Esquemas Eletrônicos

Os amplificadores são normalmente operados com dois tipos diferentes de tensões e ambos são importantes e necessários.

Uma das tensões é a tensão contínua de operação para operar os dispositivos amplificadores. Nos capítulos anteriores, você estudou estas tensões contínuas. Você conhece as polaridades das tensões necessárias para cada tipo de dispositivo amplificador. Você conhece, também, os métodos para obter a tensão contínua de polarização para operar cada tipo de dispositivo amplificador. Estes assuntos foram abordados nos capitulos anteriores.

Neste capítulo, você irá aprender a segunda tensão presente num amplificador. E o sinal de corrente alternada.

Os técnicos têm diversas maneiras de se referir a amplificadores. Se um amplificador for usado para transformar a fraca tensão de um sinal em forte tensão de sinal, é chamado de amplificador de tensão. Se o amplificador mudar a tensão de um sinal numa corrente de um nível bastante elevado para operar um transdutor, é chamado de amplificador de potência.

Os nomes classe A, classe B, e classe C referem-se á maneira pela qual o dispositivo amplificador é polarizado. Como você irá aprender no decorrer deste capítulo, os amplificadores da classe A não são sempre melhores que os amplificadores da classe B.

Os termos acoplamento RC, acoplamento por impedância, acoplamento por transformador e acoplamento direto referem-se à maneira com que o sinal é passado de um estágio amplificador para o próximo amplificador. Os métodos de acoplamento dos amplificadores serão estudados num próximo capítulo.

Os amplificadores podem também ser identificados de acordo com o tipo de sinal amplificado. Desta forma, temos amplificadores de áudio e amplificadores de radiofreqüência para amplificar sinais de áudio ou de radiofreqüência.

Neste capítulo, você irá estudar as classes de amplificadores e os métodos de polarização relacionados com estas classes de amplificadores. Conforme mencionado anteriormente, você irá estudar os amplificadores em termos do sinal de corrente ai ternada. O que você irá aprender sobre classes de amplificadores é aplicável tanto a amplificadores de tensão, como a amplificadores de potência.

Um circuito amplificador típico de tensão e de potência será discutido neste capítulo. Um circuito com transístores bipolares é usado como exemplo. Como você pode ver, você já tem bastante treinamento para entender este amplificador de dois estágios. 

Muitos dos circuitos de polarização que você estudou para válvulas e transistores bipolares são também usados para transistores com efeito de campo. Exceções importantes são: a polarização por fuga de grade e polarização por contato. Nenhum destes dois circuitos de polarização é usado para polarizar transistores FET.

A Figura 1 mostra alguns exemplos de circuitos de polarização com transistores FET de canal N. O circuito ilustrado na Figura 1a pode ser usado somente com certos transistores com efeito de campo. Aqui, o transistor FET não tem polarização e este sistema pode ser usado somente em circuitos onde o sinal de entrada é muito pequeno. Aqui, mais uma vez, você não deve confundir-se com o arranjo do circuito. Este circuito é muito parecido com um circuito de polarização por contato para válvulas a vácuo.

Porém, lembre-se de que a polarização por contato depende de um pequeno fluxo de corrente de grade, e nos transistores JFET e MOSFET não se presume nenhum fluxo de corrente no circuito da porta. Lembre-se de que todos os transistores JFET possuem uma região de redução em volta da base. Esta região de redução, ilustrada na Figura 2, é presente. quer haja ou não um sinal de entrada.

Figura 1

A pequena quantidade de sinal de entrada no circuito da Figura 1a atinge a porta do transistor JFET através do capacitor de acoplamento C e é desenvolvida sobre o resistor de porta RB. Esta tensão de sinal aumenta e diminui o tamanho da região de redução em volta da porta, controlando assim o fluxo da corrente de dreno.

E preciso repetir que o sinal de entrada deve ser muito pequeno para o tipo de polarização indicado na Figura 1a. Se o sinal de entrada for grande demais, os picos de sinal irão causar polarização reversa na junção da porta e o transistor pode ser destruído.

Figura 2

Se algumas válvulas a vácuo forem operadas sem tensão de polarização, elas podem ser danificadas por causa do fluxo excessivo de corrente de placa. Se um transistor bipolar for operado sem polarização, o transistor é desligado porque é necessário haver um fluxo de corrente de base para obter um fluxo de corrente de coletor. Somente um transistor FET pode ser operado sem polarização, como na Figura 1a. Este circuito funciona tanto com transístores JFET de canal N e P como com transistores MOSFET tipo redução.

A Figura 1b mostra um transistor FET ligado a um tipo externo de polarização. A tensão de polarização negativa pode vir de uma bateria separada, de uma fonte de alimentação separada ou da tensão de controle automático de volume num receptor.

A Figura 1c mostra um circuito autopolarizado para um transistor FET. Este circuito é também chamado polarização automática ou polarizaçào de fonte. A corrente que flui através do resistor de fonte, indicada por uma seta, torna a fonte do transistor FET positiva com relação à terra. A porta está no potencial contínuo da terra, através do resistor RB. Portanto, a fonte é positiva com relação à porta. (Isto é uma outra maneira de dizer que a porta é negativa com relação á fonte.) Esta é a polarização necessária para um transistor JFET de canal N.

Para transístores MOSFET tipo aumento, a tensão da porta deve ter a mesma polaridade que a tensão de dreno. Desta forma, é semelhante a transístores bipolares pelo fato de a base e do coletor terem as mesmas polaridades de tensão. A Figura 1d mostra como um transistor MOSFET tipo aumento pode ser polarizado. Um componente de canal N está indicado e tanto a porta como o dreno devem ter urna tensão positiva para operação adequada. O dreno recebe sua tensão positiva através do resislor de carga R. A porta recebe sua tensão positiva de polarização através do resistor deporta R1.

Ao invés de um único resistor, conforme indicado na Figura 1d, é possível usar um divisor de tensão Para um divisor de tensão R1 e R são usados.

Na Tabela  são indicados os diversos tipos de polarização usados para dispositivos amplificadores.

Tabela

Resumo

1. Para sinais de entrada de amplitude muito baixa, um transistor FET pode ser operado sem nenhuma polarização.
2. O circuito sem polarização funciona tanto para transistores .JFET como para transistores MOSFET tipo reducão.
3. Um transistor FET pode ser polarizado com uma bateria separada.
4. Um transistor FET pode ser polarizado com uma fonte de alimentação separada.
5. Uma tensão de controle automático de volume (ou controle automático de ganho) pode ser usada para polarizar um transistor FET.
6. Autopolarização pode ser usada com um transistor FET. Um resistor de fonte é usado e sua operação é semelhante ao uso de um resistor de polarização de catodo
   para operação de uma válvula.

A polarização por controle automático de volume pode ser usada com transistores, assim como com válulas a vácuo. Porém, existe uma diferença importante entre os circuitos de válvulas e os circuitos de transistores no caso da polarização com controle automático de solume. Para entender esta diferença, é preciso referir-se á Figura 1.

Figura 1

A Figura 1a é um gráfico da tensão de grade de uma válvula a vácuo verso o ganho desta válvula. Quando a tensão de polarização d grade for ajustada a 1 volt, o ganho do amplificador está no ponto b. O ponto importante sobre o gráfico na Figura 1a é que, conforme a tensão de polarização da grade for tornada mais negativa, o ganho diminui.

A Figura 1b mostra um exemplo de gráfico da corrente de polarização da base de um transistor bipolar verso seu ganho. Conforme a corrente de polarizaçào da base aumenta de O a 2 miliampéres, o ganho do transistor aumenta. Quando a polarização for aumentada além de 2 miliampêres, o ganho do transistor começa a diminuir. Isto significa que o ganho do transistor irá aumentar, conforme você aumenta a corrente de polarizacão da base até um certo ponto. Depois deste ponto, o ganho diminui conforme você continua aumentando a corrente de polarização da base.

Se um transistor num rádio for polarizado por controle automático de volume, dc tal forma que a diminuição na corrente de polarização da base cause uma diminuição no ganho, a condição é conhecida como controle auto,nático de volume reverso. Isto está indicado na área sombreada da cura da Figura 1h. Se um aumento da corrente de polarização causar uma redução do ganho, isto é chamado controle automático de volume direto.

Uma comparação entre a polarização em válvulas e a polarização de transistores bipolares pode ser feita agora. Existem seis métodos para polarizar válvulas: polarização por bateria, polarização por fonte de alimentação, polarização por contato, polarização de catodo (também chamada de autopolarização ou polarização automática), polarização por fuga de grade e polarização por controle automático de volume ou controle automático de ganho).

Os transistores podem ser polarizados com polarização por bateria, polarização por fonte (te alimentação, polarização simples, polarização por divisor (Je ten são e polarização por controle automático (te volume (ou controle automático de ganho).

Os transistores bipolares não são polarizados pelos seguintes métodos: polarização por contato, auto polarização ou polarização por fuga de grade.

Resumo

• Na maioria dos circuitos de ‘válvulas, não há fluxo de corrente no circuito de grade.
• Num circuito de transistores bipolares, a corrente deve fluir no circuito da base.
• Baterias separadas podem ser usadas para obter a tensào de polarização da base e a tensão do coletor.
• Fontes de alimentação separadas podem ser usadas para obter a tensão de polarização da base e a tensão do coletor.
• A tensào de polarizaçào da base pode ser obtida de um simples resistor ligado entre a base e a fonte de alimentação. Isto é chamado polarização simples.
• Um disisor de tensão pode ser usado para obter a tensão da base necessária para polarizar um transistor.
• Um transistor pode ser polarizado com uma tensão de controleautomático de volume (ou de controle automático de ganho).
• Se uma redução de corrente de polarização da base do controle automático de volume causa uma redução no ganho do amplificador transistorizado. isto é chamado controle automático de volume reverso.
• Se um aumento da corrente de polarização da base do controle automatico de volume causa uma redução no ganho do amplificador transistori,ado. isto é chamado controle automático de volume direto.
• Os transistores nào são polarizados pelos seguintes métodos: polarizacão de contato, autopolari7açào ou polarização por fuga de grade.
• Existem seis métodos para polarização de válvulas e apenas cinco metodos para polarização de um transistor.

Nos circuitos indicados nas Figuras 1 e 2, uma única fonte de alimentaçào é usada para obter tanto a polarização da base como a tensão do coletor. E também possísel usar duas fontes separadas para esta finalidade.

Figura 1

Figura 2

A Figura 3 mostra como um transistor NPN pode ser energizado usando uma bateria para o circuito da base e uma para o circuito do coletor. O sinal de entrada é fornecido através do capacitor C e desenvolvido sobre o resistor R1. A bateria E1 coloca uma tensão positiva sobre a base, com relação ao emissor. Portanto, há um fluxo de corrente base-emissor. O resistor R2 é o resistor de estabilização do emissor, mencionado anteriormente.

Figura 3

A corrente do coletor é obtida com uma tensão positiva sobre o coletor do transistor. Esta corrente flui através do resistor de carga R3. Num amplificador a tensão do sinal de saída será também desenvolvida sobre este resistor.

A desvantagem do circuito da Figura 3 é que duas baterias diferentes são necessárias, de modo que não é um circuito usado freqUentemente. Porém, você poderá ver este arranjo em alguns circuitos básicos para amadores.

Duas fontes de alimentação separadas podem ser usadas em vez das duas baterias indicadas na Figura 3. Como no caso das baterias, esta conexão estaria cara e portanto, é raramente usada.

A maioria dos transistores bipolares que você encontra em circuitos amplificadores é polarizada pelo metodo indicado na Figura 1. Isto é chamado polarização por divisor de tensão. Ambos os circuitos na Figura 1 são eletricamente idênticos. A única diferença entre os dois está na maneira em que os circuitos estão desenhados. (Indicamos apenas um transistor NPN.)

Figura 1

Em ambos os circuitos, os resistores R1 e R2 são ligados diretamente sobre a bateria E. Haverá uma queda de tensão sobre cada resistor de modo que a tensão na base do transistor tem atualmente algum valor positivo acima do potencial da terra para um transistor NPN. O valor da tensão positiva na base depende dos valores de R1 e R2. A seta ao lado de R2 mostra a direção do fluxo de elétrons no circuito. Isto explica a tensão positiva sobre a base que, por sua vez, causa a corrente de polarização direta base-emissor necessária.

O resistor R3 é um resistor de carga do coletor. A tensão de sinal será desenvolvida sobre este resistor num circuito amplificador, O resistor R4 é o resistor de proteçãosemelhante a R3 na Figura 7-12.

Figura 2

Conforme dissemos, o sinal de entrada fornecido através do capacitor C aumenta e diminui a tensão da base. Isto altera a corrente da base, variando assim a corrente do coletor, através de R, de maneira amplificada.

Os transistores bipolares diferem dos transistores a válvula e de efeito-de-campo em muitos aspectos importantes. Tanto as válvulas quanto os efeitos-de-campo são mecanismos acionados a voltagem. Isso significa que a energia aplicada deve ter uma oltagem que controle a placa ou a cotrente condutora. Além disso, no funcionamento normal das válvulas e efeitos-de-campo não é comum haver fluxo corrente na placa ou na entrada.

A corrente básica de emissão deve fluir em um circuito transistor bipolar a fim de que a corrente coletora também o faça. Em outras palavras, o transistor funciona de tal maneira que a corrente ociosa não assinalada no circuito coletor é obtida somente se houver um fluxo corrente no circuito básico de emissão.

Figura 1

Um simples Circuito de polarização de base para um transistor bipolar está indicado na Figura 1. Apesar de um transistor NPN ser indicado na ilustração, o mesmo circuito básico é usado para transistores PNP. A única diferença está na polaridade das tensões aplicadas (negativas, tanto na base como no coletor). (O mesmo vale para todos os circuitos de transistores bipolares discutidos neste capítulo; isto é, transistores NPN são indicados apesar de que transistores PNP podem também ser usados se as polaridades da tensão forem invertidas.)

A base do transistor na Figura 1 está ligada à tensão positiva de alimentação através de R1. O coletor está ligado à tensão positiva de alimentação atravésde R2. Existe um caminho completo para a corrente através de R3, dentro do emissor do transistor e, em seguida, através de R1 e R2. Em operação normal, a corrente de base que flui através de R1 deve ser muito menor que a corrente do coletor em vazio. Aqui a polarização direta é fornecida pela corrente emissor-base, através de R3 e R1.

O sinal de entrada através do capacitor de acoplamento C aumenta e diminui a tensão da base. Isto, por sua vez, causa um aumento e uma diminuição da corrente de base. Variando a corrente de base causa também uma variação da corrente de coletor, porém por uma quantia amplificada.

O resistor R, não polariza o circuito transistorizado. Ele é chamado resistor de estabilização do emissor. Sua finalidade é proteger o transistor de uma corrente excessiva no circuito do coletor. Se, por alguma razão, a temperatura do transistor aumentasse acima de um certo limite, a resistência do transistor iria diminuir. Isto iria fazer a corrente do coletor aumentar para um valor muito elevado. Aumentando-se a corrente do coletor, iria causar maior aquecimento do transistor provocando uma queda adicional de sua resistência. Muito rapidamente, o transistor seria danificado pela alta corrente do coletor.

Quando R3 está ligado no circuito do emissor, qualquer aumento importante na corrente contínua irá causar um aumento na tensão do emissor. No transistor NPN indicado, ele torna o emissor mais positivo, com relação à terra. Num transistor NPN, o emissor deve ser negativo, com relação à base, para permitir um fluxo de corrente de coletor. Tornar o emissor mais positivo tem o mesmo efeito que tornar a base menos positiva. Isto reduz a corrente do coletor e impede a sobrecarga térmica.

O último tipo de polarização de grade a ser discutido está indicado na Figura 1. Para explicar este tipo de polarização, é necessário usar o diagrama de blocos de um simples receptor de rádio.

Figura 1

A antena apanha o sinal e fornece-o para um amplificador de sinal. O sinal amplificado por este estágio passa para um outro amplificador de sinal e, em seguida, para mais um amplificador de sinal. Todos os três amplificadores de sinal servem para a mesma finalidade: aumentar a tensão do sinal. Isto é necessário por causa do sinal recebido pela antena ser muito fraco. Um valor típico de amplitude de sinal seria 50 microvolis (; V) —isto é, 50 milionésimos de um volt. Um sinal tão fraco não pode ser usado para operar um alto-falante.

Um outro problema desagradável com a recepção de rádio é que estações diferentes podem ser recebidas com intensidades de sinal radicalmente diferentes. Isto tornaria necessário reajustar freqüentemente o controle de volume. Além disso, como no caso do rádio de automóvel, o volume de qualquer estação pode variar em diversas localizações. Também pode ocorrer uma condição de “fading” (diminuição repentina do volume do som), causando mudanças periódicas no volume do som.

Para ajudar a eliminar o problema de graus variás eis de volume, um circuito de controle automático de volume é usado nos aparelhos de rádio e de televisão). Refira-se mais uma vez à Figura 1. Parte do sinal de saída do último amplificador de sinal é retificada e filtrada da mesma forma como você retifica e filtra a tensão alternada da linha de distribuição de energia para obter uma tensão contínua. A tensão contínua neste caso é chamada tensão de controle automático de volume e é negativa. A tensão de controle automático de volume é fornecida para a grade do primeiro amplificador de sinal e é usada para controlar o ganho deste amplificador. Quanto mais negativa for a tensão da grade, menor será o ganho. Inversamente, quanto menos negativa for a tensão da grade, maior será o ganho.

A tensão de controle automático de volume é sempre tal que, quando o sinal é fraco, a tensão negativa de controle automático de volume é baixa, de modo que o ganho do primeiro amplificador de sinal é elevado, e, quando o sinal é forte, a tensão negativa de controle automático de volume é alta, de modo que o ganho do primeiro amplificador é baixo. O ganho do primeiro amplificador de sinal controla o volume do som no alto-falante.

Quase todos os receptores possuem um circuito semelhante àquele indicado na Figura 1. Em receptores de televisão não é chamado controle automático de volume. Ao invés, é chamado controle automático de ganho, uma vez que a ação controla a intensidade da imagem, assim como a intensidade do som.

Resumo

1.  Conhecer o método usado para obter polarização num dispositivo amplificador é um indício para entender a operação do circuito.
2. Alguns dos circuitos de polarização usados para válvulas irão também funcionar para transistores FET,
3. A polarização por bateria é obtida com uma bateria C. Uma bateria A é usada para a corrente do filamento e uma bateria B é usada para a tensão da placa.
4.  Urna fonte de alimentação separada pode ser usada para obter a tensão de polarização contínua.
5. A polarização por contato usa um valor alto de resistência para o resistor de grade para obter a tensão de polarização. Elétrons que batem na grade voltam para o catodo através deste resistor. A queda de tensão sobre o resistor da grade é chamada polarização de grade.
6. A polarização automática, também chamada de polarização de catodo ou auto- polarização, é obtida quando a corrente do catodo flui através de um resistor de
   catodo.
7.  polarização por fuga de grade, que é também chamada de polarização por sina!, é obtida usando o sinal de entrada para carregar o capacitor de acoplamento de entrada. Quando o sinal torna-se negativo, o capacitor descarrega-se através do resistor de grade, produzindo a polarização.
8. Existem dois pontos muito importantes a serem lembrados acerca da polarização por fuga de grade: (a) A corrente de grade deve fluir durante um curto período de tempo, durante cada alternância positiva para carregar o capacitor. (b) A perda do sinal de entrada significa perda da polarização por fuga de grade.
9. Normalmente, uma perda de polarização significa um fluxo excessivo de corrente de placa. Muitos tipos de válvulas podem ser danificadas se a polarização for
   perdida.
10. Um circuito de controle automático de volume é usado para polarizar o amplificador de um receptor de rádio. A polarização funciona para manter o som de
    saída constante apesar das variações da intensidade do sinal recebido.

Campo magnético de dois condutores paralelos.  Quando em cada um dos condutores paralelos estão passando correntes elétricas, de igual sentido, a tendência que se manifesta nos condutores é para aproximar um do outro até se juntarem. O motivo é evidente. Na Fig. 1 as linhas de força abraçam cada condutor, no mesmo sentido (regra do saca-rolhas) e o campo magnético resultante forma uma bainha de linhas de força, atuando como anéis elásticos estirados que tendem a juntar os dois condutores.

Figura 1

A atração, ao aproximar os condutores um do outro, reduz o comprimento do trajeto abcd, que as linhas de força precisam percorrer.

O campo independente que se origina ao redor de cada condutor é circular quanto à sua conformação, mas o campo magnético resultante tem, apenas, aproximadamente, a forma circular, como aparece na Fig. 1.

Na Fig. 2 vê-se o campo existente entre dois condutores em que as correntes circulam com sentidos opostos.

Figura 2

As linhas de força são ainda círculos, mas não concêntricos, entre si ou entre condutores. As linhas estão amontoadas entre os condutores e portanto, exercem sobre estes, um efeito de repulsão.

Além disto, quando os condutores se afastam, cresce, entre os mesmos, o espaço disponível à passagem das linhas de força e cada circuito magnético procura acomodar se satisfazendo a condição de que o fluxo seja máximo.

 Existe uma relação definida entre o sentido da corrente que atravessa um condutor e o sentido do campo magnético que o circunda.

São duas as regras simples com o auxílio das quais esta relação pode ser recordada.

A regra da mão. Agarre-se o condutor com a mão direita, com o polegar apontando no sentido da corrente; as pontas dos outros dedos correspondem à orientação das linhas de força (Fig. 1).

Figura 1

A regra do saca-rolhas.  Os sentidos da corrente elétrica e o das linhas do fluxo magnético podem ser relacionados: o da corrente, ao movimento de avanço do saca-rolhas e o do fluxo, ao sentido do movimento de rotação que se imprime ao saca-rolhas, quando está sendo introduzido.

Esta última regra é a mais comum e provavelmente a mais fácil de ser recordada

Não se deve, entretanto, inferir da marcha do saca-rolhas que as linhas de força estão em torno do condutor, em forma de espirais. Na realidade, elas se dispõem em planos paralelos entre si, perpendiculares ao eixo longitudinal do condutor.

Durante muito tempo se suspeitou que deveria haver uma correlação entre a eletricidade e o magnetismo; coube, entretanto a Oersted, em 1819, demonstrar não só sua existência como também a sua definida relação.

Figura 1

Quando se aproxima uma bússola de um condutor que está sendo atravessado por uma corrente elétrica, a agulha sofre um desvio, denunciando a presença de um campo magnético.

Observou-se ainda que a tendência da agulha é para situar-se em uma posição perpendicular à direção da corrente.

Figura 2

Se a agulha é colocada acima do condutor, aponta no sentido oposto ao indicado, quando esteve situada abaixo do mesmo condutor.

Figura 3

Uma observação mais prolongada mostra que o fluxo magnético existe sob a forma de círculos, em todo o contorno do condutor (isto se não houver outro campo magnético nas suas proximidades), como aparece nas Figs. 1, 2-e 3. Estes círculos têm seus centros coincidindo com o eixo longitudinal do condutor e seus planos lhe são perpendiculares.

No caso da corrente do condutor ter sua direção invertida, também a agulha imantada inverte o sentido para o qual aponta, o que demonstra que a orientação do campo magnético depende diretamente do sentido da corrente elétrica que percorre o condutor.

A Figura. 1 apresenta a relação entre o campo e a corrente.

O fato do fluxo magnético apresentar-se em círculos cujos planos paralelos são perpendiculares ao eixo longitudinal do condutor, explica o motivo da inversão da agulha da bússola quando deslocada de um ponto acima do condutor para outro situado abaixo deste, pois o sentido do fluxo, em cima, é o inverso do existente embaixo do condutor.

É o que se vê nas Figura. 2 e 3.

A experiência apresentada na Fig. 4 ilustra perfeitamente a interdependência existente entre o fluxo magnético e a corrente elétrica.

Figura 4

Um condutor, percorrido por uma corrente elétrica, é enfiado num papelão, de modo a atravessá-lo na perpendicular ao seu plano. A limalha de ferro que for espalhada sobre o papelão, dispõe-se logo em círculos concêntricos.

(Para se obter figuras bem precisas é necessário o emprego de uma corrente, com a intensidade mínima de 100 ampères.)

Se quatro ou mais bússolas forem dispostas como aparece na Fig. 160, indicarão, pela pontaria de suas agulhas, que as linhas magnéticas que envolvem o condutor são círculos que têm, como centro, o próprio eixo do fio portador da corrente.