48 PROFESSOR ÂNGELO ANTÔNIO LEITHOLD - 10 OS AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA EM CLASSE B

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHONOTAS DE AULA 10 OS AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA EM CLASSE BOS AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA EM CLASSE B está licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0© 1 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Os amplificadores push-pull usam dois transistores “complementares" ou correspondentes, um sendo do tipo NPN e o outro do tipo PNP com ambos os transistores de potência recebendo o mesmo sinal de entrada juntos que é igual em magnitude, mas em fase oposta entre si . Isso resulta em um transistor amplificando apenas uma metade ou 180o do ciclo da forma de onda de entrada, enquanto o outro transistor amplifica a outra metade ou 180 graus restantes do ciclo da forma de onda de entrada com as “duas metades” resultantes sendo colocadas juntas novamente no terminal de saída. Então, o ângulo de condução para este tipo de circuito amplificador é de apenas 180° ou 50% do sinal de entrada. Esse efeito de empurrar e puxar semiciclos alternados pelos transistores dá a esse tipo de circuito o nome de “push-pull”, mas é mais conhecido como Amplificador Classe B.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O circuito acima mostra um amplificador de Classe B padrão que usa um transformador de entrada com derivação central balanceada, que divide o sinal da forma de onda de entrada em duas metades iguais e que estão 180° defasadas uma com a outra. Outro transformador com derivação central na saída é usado para recombinar os dois sinais, fornecendo maior potência à carga. Os transistores usados para este tipo de amplificador push-pull de transformador são ambos transistores NPN com seus terminais emissores conectados juntos. A corrente de carga é compartilhada entre os dois dispositivos de transistor de potência à medida que diminui em um dispositivo e aumenta no outro ao longo do ciclo do sinal, reduzindo a tensão de saída e a corrente a zero. O resultado é que ambas as metades da forma de onda de saída agora oscilam de zero a duas vezes a corrente quiescente, reduzindo assim a dissipação. Isso tem o efeito de quase dobrar a eficiência do amplificador para cerca de 70%. Assumindo que nenhum sinal de entrada está presente, então cada transistor carrega a corrente de coletor quiescente normal, o valor da qual é determinado pela polarização de base que está no ponto de corte. Se o transformador for precisamente centralizado, as duas correntes do coletor fluirão em direções opostas (condição ideal) e não haverá magnetização do núcleo do transformador, minimizando assim a possibilidade de distorção. Quando um sinal de entrada está presente através do secundário do transformador de acionamento T1, as entradas da base do transistor estão em “anti-fase” entre si, conforme mostrado, portanto, se a base TR1 for positiva levando o transistor para condução pesada, sua corrente de coletor aumentará mas, ao mesmo tempo, a corrente de base do TR2 ficará negativa ainda mais no corte e a corrente do coletor deste transistor diminuirá na mesma proporção e vice-versa. Portanto, as metades negativas são amplificadas por um transistor e as metades positivas pelo outro transistor, dando esse efeito push-pull. Ao contrário da condição CC, essas correntes alternadas são ADITIVAS, resultando em dois semiciclos de saída sendo combinados para reformar a onda senoidal no enrolamento primário dos transformadores de saída, que então aparece na carga. A operação do amplificador Classe B tem polarização zero DC, pois os transistores são polarizados no corte, de modo que cada transistor conduz apenas quando o sinal de entrada é maior do que a voltagem do emissor-base. Portanto, na entrada zero, há saída zero e nenhuma energia está sendo consumida. Isso significa que o ponto Q real de um amplificador Classe B está na parte Vce da linha de carga, conforme mostrado abaixo.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O amplificador de classe B tem a grande vantagem sobre seus primos amplificadores de classe A em que nenhuma corrente flui através dos transistores quando eles estão em seu estado quiescente (ou seja, sem sinal de entrada), portanto, nenhuma energia é dissipada nos transistores de saída ou transformador quando não há sinal presente, ao contrário dos estágios do amplificador Classe A, que exigem polarização de base significativa, dissipando assim muito calor – mesmo sem sinal de entrada presente. Portanto, a eficiência geral de conversão (η) do amplificador é maior do que a do equivalente Classe A, com eficiências atingindo o máximo de 70% possível, resultando em quase todos os tipos modernos de amplificadores push-pull operados neste modo Classe B. Uma das principais desvantagens do circuito amplificador Classe B acima é que ele usa transformadores com derivação central balanceada em seu projeto, tornando sua construção cara. No entanto, há outro tipo de amplificador Classe B, chamado Amplificador Classe B de Simetria Complementar, que não usa transformadores em seu projeto, portanto, não usa transformador, usando, em vez disso, pares complementares ou correspondentes de transistores de potência. Como os transformadores não são necessários, isso torna o circuito do amplificador muito menor para a mesma quantidade de saída, também não há efeitos magnéticos parasitas ou distorção do transformador para afetar a qualidade do sinal de saída. Um exemplo de circuito amplificador Classe B “sem transformador” é fornecido abaixo.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O circuito amplificador de Classe B acima usa transistores complementares para cada metade da forma de onda e, embora os amplificadores de Classe B tenham um ganho muito alto do que os tipos de Classe A, uma das principais desvantagens dos amplificadores push-pull de classe B é que eles sofrem de um efeito conhecido comumente como distorção cruzada. Esperamos que nos lembremos de nossos tutoriais sobre transistores que leva aproximadamente 0,7 volts (medido da base ao emissor) para fazer um transistor bipolar começar a conduzir. Em um amplificador puro de classe B, os transistores de saída não são “pré-polarizados” para um estado de operação “LIGADO”. Isso significa que a parte da forma de onda de saída que cai abaixo desta janela de 0,7 volts não será reproduzida com precisão como a transição entre os dois transistores (quando eles estão trocando de um transistor para o outro), os transistores não param ou começam a conduzir exatamente no ponto de cruzamento zero, mesmo que sejam pares especialmente combinados. Os transistores de saída para cada metade da forma de onda (positiva e negativa) terão, cada um, uma área de 0,7 volt na qual não estão conduzindo. O resultado é que ambos os transistores são desligados “OFF” exatamente ao mesmo tempo. Uma maneira simples de eliminar a distorção cruzada em um amplificador Classe B é adicionar duas pequenas fontes de tensão ao circuito para polarizar ambos os transistores em um ponto ligeiramente acima de seu ponto de corte. Isso nos daria o que é comumente chamado de circuito amplificador Classe AB. No entanto, é impraticável adicionar fontes de tensão adicionais ao circuito do amplificador, de modo que as junções PN são usadas para fornecer a polarização adicional na forma de diodos de silício.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Sabemos que precisamos que a voltagem do emissor da base seja maior do que 0,7v para um transistor bipolar de silício começar a conduzir, então se fossemos substituir os dois resistores de polarização do divisor de voltagem conectados aos terminais da base dos transistores por dois diodos de silício. A tensão de polarização aplicada aos transistores seria agora igual à queda de tensão direta desses diodos. Esses dois diodos são geralmente chamados de diodos de polarização ou diodos de compensação e são escolhidos para corresponder às características dos transistores correspondentes. O circuito abaixo mostra a polarização do diodo.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O circuito do amplificador da Classe AB é um meio-termo entre as configurações da Classe A e da Classe B. Essa tensão de polarização de diodo muito pequena faz com que ambos os transistores conduzam levemente, mesmo quando nenhum sinal de entrada está presente. Uma forma de onda de sinal de entrada fará com que os transistores operem normalmente em sua região ativa, eliminando assim qualquer distorção cruzada presente em designs de amplificador Classe B puros. Uma pequena corrente de coletor fluirá quando não houver sinal de entrada, mas é muito menor do que para a configuração de amplificador Classe A. Isso significa que o transistor estará “LIGADO” por mais de meio ciclo da forma de onda, mas muito menos do que um ciclo completo, dando um ângulo de condução entre 180o a 360o ou 50% a 100% do sinal de entrada, dependendo da quantidade de polarização adicional usada. A quantidade de tensão de polarização do diodo presente no terminal base do transistor pode ser aumentada em múltiplos adicionando diodos adicionais em série. Os amplificadores de classe B são muito preferidos em relação aos designs de classe A para aplicações de alta potência, como amplificadores de potência de áudio e sistemas de PA. Como o circuito amplificador classe A, uma maneira de aumentar bastante o ganho de corrente (Ai) de um amplificador push-pull Classe B é usar pares de transistores Darlington em vez de transistores únicos em seu circuito de saída.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas, incluindo astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia¹².Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987, com uma tese sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul¹. Além disso, ele realizou um pós-doutorado em Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 1992¹. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)¹. Ele é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região¹².

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CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO

PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD - NOTAS DE AULA O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.

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