Design de Amplificador: Noções Básicas

Os amplificadores são um dos principais blocos de construção dentro dos circuitos eletrônicos, principalmente os analógicos, onde proporcionam um aumento no nível do sinal.

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Os conceitos de design do amplificador incluem:
Conceitos básicos | Classes de amplificadores

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Um amplificador é um termo usado para descrever um circuito que aumenta o nível do sinal que entra nele.

Os amplificadores são usados ​​em uma variedade de áreas, desde aplicações de áudio até aplicações de radiofrequência.

No entanto, para todos os amplificadores, seja CC, áudio, frequência de rádio, sinal pequeno, sinal grande ou qualquer outra aplicação, há muitas considerações comuns.

Amplificadores eletrônicos podem ser classificados de várias maneiras. Eles podem oferecer impedâncias de entrada altas, impedâncias de saída baixas, eles podem ter uma variedade de polarizações e modos operacionais diferentes. Alta potência, baixo ruído, classe A, classe B, classe C e assim por diante. Cada tipo é escolhido para atender a uma aplicação diferente.

Símbolo do circuito amplificador

O símbolo do amplificador normal é um triângulo e, dentro dos diagramas de blocos gerais, ele geralmente está incluído em um quadrado, conforme mostrado abaixo.

Freqüentemente, o símbolo do amplificador, especialmente quando usado dentro de um circuito, é representado apenas como um triângulo como abaixo.

Este segundo símbolo é normalmente usado para denotar um amplificador operacional ou amplificador operacional dentro de um circuito.

Noções básicas de design de amplificador

Um amplificador pode ser feito de várias maneiras. Eles podem usar transistores bipolares, transistores de efeito de campo e até mesmo válvulas termiônicas/tubos de vácuo. Os amplificadores podem ser incluídos em alguma forma de bloco de circuito ou circuito integrado. Eles podem até estar na forma de amplificadores operacionais, amplificadores operacionais.

Um amplificador pode ser considerado como um bloco que possui dois terminais de entrada e dois terminais de saída. Como a ligação à terra é normalmente comum à entrada e à saída, existem frequentemente apenas três terminais: entrada, saída e o comum.

Um amplificador tem três propriedades principais:

• Resistência de entrada – R _in :   A resistência de entrada é a resistência que é vista por uma fonte de sinal quando aplicada à entrada do amplificador. A resistência de entrada se tornará uma carga para a fonte. O caso onde a carga é puramente resistiva é um caso especial, e mais normalmente será uma impedância. No entanto, para os fins desta explicação, será considerado resistivo.A resistência de entrada pode ser facilmente determinada medindo a corrente e a tensão de entrada e usando a lei de Ohm para determinar a resistência.
• Resistência de saída – R _out   A resistência de saída é a resistência que pode ser considerada dentro do amplificador conforme mostrado abaixo. Ele formará uma rede divisora ​​de potencial com qualquer carga aplicada ao amplificador. Novamente, a saída terá elementos indicativos e capacitivos, o que significa que será uma impedância, mas para a maioria das aplicações de baixa frequência e por esta explicação, pode ser considerada resistiva.A resistência de saída pode ser determinada medindo a tensão de saída em uma condição sem carga e, em seguida, em uma condição carregada, ou seja, com a carga aplicada. Conhecendo a tensão de circuito aberto e a resistência de carga e a queda de tensão na resistência interna sob carga, é possível determinar a resistência de saída da fonte.
• Ganho:   O ganho do amplificador é obviamente um elemento chave do seu desempenho.

Normalmente, o ganho de tensão, A _V é o principal fator de interesse. Isso é definido como a tensão de saída dividida pela tensão de entrada:

Muitas vezes, dentro de um amplificador, a forma de onda pode ser invertida, e isso é representado pelo fato de que o ganho é negativo. Ou seja, se o amplificador tivesse um valor absoluto de ganho de 5, mas invertesse o sinal, para uma entrada de 1 volt a saída seria – 5 volts, e entrando na equação isso daria um ganho de -5 .

Também é possível ter ganho de corrente dentro de um circuito. Isso é particularmente útil quando é necessário conduzir uma carga de baixa impedância. É necessário que o nível de corrente seja aumentado, muitas vezes mantendo a mesma tensão. Circuitos como seguidores de emissor de transistor bipolar, seguidores de fonte FET, buffers de amplificador operacional com 100% de feedback e, para isso, usando válvulas / válvulas, os circuitos usados ​​para isso são tipicamente seguidores de cátodo.

• Ao usar um circuito para fornecer ganho de corrente, geralmente é necessário garantir que o circuito tenha capacidade de acionamento suficiente. Embora o circuito possa fornecer o nível de ganho de corrente para baixos níveis de corrente, em alguns casos eles podem não ser capazes de fornecer altos níveis de corrente que podem ser necessários em alguns casos. Usando um exemplo muito óbvio, um pequeno buffer de amplificador operacional não seria capaz de conduzir sozinho um alto-falante grande.

Ganho de potência e design do amplificador

Às vezes é útil definir o ganho de potência fornecido por um amplificador ao testar ou projetar um. Isso geralmente é de grande interesse para amplificadores de RF, especialmente aqueles usados ​​em transmissores.

Como a potência é a tensão multiplicada pela corrente em um circuito, o ganho de potência pode ser simplesmente expresso como o produto dos dois.

Ao especificar o ganho de potência de um amplificador, é normal expressá-lo em decibéis:

Também é possível usar os níveis de tensão e corrente para fornecer ganho expresso em dB, mas qualquer alteração na impedância deve ser considerada.

Nota sobre o decibel:

O decibel, um décimo de Bel, é uma forma logarítmica de comparar dois níveis de potência. Como muitas quantidades em eletrônica variam em grandes quantidades, esse formato logarítmico é muito útil.

Leia mais sobre o decibel.

Eficiência do amplificador

Um dos principais parâmetros de projeto para qualquer amplificador é sua eficiência. Isso pode ser particularmente importante para equipamentos alimentados por bateria, onde a duração da bateria é importante.

A eficiência do amplificador é essencialmente a potência de saída dividida pela potência de entrada. Normalmente, a potência de entrada é considerada a potência CC aplicada para alimentar o amplificador .

A eficiência também é expressa em porcentagem. Desta forma, a eficiência básica do amplificador olhando apenas para a entrada DC pode ser tomada da seguinte forma:

O nível de eficiência de um amplificador dependerá de uma série de fatores, incluindo a classe do amplificador, quão perto dos trilhos o sinal de saída se estende, perdas dentro do circuito, etc.

classes de amplificadores

Referências a classes de amplificadores, incluindo Classe A, Classe B, Classe C, Classe AB e outras, serão frequentemente vistas ao investigar a forma do amplificador. Ao projetar um amplificador, a classe geralmente é um item que aparecerá no início do ciclo de design.

Ao alterar a forma como um amplificador é polarizado, é possível alterar a forma como funciona e melhorar o nível de eficiência, mas muitas vezes à custa da quantidade de distorção criada.

Algumas das principais classes de amplificadores estão listadas abaixo:

• Classe A:   Para um amplificador classe A, ele é polarizado para que conduza durante todo o ciclo da forma de onda. Ele fornece uma saída linear com a menor distorção, mas também possui o menor nível de eficiência. A eficiência teórica máxima é de 50%, mas esse nível raramente é alcançado e níveis de eficiência de 20% ou menos não são inesperados.
• Classe B:   Um amplificador classe B é polarizado de modo que conduz mais da metade da forma de onda. Usando dois amplificadores, cada um conduzindo nossa metade da forma de onda, o sinal completo pode ser coberto. A eficiência é muito maior, mas o amplificador classe B sofre com o que é chamado de distorção cross-over, onde uma metade do amplificador desliga e a outra entra em jogo. Isso resulta de não-não-linearidades que ocorrem perto do ponto de desligamento. Embora a eficiência teórica máxima de um amplificador classe B seja de 78,5%, os níveis de eficiência típicos são muito mais baixos.
• Classe AB:   Como seria de esperar, um amplificador Classe AB fica entre a Classe A e a Classe B. Ele procura superar a distorção de cruzamento ligando levemente os transistores em seu estado quiescente, de modo que eles conduzam por pouco mais da metade do ciclo, superando assim a distorção do crossover.
• Classe C:   Um amplificador Classe C é polarizado de modo que conduz muito menos do que meio ciclo. Isso dá origem a níveis muito altos de distorção, mas também permite que níveis de eficiência muito altos sejam alcançados. Este tipo de amplificador pode ser usado para amplificadores de RF que carregam um sinal sem modulação de amplitude – ele pode ser usado para modulação de frequência sem problemas. Os harmônicos criados pelo amplificador funcionando efetivamente em saturação podem ser removidos por filtros na saída. Esses amplificadores não são usados ​​para aplicações de áudio devido ao nível de distorção.

Existem outras classes de amplificadores, mas estas adotam algumas técnicas ligeiramente diferentes.

Leia mais sobre . . . . Classes de Amplificadores.

Amplificadores são um dos circuitos mais usados ​​- eles são usados ​​para áudio, CC, radiofrequência e muitas outras aplicações. Eles são um dos circuitos analógicos mais comuns. Existe uma variedade enorme de circuitos, sejam usados ​​com amplificadores operacionais, transistores bipolares, FETs ou até mesmo as antigas válvulas termiônicas/válvulas a vácuo.

Quaisquer que sejam os dispositivos usados ​​no circuito, os princípios básicos são os mesmos e podem ser aplicados em qualquer tipo de dispositivo usado.

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