Amplificador teoria, Notas de estudo de Eletromecânica

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Eletrônica Eletrônica básica - Teoria

Amplificador em emissor

comum

Amplificador em emissor comum

© SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima Amplificador em emissor comum - Teoria. SENAI - DN, RJ, 1986.

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Introdução

Este é mais um marco importante no aprendizado de eletrônica básica. Inicia-se, a partir desta unidade, um estudo dos circuitos amplificadores simples.

O estudo dos amplificadores é, sem dúvida, fascinante. A partir da compreensão dos amplificadores abre-se um novo horizonte, muito mais amplo, aos profissionais de eletrônica, tendo em vista que a grande maioria dos equipamentos eletrônicos usa estes circuitos.

A ampla utilização, por si só, é suficiente para justificar a dedicação toda especial que o assunto merece.

Adiante, então, rumo aos novos horizontes que se apresentam.

Amplificação de sinais

elétricos

Denomina-se de sinal elétrico a qualquer variação de tensão ou corrente através da qual se conduz uma informação.

O sinal de televisão, por exemplo, se constitui em variações de tensão que são uma “versão elétrica” das imagens captadas pela câmera.

Os sinais elétricos podem se apresentar como variações puras de tensão ou corrente ou como variações sobre um nível de tensão ou corrente contínua.

Sinal → variação pura de tensão ou corrente

Sinal → variação sobre um nível de tensão CC

A música, reproduzida por um alto-falante, por exemplo, nada mais é do que um sinal elétrico transformado em som pelo alto-falante.

Sinais elétricos são variações de tensão ou corrente que conduzem uma informação.

Dependendo da aplicação a que se destinam os sinais elétricos podem ser de grande e pequena intensidade.

Por exemplo: Para movimentar os alto-falantes de um estádio de futebol necessita-se que o sinal elétrico a ser reproduzido tenha uma grande intensidade, enquanto que para movimentar os fones de um gravador (ou headfone ) é suficiente um sinal de pequena intensidade.

Existe um processo através do qual um sinal elétrico de pequena intensidade, pode ser transformado em um sinal elétrico de grande intensidade. Este processo é denominado de amplificação.

Amplificação é um processo que visa aumentar a intensidade (amplitude) de um sinal elétrico sem alterar a sua freqüência e, na maioria dos casos, sem alterar a sua forma.

Amplificações de sinal da ordem de 1000 ou 2000 vezes são empregadas constantemente em circuitos de rádio, televisão e controles industriais.

Entretanto, devido a uma limitação prática, não é possível amplificar um sinal 1000 ou 2000 vezes diretamente. A amplificação é feita parceladamente, através de uma série de circuitos que realizam amplificações sucessivas sobre o sinal.

Cada um dos circuitos que realiza uma parcela da amplificação total é denominado de estágio amplificador.

Conclui-se então que: Um amplificador se compõe de diversos estágios amplificadores.

Observação Os estágios amplificadores fazem parte da grande maioria dos circuitos eletrônicos.

Ganho de um estágio amplificador

O ganho de um estágio amplificador define quantas vezes o sinal é amplificado por este estágio. É uma relação direta entre o sinal presente na saída do estágio e o sinal amplificado à sua entrada.

Ganho → G =

sinaldeentrada

sinaldesaída

Assim, se o sinal na saída de um estágio amplificador tem a amplitude duas vezes maior que o sinal da entrada, diz-se que o ganho do estágio é 2.

G = 2

2Vpp

4Vpp =

O ganho dos estágios amplificadores pode ser determinado pela medição do sinal de saída e entrada com o osciloscópio.

Normalmente o ganho dos estágios amplificadores está na faixa 10 a 50 vezes. O termo “ganho” é genérico, podendo expressar uma amplificação de potência.

entrada

saída

P

P

, de tensão 

entrada

Vsaída

V

ou corrente 

entrada

Isaída

I

Tipos de estágios amplificadores

Os estágios amplificadores podem ser de três tipos:

• Estágio amplificador de tensão
• Estágio amplificador de corrente
• Estágio amplificador de potência para saída

Estágio amplificador de tensão É um estágio destinado a aumentar a amplitude de tensão dos sinais aplicados a sua entrada. Recebem tensões da ordem de microvolts ou milivolts, propiciando alto ganho na saída (normalmente até 100 vezes).

O amplificador de som

Os amplificadores de som são uma composição de estágios amplificadores de tensão e um estágio de potência para saída.

Os estágios amplificadores de tensão tem por finalidade amplificar o sinal de entrada até que as variações de tensão sejam suficientes para que o amplificador de potência funcione com o máximo rendimento, sendo denominado de pré-amplificadores.

O estágio de potência recebe as tensões amplificadas e propicia a potência necessária (tensão e corrente) para a movimentação do alto-falante.

As três condições podem ser analisadas tomando como base o estágio amplificador em emissor comum apresentado na figura abaixo.

Sem sinal de entrada Quando o estágio amplificador não recebe sinal na entrada, o transistor se mantém no ponto de funcionamento.

Com sinal de entrada positivo Um sinal de entrada é positivo quando a corrente aplicada circula no mesmo sentido da corrente de polarização, somando-se a esta.

IB =IBQ+I S

Onde:

I B = Corrente de base

IBQ = Corrente de polarização de base

IS = Corrente de sinal

Tomando como exemplo um sinal positivo de 50μA aplicado ao circuito tem-se o que é mostrado na figura abaixo.

I B = IBQ + IS

IB = 20 μ 0 A + 50μA

IB = 250 μA

A mudança na corrente de base ( IB ↑) provoca alteração na corrente de coletor

( IB

↑ C↑

I ), na queda de tensão do resistor de coletor ( IC (^) ↑Ö VRC (^) ↑) e na tensão

de coletor-emissor ( VRC (^) ↑Ö VCE (^) ↓).

Considerando-se como exemplo um sinal negativo de 50μA tem-se o apresentado na figura abaixo.

I B = IBQ - IS

IB = 20 μ 0 A - 50μA

IB = 150 μA

A mudança na corrente de base ( IB ↓) provoca modificações na corrente de coletor

( IB (^) ↓Ö IC (^) ↓), na queda de tensão do resistor de coletor ( IC (^) ↓Ö VRC (^) ↓) e na tensão

coletor-emissor ( VRC (^) ↓Ö VCE (^) ↑).

Determina-se os limites através da curva característica com a reta de carga.

Resumindo Amplificador em emissor comum com sinal de entrada negativo:

IB = IBQ - IS

IB ↓ IC ↓ IRC ↓ VCE↑

A partir das conclusões assinaladas, pode-se analisar o comportamento do estágio amplificador em emissor comum com um sinal de entrada senoidal.

Considerando que o sinal aplicado seja uma variação senoidal de tensão, tem-se uma variação senoidal de corrente conforme a figura abaixo.

No semi ciclo em que o sinal de entrada é positivo tem-se:

IB ↑ IC ↑ VRC ↑ IC ↑acompanhando a forma senoidal do sinal de entrada.