AMPLIFICADOR CLASSE “A”

OBJETIVOS:

Verificar experimentalmente o comportamento de um amplificador classe “A” transistorizado e analisar as formas de onda obtidas na saída em função de um sinal aplicado na entrada. Analisar a relação de fase entre os sinais de entrada e saída e a distorção apresentada no sinal de saída, devido a mudança do ponto de operação “Q”.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

No amplificador classe A, o transistor opera na região ativa durante todo o período do sinal CA. Isto significa que o sinal não aciona o transistor nos limites da saturação e do corte na reta de carga CA.

Desta forma o sinal obtido na saída é uma réplica perfeita do sinal aplicado na entrada, exceto pela distorção de fase. Como sabemos a única configuração que inverte a fase em 180º entre os sinais de entrada e saída e a configuração E.C. (emissor comum). Nas demais configurações, ou seja B.C. (base comum) e C.C. (coletor comum),  = 0º.

A eficiência de um amplificador classe A é a razão da saída CA de pico a pico na saída (compliance), sem cortes, no sinal que o amplificador pode produzir, em função do sinal aplicado na entrada.

Algumas das importantes características do amplificador classe A são a corrente de dreno, potência de dissipação máxima no transistor, máxima potência não ceifada na carga e eficiência do estágio.

PARTE PRÁTICA

MATERIAIS NECESSÁRIOS

1- Gerador de áudio

1- Osciloscópio

1 - Fonte de alimentação 0-20V

1- Multímetro analógico ou digital

1 - Módulo de ensaios ELO-1

1- Analise o circuito a seguir:

Calcule o valor da corrente quiescente no coletor (ICQ) e a tensão quiescente (VCEQ) entre coletor e emissor e anote suas respostas na tabela 1.

Rs = 1K - 1/4W (R21)

R1 = 10K - 1/4W (R27)

R2 = 2,2K - 1/4W (R21)

RC = 3,9K - 1/4W (R23)

RE = 1,8K - 1/4W (R20)

RL = 1,5K - 1/4W (R19)

C1 = 1F/16V (C1)

C2 = 1F/16V (C2)

CE = 470F/16v (C12)

Q1 = transistor 2N3904 ou BC337 (T5)

2- Calcule a anote na tabela 1, a compliance CA (variação de pico a pico do sinal) na saída e a corrente de dreno (IF) do estágio. Veja no final desta experiência, comentários sobre a corrente de dreno.

3- Calcule a potência máxima dissipada pelo transistor, a potência máxima na carga sem ceifamento, a potência CC de entrada do estágio e a eficiência do estágio. Anote suas respostas teóricas na coluna correspondente da tabela 2.

4- Monte o circuito. Reduza o sinal do gerador a zero. Use o multímetro para medir ICQ e VCEQ, e anote esses valores na tabela 1.

5- Use o osciloscópio para observar a tensão na carga. Ajuste o gerador de sinal até que o ceifamento inicie em ambos os semiciclos. Deve-se observar que a forma de onda fica quadrada na parte superior e alongada na parte inferior. A causa desta distorção não linear é a grande variação de re quando o coletor se aproxima do corte e da saturação.

6- Reduza o sinal do gerador até que não haja mais ceifamentos, de forma que o sinal na saída tenha a aparência de uma senóide perfeita. Meça e anote na tabela 1, a tensão CA de pico a pico. Este valor medido é uma aproximação da compliance do sinal CA de saída (pico a pico).

7- Meça e anote na tabela 1 a corrente de dreno total do estágio.

8- Calcule e anote os valores experimentais listados na tabela 2, usando os dados medidos e anotados na tabela 2.

9- Ajuste o gerador de sinal até obter uma tensão de 2Vpp na carga. Note quanta distorção não linear há no sinal. Faça um breve comentário.

10- Conecte um resistor parcial de realimentação, de 220, no emissor. Ajuste o gerador de sinal até obter na carga uma tensão de 2Vpp. O que ocorreu com a distorção do sinal? Justifique.

TABELA 1

VALORES

CALCULADO

EXPERIMENTAL

ICQ

VCEQ

PP (compliance)

IF

TABELA 2

VALORES

TEÓRICO

EXPERIMENTAL

PD(MAX)

PL(MAX)

PF

VERIFICAÇÃO DE DEFEITOS:

1- Suponha que o resistor R2 esteja em curto, no circuito montado nesta experiência. Calcule a compliance CA de saída e a corrente de dreno com este defeito e anote na tabela 3.

2- Repita o passo 1 para cada defeito listado na tabela 3.

3- Monte o circuito e simule cada um dos defeitos. Anote os valores de PP (compliance) e IS.

PROJETO:

1- Determine um valor de RE para obter a máxima compliance CA na saída, no circuito montado nesta experiência, porém, com VCC = 20V. Anote o valor comercial na parte superior da tabela 4. Calcule e anote os outros valores pedidos na tabela 4.

2- Monte o circuito que você projetou para RE. Meça e anote PP e IF na tabela 4. Calcule os valores experimentais de PL(MAX), PF e  usando os dados medidos para PP e IF.

TABELA 3: Verificação de defeitos

ESTIMADO MEDIDO

DEFEITO

PP

IF

PP

IF

R2 em curto

CE aberto

RL aberto

C-E aberto

TABELA 4: Projeto

RE = __________________

VALORES

TEÓRICO

EXPERIMENTAL

PP

IF

PL(MAX)

PF

QUESTÕES:

1- Com base nos valores calculados e medidos nesta experiência, responda as seguintes questões:

I) a compliance CA teórica na saída é de aproximadamente:

a) 1,1V

b) 2,35V

c) 9V

d) 15V

II) a corrente de dreno total foi próxima de:

a) 1,1mA

b) 2,3mA

c) 4,8mA

d) 6,9mA

III) a potência de dissipação máxima do transistor é de aproximadamente:

a) 0,46mW

b) 10mW

c) 35,1mW

d) 50mW

IV) teoricamente a eficiência máxima é aproximadamente:

a) 0

b) 1,3%

c) 5%

d) 25%

2- Conectando um resistor de realimentação parcial no emissor, de 220, podemos observar que:

a) reduz a tensão da fonte de alimentação

b) aumenta a corrente quiescente do coletor

c) diminui a distorção não linear

d) aumenta a compliance CA na saída

e) nenhuma das anteriores

3- Explique porque há distorção não linear no amplificador EC, quando o sinal na saída é aumentado.

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FORMULÁRIO AUXILIAR:

Ganho de tensão com carga: A = -RC/re; AV = -rc/re

Ganho de corrente: Ai = ic/ib, onde Ai  

Ganho de potência: Ap = - Av/Ai

onde: Av = vsaida/ventrada

Ai = ic/ib

Potência na carga: PL = VL2/RL

onde: VL é a tensão “rms” na carga

PL é a potência CA na carga

Observando-se a tensão no osciloscópio, é conveniente utilizar a tensão de pico a pico. Desta forma:

VL = 0,707VP

VP = VPP/2

VL = 0,707VP = 0,707VPP / 2

logo: PL = VPP2 / 8RL

Potência CA máxima na carga: PL(max) = PP2 / 8RL

OBS: PP é a compliance c.a. de saída sem ceifamento

Dissipação de potência do transistor:PDQ = VCEQ/ICQ

onde: PDQ = dissipação de potência quiescente

VCEQ = tensão quiescente coletor-emissor

ICQ = corrente quiescente do coletor

Dreno de carga:

Para um amplificador com polarização por divisor de tensão na base, como o desta experiência, a fonte de alimentação VCC precisa alimentar com corrente contínua o divisor de tensão e o circuito de coletor.

Para o divisor de tensão, temos:

I1 = VCC/R1 + R2

Para o circuito de coletor, temos:

I2 = ICQ

Considerando as variações AC na saída como valor médio zero, a fonte deve fornecer uma corrente média, que é a corrente CC total drenada.

IF = I1 + I2

Portanto:

PF = VCC.IF

Eficiência do estágio:  = (PL(MAX)/PF) . 100%

onde:  = eficiência do estágio

PL(MAX) = potência máxima na carga, para CA

PF = potência CC de entrada

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Amplificador classo A – Prof. Edgar Zuim

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