aula 5 - módulo 3

ATENÇÃO:
O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila
de MÓDULO 3 que por sua vez, faz parte do CURSO
de ELETROELETRÔNICA ANALÓGICA -DIGITAL
que vai do MÓDULO 1 ao 4.
A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o
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APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
AULA
5
MÓDULO - 3
AMPLIFICADOR CLASSE C
VARICAP E OPTOELETRÔNICOS
O amplificador classe C - separadores de pulsos
O diodo varicap - tensão x capacitância
Montagem de um micro-receptor à varicap
Foto-diodo - foto-transistor e foto-acoplador
AMPLIFICADOR CLASSE C
Depois de analisarmos os amplificadores de audio
vamos analisar um outro tipo de amplificador que
não é utilizado em áudio, mas é muito importante
para o funcionamento de muitos equipamentos.
Supondo que a componente contínua do sinal seja
inferior a 5Vdc o transistor não estará prépolarizado, já que o sinal irá passar pelo divisor
resistivo, formado por R1 e R2, que dividirá o sinal
em 10 vezes para a base de Q1; isso significará que
o transistor permanecerá cortado, sendo polarizado
figura 1
+12V
somente quando o sinal “ultrapassar” a tensão de
+6V (0,6V na base de Q1).
Para melhor exemplificar este amplificador, vamos
pegar o sinal de vídeo que é processado numa TV a
OUT partir de um sinal padrão (8 barras em cores),
R1
Q1
injetado na entrada de antena do aparelho de TV,
9k1W
IN
chamado de CVBS (Composite Video Blanking
Sync). Este sinal é formado por 8 níveis de tensão,
R2
que irão representar as barras de cores; junto com
1kW
estes níveis de tensão estará somado um “pulso” de
sincronismo horizontal, com o objetivo de
sincronizar o oscilador horizontal da TV com o
oscilador horizontal da emissora. Assim, o sinal
Nos amplificadores classe B, sabemos que cada CVBS, na porção inferior (cerca de 70% dela),
transistor amplifica uma porção do sinal, ou um formará as imagens preto e branco e cores; mas na
semiciclo, evitando assim, a polarização constante porção mais positiva, os pulsos que aparecem
do amplificador AB que possui pouco rendimento. servirão para a sicronização dos circuitos de
Considerando agora que cada semiciclo varredura.
figura 2
corresponde a um ângulo de 180º, no amplificador
classe C a amplificação será menor que 180º,
6,5V
podendo inclusive trabalhar em uma pequena
porção de sinal. Consegue-se eficiência da ordem
de 90%, mas o amplificador não é linear. É utilizado
5V
“Pulso” de sincronismo
em transmissores de FM, onde a amplitude é
constante, ou em estágios finais de AM, sendo
neste caso a modulação de áudio sobreposta à
polarização de anodo (ou coletor/dreno), e o sinal
RF de entrada mantido constante. A distorção
harmônica é reduzida a níveis aceitáveis pelo efeito
seletivo da ressonância paralela.
Em resumo, considerando que temos um transistor
Barras coloridas
trabalhando em classe C, podemos afirmar que sua
polarização se dará em menos da metade do ciclo
0V
de sinal. Um exemplo pode ser visto na figura 1.
Este circuito aparenta ser um amplificador classe A
à primeira vista, mas se olharmos melhor, veremos
que ele está normalmente despolarizado, ou seja, Para isso devemos separar esses pulsos do
está entrando uma tensão média em “IN” menor restante do sinal, como mostra a figura 2.
O circuito responsável por separar esses “pulsos de
que +5V, e isso não polarizará o transistor.
ELETRÔNICA
AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 47
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
sincronismo” do sinal que formará a imagem é
chamado de separador de sincronismo, e é formado
basicamente por um amplificador classe C como
mostrado na figura 4.
Este “separador de sincronismos” irá receber em
sua entrada um sinal de vídeo CVBS (vídeo
composto), onde a partir de uma tensão do sinal
estarão os pulsos de sincronismo. Na figura 3a,
podemos ver um equipamento com a tomada de
vídeo (CVBS) que devido a uma padronização
mundial, deve apresentar os pulsos de
sincronismos, voltados para o lado de baixo, como
mostra a figura 3b.
Voltando à figura 4, podemos dizer que a função
deste amplificador classe C será de extrair os
pulsos de sincronismos do sinal de vídeo para o
circuito de varredura horizontal e vertical. O
funcionamento do circuito é dado a seguir:
Podemos ver o sinal de vídeo entrando no
“separador de sincronismos”, formado por Q1 e Q2;
o sinal terá sua amplitude reduzida dez vezes pelo
divisor resistivo R1 e R2, sendo assim qualquer
nível de tensão inferior a 5,5V (0,55V na base) não
irá polarizar Q1 permanecendo cortado. Como este
é responsável pela polarização de Q2, e ele recebe
na base +12V, também estará cortado e sua tensão
de coletor será zero volt; quando o sinal na entrada
ultrapassar um nível de tensão superior a 5,5V, Q1
será polarizado, polarizando também Q2 que
amplificará o sinal ou seja, com sua saturação
momentânea levará o sinal para 12V. Assim, toda
vez que o sinal na entrada de R1/R2 ultrapassar aos
5,5V, Q1 será polarizado, o mesmo ocorrendo com
Q2.
Então, no exemplo da figura 4 temos na saída
“OUT” apenas os pulsos de sincronismos cuja
tensão na entrada for acima de 5,5V.
Podemos então resumir o funcionamento de um
amplificador classe C como sendo um amplificador
cujo transistor não é pré-polarizado e com isto ficará
a maior parte do tempo cortado, mesmo com
existência do sinal, amplificando apenas uma
pequena porção deste mesmo sinal; sua grande
função é extrair e amplificar apenas uma parte do
sinal, para isso o circuito deverá estar configurado
para esta função.
Vamos agora fazer um quadro resumo destes
primeiros amplificadores que aprendemos:
tensão e
CLASSE A corrente
25%
1 TRANSISTOR
PRÉ-POLARIZADO
PRÉ
AMPLIFICADOR
só
corrente
80%
2 TRANSISTORES
NÃO POLARIZADO
SAÍDA DE
POTÊNCIA
só
corrente
60%
tensão e
corrente
90%
CLASSE B
CLASSE C
1 PARA CADA SEMI-CICLO
2 TRANSISTORES
PRÉ-POLARIZADO
1 PARA CADA SEMI-CICLO
1 TRANSISTOR
NÃO POLARIZADO
AMPLIFICA PARTE DO SINAL
SAÍDA DE
POTÊNCIA
SEPARADOR
DE SINAIS
Ainda há outros tipos de amplificadores como
classe D, trabalhando somente em corte e
saturação (com rendimento altíssimo) e o classe H,
que possui além da fonte simétrica normal, outra
fonte simétrica com tensão maior, que somente é
usada, quando o sinal a ser amplificado aumenta
consideravelmente (rendimento muito bom). Como
são amplificadores mais complexos, serão vistos no
módulo 4.
12V
figura 4
5,5V
FUNÇÃO
CARACTERÍSTICA
GANHO
+12V
+12V
IN
0V
R1
9k1W
Sinal de vídeo
entrando
12V
Q1
0V
Q2
R2
1kW
OUT
0V
Pulsos de sincronismo
saindo
figura 3b
0,55V
figura 3a
0V
Tomada CVBS
ou simplesmente
vídeo composto,
que trabalha com
o sinal na fase
mostrada ao lado
48 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO
ELETRÔNICA
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
OUTROS COMPONENTES IMPORTANTES
Até agora nós estudamos vários componentes
importantes, que são fundamentais para qualquer
aplicação da eletrônica, que foram explanados
durante o módulo 1 e 2, onde podemos destacar
alguns:
RESISTOR: Componente de comportamento linear
em relação a sua resistência com a corrente elétrica
e a tensão; sua principal função é polarizar circuitos
e componentes gerando queda de tensão e
limitando a corrente do circuito. Por ser um
componente linear, podemos aplicar a ele a lei de
Ohm.
RESISTORES NÃO LINEARES: Componentes
eletrônicos cujas resistências elétricas não são
lineares em relação a corrente elétrica e tensão.
Geralmente suas resistências não são fixas e
dependem de fatores externos, onde podemos citar:
LDR, que depende da incidência de luz;
PTC e NTC que dependem do calor;
VDR (varistor) que tem sua resistência dependente
da tensão elétrica aplicada a seus terminais.
CAPACITOR: Componente eletrônico cuja principal
característica é sua propriedade de acumular cargas
elétricas e consequentemente acumular e manter
uma tensão elétrica sobre seus terminais, é muito
usado para filtrar e integrar tensões alternadas
retificadas,
acoplador de sinais alternados e
bloqueador de componentes contínuas dos sinais.
INDUTOR: Componente eletrônico conhecido como
bobina, é formado geralmente a partir de espiras em
série que irão gerar campo magnético a partir de
uma corrente elétrica. Muitas são sua utilidades na
eletrônica mas uma de suas principais funções é de
filtrar as variações de alta frequência através de sua
reatância indutiva.
TRANSFORMADOR: Componente elétrico
formado a partir de um conjunto de 2 ou mais
“bobinas” enroladas num mesmo núcleo. Tem a
função de transformar as amplitudes de um sinal ou
tensão elétrica, sem alterar sua frequência ou forma
de onda; podendo aumentar a amplitude ou abaixála, de acordo com a relação de espiras de entrada
(primário) em relação ao número de espiras de saída
(secundário). Os transformadores mais comuns são
os que aumentam ou reduzem a tensão da rede
elétrica.
DIODOS: Componente semicondutor formado por
dois “cristais” dopados a partir do silício (ou
germânio) sua característica é conduzir corrente
elétrica em um único sentido de acordo com sua
polarização. Ele pode funcionar como retificador de
tensão ou como chave eletrônica. Existem ainda os
diodos zener que trabalham inversamente
polarizados estabilizando níveis de tensão ou ainda
os diodos led´s que emitem luz quando conduzem
corrente elétrica.
TRANSISTOR: Componente eletrônico também do
tipo semicondutor como o diodo, mas formado a
partir de 3 cristais que dependendo da dopagem
podem ser NPN ou PNP. Sua principal característica
é amplificar a corrente que passa pela sua junção
base-emissor, por uma outra corrente que passará
pela junção coletor-emissor; para seu correto
funcionamento ele deverá estar diretamente
polarizado entre base-emissor com uma tensão de
0,6V em média (para transistor de silício) e
inversamente polarizado entre coletor-base; então,
dependendo da corrente base-emissor podemos
dizer que a junção coletor-emissor funcionará como
um resistor variável, mas que só poderá conduzir
corrente em sentido único.
Ainda temos dezenas de componentes eletrônicos para serem apresentados, mas nem todos são
fundamentais para nossos estudos. Para este módulo 3, alguns outros componentes serão apresentados,
complementando uma série de circuitos; porém outros somente para os módulos seguintes.
DIODO VARICAP
O diodo varicap na realidade funciona como um
capacitor variável, apesar de ser um diodo. Seu
funcionamento se baseia na formação da barreira
de potencial que surge quando um diodo é
inversamente polarizado, como mostra a figura 5 e
6.
Podemos ver a barreira de potencial formada pelo
campo elétrico do anodo e do catodo; logo, teremos
a formação de um “isolante” dielétrico entre anodo e
catodo. Se temos um dielétrico isolador entre dois
pontos que estão ligados a condutores conectados
a uma fonte de tensão, teremos a configuração de
ELETRÔNICA
um CAPACITOR (figura 6b). Neste componente em
particular, esse efeito capacitivo foi planejado
teoricamente, mas surge
figura 5
naturalmente da própria
construção física do diodo;
N
P
nós já estudamos este
mesmo efeito no módulo 2,
quando abordamos o
capacitor parasita na
junção coletor-base do
catodo
anodo
transistor. O valor deste
“capacitor”, que terá seu
B
A
R
R
E
I
R
A
AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 49
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
efeito aplicado paralelamente à junção anodocatodo, será de alguns pico-farads, mas dependerá
de sua construção e principalmente da tensão
reversa aplicada.
K (catodo)
A (anodo)
figura 7b
figura 7a
figura 6a
N
P
figura 6b
K (catodo)
ANODO
CATODO
A (anodo)
CATODO
ANODO
figura 7b
aumento da barreira
polarização reversa
Os diodos varicaps são fabricados especialmente
para esse fim e o valor da capacitância dependerá
do valor da tensão reversa aplicada, como mostra o
gráfico da figura 7, ou seja quanto maior a tensão
aplicada, menor a capacitância. No circuito
ressonante quanto menor a capacitância, o ciclo da
oscilação será completado de forma mais rápida,
aumentando a frequência de trabalha. Assim,
podemos dizer que se aumentarmos a tensão sobre
ele, a frequência do circuito ressonante aumentará.
C
capacitância
alta
tensão
baixa
figura 7
capacitância
baixa
tensão
alta
Vrev
tensão
baixa
capacitância
alta
tensão
alta
capacitância
baixa
O aspecto físico dos varicaps são iguais aos diodos
comuns, como mostra a figura 7b e sua simbologia
pode ser vista na figura 7a.
A utilização dos diodos varicaps são de
fundamental importância para a automatização dos
circuitos eletrônicos principalmente os circuitos
sintonizadores que serão vistos mais adiante.
Graças à utilização dos varicaps, foi possível
utilizarmos o controle remoto da TV para mudarmos
de canal, além de uma infinidade de outras
aplicações.
Na sequência da apostila, veremos alguns circuitos
que utilizarão os diodos varicap, permitindo ao
aluno assimilar melhora o funcionamento deste
interessantíssimo componente. O circuito da figura
8, é um exemplo de utilização dos diodos varicaps:
Este é um circuito sintonizador, onde temos a
bobina L1 em paralelo com 2 capacitores em
paralelo C1 e D1, sendo C2 utilizado para
desacoplar a tensão contínua que está sendo
colocada sobre o diodo D1 (diodo-capacitor
principal do circuito). Esta configuração forma um
circuito ressonante cuja frequência sintonizada
dependerá do valor de L1 e capacitores; D1 é um
diodo varicap polarizado reversamente pelo
potenciômetro P1. Variando a tensão aplicada
sobre este diodo estaremos alterando o valor de
sua capacitância, variando também a frequência
sintonizada pelo circuito ressonante. Teremos
então aqui um circuito sintonizador de frequência
ajustável, onde podemos ter vários sinais entrando
no circuito, saindo somente os sinais cuja
frequência seja a mesma sintonizada pelo filtro.
Este é o mesmo princípio de um seletor de canais
CIRCUITO SINTONIZADOR
figura 8
OUT
R1
C2
IN
L1
C1
P1
D1
50 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO
ELETRÔNICA