um do tipo PNP e outro do tipo NPN, cada um responsável pela amplificação de um semiciclo do sinal de entrada: 11/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas T - V + V + V - V T PNP NPN R17 R14 R15 - VSS + VCC Q2 Q3 Q4 Q1 Saída Entrada Driver C8 C5 Compensação térmica Fig. 16 – Amplificador Classe B É importante lembrar que os dois transistores devem ter as mesmas características de funcionamento. Se isso não acontecer, cada semiciclo do sinal será amplificado de forma diferente, gerando distorções no sinal de saída. No mercado os fabricantes 12/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas fornecem os chamados “pares complementares”, especialmente para este tipo de aplicação. Amplificador Classe AB A necessidade de haver transistores com as mesmas características, mas de tipos diferentes, pode tornar a aplicação da classe C um pouco complexa, mesmo com a disponibilidade de pares complementares. A classe AB resolve este problema usando dois transistores iguais nos seus estágios de saída: dois PNP ou dois NPN (figura 17). T - V + V T- V + V T - V + V + VCC + VCC V1 T1 T2 Q1 Q2 RB1 RB2 RE2 RE1 I1 I2 Fig. 17 – Amplificador Classe AB Nesta classe de amplificadores de potência, o acoplamento para a saída é feito por meio de um transformador driver, que inverte os sinais de maneira que cada transistor amplifique um dos semiciclos. Este tipo de amplificador é utilizado nos módulos de potência automotivos por conta de sua simplicidade e alto desempenho. 13/7 Apresentação Situação Prática Amplificadores com Transistores Resolução da Situação Prática Referências Bibliográficas Amplificador Classe C Neste tipo de amplificador, o transistor amplifica menos da metade do sinal de entrada, sendo o restante recuperado por bobinas, capacitores e resistores, ligados em paralelo, conforme ilustrado na figura 18, a seguir. + VCC C1 Q1 L1R1 R2 Fig. 18 – Amplificador Classe C Esse tipo de amplificador é usado para amplificar sinais de alta frequência e é muito empregado nos estágios finais de transmissores. Assista agora à videoaula sobre Amplificadores de Potência com Transistores. 14/7 Situação Prática para Exercitar Você foi contratado para desenvolver um amplificador de áudio. Durante a fase de desenvolvimento, precisa pensar no circuito amplificador. Utilizando seus conhecimentos de amplificadores de potência, qual seria a classe do circuito amplificador com transistores mais ideal para esta aplicação? ( ) a) Classe AB ( ) b) Classe ABC ( ) c) Classe A ( ) d) Classe B ( ) e) Classe C Assista agora à videoaula sobre Amplificadores com Transistores – Situação Prática. 15/7 Referências Bibliográficas Se você deseja saber mais sobre Amplificadores com transistores, consulte: CRUZ, Eduardo. CHOUERI, Salomão. Eletrônica Aplicada. 2.ed. São Paulo: Érica, 2014. Eletrônica Geral. Polarização universal de transistores. Youtube, 2017. Disponível em: . Acesso em: 20 abr. 2018. MALVINO, Albert. BATES, David J. Eletrônica. 7.ed. São Paulo: Mcgraw Hill, 2011. SCHULER, Charles. Eletrônica II. 7.ed. São Paulo: Mcgraw Hill, 2013. WR Kits. Amplificador classe AB. Youtube, 2015. Disponível em: . Acesso em: 20 abr. 2018. 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