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. 

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.

A operação dos transistores JFET e MOSFET tipo redução é muito semelhante à operação das válvulas a vácuo.

Quando usamos o termo transistor FET estamos nos referindo a ambos os transistores JFET e MOSFET. Iremos usar os termos transistor JFET e transistor MOSFET quando queremos referir-nos a um dispositivo específico. Tanto as válvulas a vácuo como os transistores FET usam uma tensão (sobre seus eletrodos de controle) para controlar a intensidade da corrente que flui através dos mesmos.

Figura 1

Porém, lembre-se de que todas as válvulas requerem uma tensão negativa sobre sua grade, mas alguns tipos de transistores FET requerem uma tensão positiva na porta. Em outras palavras, as polaridades da tensão de polarização podem não ser as mesmas para todos os tipos de dispositivos amplificadores. A Figura 1 mostra um exemplo de polarização sobre um transistor JFET de canal P. Vamos assegurar que a tensão de polarização na ausência de sinal nesta aplicação é + 3 volts. Isto é determinado por um resistor variável R sobre uma bateria. Neste caso, a tensão sobre R torna-se mais positiva, conforme você vai se afastando da terra.

Na Figura 1 a tensão de polarização na ausência de sinal é estabelecida em + 3 volts. Isto estabelece a corrente de dreno em 20 miliampères. Na Figura 1b, a tensão de polarização foi reduzida e isto aumenta a corrente de dreno. Lembre-se de que, num transistor JFET de canal P, quanto mais positiva for a tensão do bloqueio, menor é a corrente de dreno.

Na Figura 1c, a tensão de polarização foi aumentada para 4 volts. Isto reduz a corrente de dreno para 10 miliampères. Desta forma, a alteração na tensão de bloqueio causa alterações na corrente de dreno. Da mesma forma que na válvula uma pequena alteração na tensão de controle causa uma alteração relativamente importante na corrente que flui através do componente.

Em todos os dispositivos descritos, a corrente ou tensão de polarização estabelecem a intensidade da corrente que flui através do dispositivo. A corrente de saída foi sempre estabelecida, de modo que alterando a tensão de polarização irá aumentar ou diminuir a corrente de saída.

Resumo

1. Numa válvula a vácuo, uma pequena alteração na tensão da grade causa uma alteração importante na corrente de placa.
2. Num transistor bipolar, uma pequena alteração na corrente da base causa uma alteração importante na corrente de coletor.
3. Num transistor FET, uma pequena alteração da tensão da porta causa uma alteração importante na corrente de dreno.
4. As válvulas a vácuo e os transistores FET são dispositivos operados por tensão. Transistores bipolares são dispositivos operados por corrente.

A Figura  mostra como a tensão de polarização na grade de uma válvula a vácuo determina a corrente de placa e como a alteração desta tensão de polarização irá alterar a corrente de placa. Na Figura 1a, existe uma tensão negativa de polarização da grade determinada pelo resistor R. Neste circuito, o resistor é ligado como potenciômetro. O potenciômetro é um resistor variável ligado de tal forma que controla a tensão. Neste circuito, o resistor R controla a tensão da grade.

Figura 1

Uma vez que R está ligado diretamente sobre a bateria, uma corrente flui Continuamente através do mesmo. A queda de tensão sobre R é marcada como um sinal - ou +. Observe que o sinal + está no ponto de massa de modo que está no lado de catodo da válvula. Deslocando o braço do resistor, pode alterar a tensão da grade de o volts para um valor negativo máximo, com relação ao catodo.

O ajuste na Figura 1a é —2 volts. Isto é a tensão de polarização na ausência de sinal para a válvula. Como esta tensão de polarização de grade de —2 volts, a corrente de placa é de 20 miliampères (no circuito da Figura 1a a corrente em vazio é de 20 miliampères).

Na Figura 1b, o braço do resistor é deslocado para um ponto menos negativo da tensão sobre R. Nesta posição, a tensão da grade é — l volt. Tornando a tensão da grade menos negativa, faz a corrente de placa aumentar. Agora, a corrente de placa é de 30 miliampères. Observe que uma mudança de 1 volt sobre a grade produziu uma alteração de lO miliampéres de corrente na placa.

Na Figura 1c, o braço do resistor variável foi deslocado para o lado mais negativo da tensão sobre R. A tensão sobre a grade é agora de —3 volts. A tensão mais negativa da grade reduz a corrente de placa para 10 miliampères.

Neste circuito, presumimos que a tensão de polarização na ausência de sinal é de
—2 volts. Esta tensão de polarização estabelece a corrente de placa em vazio a 20 miliampères. Isto não é nem o valor máximo nem o valor mínimo da corrente que pode fluir através da válvula. Aumentando ou diminuindo a tensão da grade, permite aumentar ou diminuir a corrente da placa, conforme desejado.

Na prática, a tensao sobre a grade é variada por um sinal de entrada, em vez de o ser com um resistor variável. Porém, o princípio de operação é o mesmo.

Alguns dos dispositivos amplificadores exigem uma tensão de polarização positiva no eletrodo de controle, enquanto outros exigem uma tensão de polarização negativa.

Quando você estiver procurando defeitos num circuito eletrônico, um dos métodos importantes que irá usar consiste em medir a tensão de polarização. Será necessário que você saiba se esta tensão deveria ser positiva ou negativa, antes de medi-la.

Você deve esforçar-se para memorizar as polaridades das tensões sobre os vários eletrodos dos dispositivos amplificadores. Para tornar isto mais fácil, resumimos as tensões típicas na Figura 1. Todos os dispositivos amplificadores que exigem uma tensão positiva no eletrodo de controle são indicados na primeira coluna e aqueles que exigem uma tensão negativa sobre o eletrodo de controle são indicados na segunda coluna. Na mesma ilustração indicamos a polaridade da tensão sobre os eletrodos de controle, de saída e de entrada (catodo, emissor, fonte).

Figura 1

A tensão sobre o eletrodo de entrada é sempre considerada zero com referência às outras tensões sobre os eletrodos. Para alguns dispositivos como os transistores bipolares NPN, você irá notar um sinal positivo sobre a base e um sinal positivo duplo sobre o coletor.

Isto significa que as tensões do coletor e da base são positivas. Porém, o coletor é mais positivo que a base. A mesma relação existe para os transistores com efeito de campo do tipo aumento.

Resumo

1. Válvulas e transistores não são operados continuamente à corrente contínua máxima de saída.
2. A tensão contínua de polarização na grade de uma válvula a vácuo determina o valor da corrente contínua de placa.
3. A corrente contínua de placa será menor que o valor máximo possível quando existe uma polarização contínua da grade.
4. A corrente contínua de polarização que flui no circuito da base de um transistor bipolar determina o valor da corrente contínua do coletor.
5. A corrente contínua do coletor será menor que o valor máximo possível quando há uma corrente continua normal de polarização da base.
6. A tensão contínua de polarização de um transistor FET será menor que o valor da corrente contínua de dreno.
7. A corrente contínua de dreno de um transistor FET será menor que o valor máximo possível quando há uma tensão contínua normal de polarização da porta.
8. Uma vez que a corrente contínua de saída é menor que o valor máximo possível, a mesma pode ser aumentada ou diminuída por um sinal.

Uma das coisas que você deve saber sobre os diodos é seu valor nominal TIP (TENSÃO INVERSA DE PICO). Os fabricantes fornecem o valor TJP dos diodo’ que fabricam. Essa é a tensão reversa máxima que pode ser aplicada sobre um diodo antes de ocorrer uma falha. Em outras palavras, é a tensão má”cima com anodo negativo e catodo positivo.

Quando ocorre uma falha o diodo conduz uma corrente de elétrons do anodo para o catodo. Sua capacidade retificadora é geralmente destruída quando isso ocorre.

E boa prática usar um diodo com um valor TIP maior daquele que você esperara colocar sobre ele. Se o diodo tiver uma tensão reversa sobre ele de 100 volts quando for ligado no circuito, deveria então usar um diodo com um valor T1P de 200 sob pelo menos.

Figura 1

Figura 2

Você pode necessitar de uma tensão de pico inversa maior do que aquela obtida com qualquer dos diodos disponíveis. Você pode obter um valor TIP maior ligando os diodos em série.

A Figura 1 mostra como os diodos são ligados em série. Se um diodo nesse circuito tiver um valor TIP de 100 volts e outro tiver também um valor TIP de 100 volts, a capacidade de tensão inversa de pico da combinação é então a soma, ou seja, 200 volts.

Além do valor TlP, os fabricantes também caracterizam os diodos pela corrente máxima direta que podem produzir com segurança. A corrente máxima de condução é a maior corrente que você pode permitir quando o diodo é polarizado diretamente (anodo positivo e catodo negativo. Você pode precisar de um valor maior de corrente de condução do que pode ser obtido com qualquer dos diodos disponíveis. isso pode ser feito ligando os diodos em paralelo como indicado na Figura 2. Aqui um diodo na combinação paralela possui capacidade de corrente direta de 1/2 ampère e o outro tem também a capacidade de corrente direta de 1/2 ampère. Quando os dois forem ligados em paralelo, a corrente direta máxima permissível para a combinação dos dois diodos é de um ampère.

Quando os diodos forem ligados em paralelo, conforme indicado na Figura 2, sua tensão inversa de pico é igual ao valor TIP mais baixo da combinação. Por exemplo, vamos supor que um diodo possua um valor TIP de 50 volis e um outro um valor TIP de 100 volts. Quando forem ligados em paralelo, o valor TIP dos dois será de 50 volts.

Figura 2

É possível obter até mais de duas seres a tensão de entrada nos circuitos retificadores e no capacitor. Você pode ver um exemplo similar na Figura 1. Esse circuito consiste num duplicador de tensão de meia onda composto pelos capacitores C1 e C2 e dos diodos D e D. A única diferença com o duplicador de meia onda da Figura 2a é que o diodo 1)3 e o capacitor C foram acrescentados. A tensão sobre o capacitor C2 serão dobro da tensão de linha, conforme explicado anteriormente. O capacitor C3 carrega até o valor máximo da tensão nos meios ciclos quando o ponto a é negativo com relação ao ponto b. As setas mostram o caminho da corrente de carga para C3. A tensão alternada máxima sobre C3 mais o dobro da tensão alternada sobre C2 adicionam-se para formar três vezes a tensão alternada máxima sobre os terminais de saída.

Figura 1

Figura 2a

A figura 1 mostra dois circúitos de retificadores que proporcionam uma tensão de saída que é aproximadamente duas vezes a tensão do pico da tensão de entrada sobre os pontos a e b.

A Figura 1a mostra um circuito duplicador de tensão de meia onda. Durante o primeiro meio ciclo o onto a é positivo com relação ao ponto b o diodo D1 e liga o diodo D2. O fluxo de elétrons para esse meio ciclo é indicado pelas setas pontilhadas. Essa corrente carrega o capacitor C2 até o ciclo é indicado pelas setas pontilhadas. Essa corrente carrega o capacitor C2 até o valor máximo da tensão sobre os pontos a e b.

No meio ciclo seguinte o ponto a é negativo com relação ao ponto b. Durante esse meio ciclo a tensão positiva no ponto b liga o diodo D1 e desliga o diodo D2. O fluxo dos elétrons está indicado pelas setas cheias. Esse fluxo de corrente de elétrons carrega o capacitor C1 até o valor máximo da tensão sobre os pontos a e b. O resistor R1 limita o valor da corrente de maneira que a capacidade da corrente dos diodos não seja ultrapassada.

Quando D1 conduz elétrons você deve lembrar que o capacitor C1 está carregado para o valor máximo da tensão da linha. Esse capacitor segura a voltagem máxima durante a metade do ciclo na qual o diodo D1 não está conduzindo. A polaridade da tensão sobre C1 não está indicada. Você poderá notar que a tensão está em série com a tensão sobre o secundário quando o ponto a é positivo em relação á tensão sobre o ponto 1,. O gráfico adicional da Figura 1a mostra que as duas tensões se adicionam. A tensão total (Ec1 + Es,,) é aplicada quando o diodo D é condutor, de modo que C2 carrega ao dobro do valor máximo da tensão sobre o secundário do transformador.

Se você medir a tensão sobre o secundário do transformador com um voltímetro decorrente alternada e encontrar a tensão do secundário igual a 100 volts, pode pensar que a tensão sobre o capacitor C2 será de 200 volts. Isso não é verdade. Lembre-se de que, quando você mede uma tensão alternada com voltímetro, está medindo o valor rms. Os capacitores são carregados para o valor máximo. O valor máximo é igual a 1,414 vezes esse valor rms. Entretanto, se você mede 100 volts sobre o secundário do transformador com um voltímetro, o valor máximo é 1,414 x I00,ou seja, 141 volts. A tensão de saída sobre C2 será o dobro de 141 volts, ou seja 282 volts.

O circuito da Figura 1a é considerado um duplicador de meia onda em razão da tensão sobre a saída (que também e a tensão sobre C) ser produzida somente durante a metade do ciclo de fornecimento de energia.

O circuito da Figura 1b é um circuito duplicador de tensão de onda completa. Na primeira metade do ciclo, o ponto a torna-se positivo com relação ao ponto b. O diodo D1 está ligado pela tensão positiva, enquanto D2 está desligado. O caminho de condução está indicado pelas setas pontilhadas. O capacitor C2 é carregado até a tensão máxima sobre a e h durante esse meio ciclo.

Figura 1a

No segundo meio ciclo o ponto a torna-se negativo com relação ao ponto h. A tensão negativa no ponto a torna inoperante o diodo D e torna condutor o diodo D1. O caminho condutor é indicado pelas setas cheias. O capacitor C1 carrega até a tensão máxima sobre a e li durante esse meio ciclo.

A tensão sobre a saída da fonte de alimentação é a soma das tensões sobre os capacitores. Essa tensão é obtida adicionando as duas tensões dos capacitores em séries de forma muito semelhante à adição de tensões de bateria que você pode ser no desenho anexo.

Se a tensão de entrada sobre os pontos a e b no duplicador de onda completa da Figura 1b for medida e achado ser de 100 volts, a tensão de saída será de 282 volts. Lembre-se, um voltímetro mede o valor eficaz rms, porém os capacitores carregam até o valor máximo.

Figura 1b

Uma vantagem do duplicador de onda completa sobre o duplicador de meia onda é que a tensão de saída muda menos com variações da corrente de carga. Observe que na Figura 1a uma resistência baixa ligada sobre os terminais de saída não causará a descarga do capacitor C, para um valor baixo. Isso ocorrerá durante cada meio ciclo quando C2 não estiver carregado. Com o duplicador de onda completa, um ou outro dos dois capacitores (C1 e C,) está sendo carregado durante um dos dois meios ciclos de fornecimento de energia. Já que C1 e C2 são ligados em série e a carga é ligada sobre ambos, a carga não pode reduzir a tensão de saída de forma perceptível em nenhum momento.

Os circuitos duplicadores de tensão possuem a vantagem de produzir uma tensão contínua de saída importante para uma tensão alternada de entrada. Porém, esse tipo de circuito tem pouca regulagem, o que significa que a tensão de saída varia consideravelmente com alterações importantes na corrente de carga.

Uma fonte de alimentação não regulada fornece uma tensão e uma corrente de carga sobre os terminais de um circuito não regulado, haverá uma alteração de tensão sobre a carga. Haverá também uma alteração na intensidade da corrente através da carga.

Existem dois tipos de fontes de alimentação reguladas. Uma fonte de alimentação de tensão regulada possui a mesma tensão de saída independentemente da resistência da carga. Uma fome de alimentação de corrente regulada produz a mesma corrente de saída independentemente da resistência da carga.

Naturalmente, existe um limite para mudar a resistência da carga. Por exemplo, se você colocar um curto circuito (O ohm) sobre os terminais de saída de uma fonte de alimentação de tensão regulada, a tensão sobre os terminais cairá para zero. (Não pode haver queda de tensão sobre uma resistência de O ohm.)

A tensão de saída de uma fonte de alimentação regulada será constante sobre uma determinada faixa de valores da corrente de carga. O fabricante deve fornecer-lhe essa faixa de valores.

A corrente de saída de uma fonte regulada será constante sobre uma faixa determinada de valores da resistência de carga. Como no caso de fontes com voltagem regulada, o fabricante deve fornecer-lhe a faixa de valores.

Existem dois tipos de transdutores. Os Transdutores ativos e os transdutores passivos.
Se o transdutor gerar uma tensão que é relacionada com a quantidade de energia entrando num sistema, diz-se que é um Transdutor ativo. Um exemplo de um transdutor ativo é uma fotocélula que gera uma tensão que é diretamente relacionada com a quantidade de luz que incide sobre ela.

Para entender como funcionam transdutores ativos, será útil rever os 6 métodos básicos de gerar uma tensão. Estes estão ilustrados na Figura 1. O método indicado na Figura 2 a é por atrito; este método é usado para gerar eletricidade estática. Esfregando uma vareta de vidro com um pano de seda, faz com que tanto o pano como a vareta tornem-se eletrizados. Um outro exemplo de geração de eletricidade estática consiste em passar um pente através dos seus cabelos. Em dia seco, tanto o pente como os cabelos tornar-se-ão eletricamente carregados. Você pode ouvir as faíscas pulando entre o pente e os cabelos. Este método de gerar uma tensão não é usado com muita freqüência em transdutores ativos.

Um outro método de gerar uma tensão é por ação química. Isto está indicado na Figura 1b. Toda vez que dois tipos diferentes de metais são mergulhados em ácido ou solução de álcali, é gerada uma tensão entre eles. Isto, em princípio, é usado na fabricação de baterias e pilhas. Como o método de atrito, você irá ver que este método de gerar tensão não é usado freqüentemente na fabricação de transdutores.

Figura 1

No terceiro método, indicado na Figura 1 c, usa-se força ou pressão. Certos materiais, corno os cristais de quartzo ou sais de Rocheile e o tilanato de bário, irão gerar uma tensão sobre a superfície quando estiverem sob pressão ou sob a ação de uma força. Isto é chamado método piez.oelérrico de gerar tensão. O valor da tensão gerada depende da intensidade da força da pressão e também do tipo de material usado. As tensões geradas geralmente são muito pequenas. A Figura 1 b mostra o princípio da lei de Faraday; esta lei rege que, quando existe um movimento entre um campo magnético e um condutor, é gerada uma tensão. Um ímã permanente é deslocado para dentro e para fora de uma bobina, no desenho. Assim, é gerada uma tensão sobre os terminais da bobina. A intensidade da tensão depende do número das espiras de fio da bobina, da força do ímã e da velocidade de deslocamento do ímã.

A Figura 1 e mostra uma fotocélula energizada pela luz de uma lanterna. A fotocélula produz urna tensão de saída que depende da intensidade da luz incidente. A tensão depende também do tipo de material usado na fabricação de fotocélula.

A Figura 1 f mostra o método de gerar uma tensão pelo efeito Seebeck. Toda vez que a junçào de dois materiais diferentes for aquecida, é gerada uma tensão. O valor da tensão depende da quantidade de calor e também dos tipos de metais usados. A junção dos metais é chamada termopar.

Um dos métodos para gerar eletricidade nas Figuras 1 c, 1 d, 1 e, e 1 f é geralmente usado em transdutores atisos.

No transdutor passivo, a energia sentida pelo sensor produz alterações em resistência, capacitância ou indutância. Os transdutores passivos também devem ser ligados dentro do circuito que possua uma fonte de energia elétrica.

Resumo

1. O significado científico da palavra trabalho é a força exercida sobre uma certa distância. Matematicamente,                                                                                                                                                 trabalho força x distância.
2. Energia é definida corno a capacidade de realizar trabalho.
3. Um transdutor é um dispositivo que permite que a energia de um sistema controle a energia de um outro sistema.
4. A realização de medições de uma posição remota é chamada telemetria.
5. Os termos transdutor e sensor são intercambiáveis.
6. O transdutor ativo produz urna tensão de saída que está diretamente relacionada com a energia sentida.
7. Existem 6 métodos básicos de gerar uma tensão. Quatro destes métodos são usados na fabricação de transdutores ativos.
8. Um transdutor passivo produz urna alteração na resistência, capacitância ou indutância diretamente relacionada com a energia que está sendo medida.