Calculando uma etapa classe B - Push-Pul (M049)

Recentemente focalizamos em nossa seção para o projetista o procedimento para o cálculo dos componentes de polarização de uma etapa classe A. No entanto, sabemos que este não é o único tipo de circuito que encontramos nas aplicações práticas e que as etapas Classe B são bastante usadas, principalmente em circuitos de transmissores. Nesta edição focalizamos os procedimentos básicos para calcular uma etapa deste tipo.

 

Conforme podemos ver pela figura 1, num circuito amplificador com transistores bipolares polarizados de modo a ter uma operação em Classe B, cada transistor conduz num dos semiciclos do sinal.

 

Isso significa que cada transistor não só opera apenas metade do tempo de cada ciclo, ficando no corte na outra metade como exige-se o emprego de um transformador para a inversão de fase do sinal.

Na figura 2 mostramos que o ponto de funcionamento de cada transistor polarizado na Classe B é tal que ele conduz com apenas os semiciclos positivos.

 

 

Uma característica importante deste tipo de circuito está no fato de que na ausência do sinal de entrada a corrente de repouso é nula. Isso faz com que seu rendimento seja dos mais altos, sendo por isso uma configuração bastante utilizada nos amplificadores de alta potência (que no entanto exigem transformadores) e em transmissores.

A desvantagem no uso deste tipo de circuito está na necessidade do transformador e também na distorção que aparece no instante em que o transistor começa a conduzir  dada justamente a sua tensão de início de condução de 0,7 V conforme mostra a figura 3.

 

 

A seguir, damos os procedimentos básicos para o projeto de uma amplificadora de um pequeno transmissor de AM que opera em 1 MHz fornecendo uma potência de saída da ordem de 1 W.

 

Temos então:

 

Po = 1 Watt

 

O mesmo procedimento pode ser estendido para outros circuitos operando desde com sinais de áudio até de VHF na faixa de FM. É claro que os transistores com as características apropriadas devem ser usados.

 

O CÁLCULO

a)Começamos por determinar a máxima tensão entre coletor e emissor que os transistores usados podem suportar e também sua dissipação.

 

Usaremos transistores NPN do tipo BD135 cujas características são:

 

Vce(max) = 45 Volts

Ptot - 8 Watts

 

b) A seguir, selecionamos uma tensão de alimentação para a etapa que seja menor que a máxima suportada pelo transistor a ser usado. No nosso caso, para maior facilidade escolhemos 12 V.

 

Vcc = 12 V

 

c) Cálculo da impedância do enrolamento primário do transformador de saída.

Este é o transformador que vai ser ligado como como carga dos coletores dos transistores desta etapa:

 

 

d) Cálculo da impedância de secundário do transformador excitador. Normalmente esta impedância é dada como 2hie nos manuais dos transistores usados, mas para um circuito como o que indicamos pode-se normalmente adotar um valor de 15 a 20 vezes maior que o da impedância do primário do transformador de saída.

 

No nosso caso um valor entre 2k e 3k ohms proporciona resultados satisfatórios para uma operação boa.

 

A impedância de primário do transformador vai depender das características da fonte de sinal, ou seja, do circuito que vai excitar esta etapa.

 

e) Determinação do valor do resistor de emissor (Re) de cada transistor.

Estes resistores devem ser usados para se evitar a deriva térmica da etapa e podem ficar normalmente entre 1 e 10 ohms. Uma regra simples que pode ser adotada é que esta resistor seja tanto menor quanto maior a potência. Para que o leitor tenha uma idéia da ordem de grandeza deste resistor vamos adotar 2 ohms no nosso circuito.

 

Re = 2 ohms

 

f) Chegamos agora ao ponto mais crítico que é o cálculo dos valores dos resistores de polarização de base dos transistores R1 e R2. Estes resistores devem ser calculados de modo a formar um divisor de tensão que forneça uma tensão levemente maior que a tensão entre a base e o emissor, chamada aqui de Vo.

 

Observe que R2 está em série com a fonte de sinal, por isso deve ser o menor possível ou então ser desacoplado por um capacitor que apresente a impedância a mais baixa possível na frequência do sinal de operação.

 

Os valores típicos de um resistor para esta função estão em torno de 50 ohms.

Calculamos então R1:

 

 

Com os valores de todos os componentes calculados, podemos partir para a elaboração final do circuito com base em componentes de valores comerciais.

 

Chegamos então ao circuito final da figura 4.

 

O capacitor de desacoplamento é calculado observando-se que ele deve ter uma reatância bem menor que R2 na frequência de 1 MHz.

 

Esta reatância pode ser fixada em aproximadamente 1 ohms, o que nos leva ao seguinte cálculo:

 

 

Um capacitor de 150 nF estará mais do que bem dimensionado para esta aplicação.

 

 

CONCLUSÃO

Os cálculos que vimos são empíricos com muitos dos elementos determinados mais pela sensibilidade do montador do que por cálculos precisos. Este tipo de procedimento é interessante para os que desejam resultados imediatos "que funcionem" devendo eventualmente ser otimizados com base em simuladores de circuitos como o Multisim. A vantagem deste tipo de procedimento é que abreviamos os procedimentos, evitando o uso da matemática mais avançada e de cálculos trabalhosos que seriam necessários ao se trabalhar, por exemplo com parâmetros híbridos.

Nesta etapa também não demos os procedimentos de cálculo das bobinas (transformador excitador e de saída) que ficarão para uma outra oportunidade, já que neste tipo normalmente se trabalha com circuitos ressonantes nas entradas e saídas.


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