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Amplificador

Um amplificador é um dispositivo eletrônico de duas portas usado para amplificar o sinal ou aumentar a potência de um sinal com a ajuda de uma fonte de alimentação. A energia é fornecida através do terminal de entrada do amplificador. A saída do amplificador pode ser a amplitude aumentada, etc.

O ganho do amplificador determina sua amplificação. É o principal fator que determina a saída de um dispositivo. Amplificadores são usados ​​em quase todos os tipos de componentes eletrônicos. O ganho é calculado como a razão entre o parâmetro de saída (potência, corrente ou tensão) e o parâmetro de entrada.

Os amplificadores são usados ​​em diversas aplicações, como automação, marinha, sensores, etc. O ganho de potência de um amplificador é geralmente maior que um. Vamos entender algumas características básicas de um amplificador ideal.

Aqui, discutiremos um amplificador ideal, tipos de amplificadores, propriedades, funções, e aplicações de amplificadores .

Vamos começar.

Amplificador Ideal

Consideremos as características de um amplificador ideal, listadas abaixo:

  • Impedância de entrada: Infinito
  • Impedância de saída: Zero
  • Ganho em diferentes frequências: Fixo

A porta de entrada de um amplificador pode ser a fonte de tensão ou a fonte de corrente. A fonte de tensão depende apenas da tensão de entrada e não aceita corrente. Da mesma forma, a fonte de corrente aceita corrente e nenhuma tensão. A saída será proporcional à tensão ou corrente em toda a porta.

A saída de um amplificador ideal pode ser uma fonte de corrente dependente ou uma fonte de tensão dependente. A resistência da fonte de tensão dependente é zero, enquanto a da fonte de corrente dependente é infinita.

A tensão ou corrente da fonte dependente depende apenas da tensão ou corrente de entrada. Isso significa que a tensão de saída dependerá da tensão de entrada e a corrente de saída dependerá da fonte de tensão independente da corrente de entrada e da fonte de corrente, respectivamente.

Os amplificadores ideais são ainda categorizados como CCCS (Fonte de corrente de controle de corrente), CCVS (Fonte de tensão de controle de corrente), VCVS (Fonte de tensão de controle de tensão), e VCCS (Fonte de corrente de controle de tensão).

A impedância de entrada do CCVS e CCCS é zero, enquanto VCCS e VCVS são infinitas. Da mesma forma, a impedância de saída do CCCS e do VCCS é infinita, enquanto a do CCVS e do VCVS é ​​zero.

Tipos de amplificador

Vamos discutir os diferentes tipos de amplificadores.

Amplificadores operacionais

Amplificadores operacionais ou amplificadores operacionais são amplificadores de acoplamento direto (DC) de alto ganho que realizam diversas operações matemáticas, como adição, diferenciação, subtração, integração, etc.

Possui dois terminais de entrada e um terminal de saída. Os terminais de entrada são chamados de terminais inversores e não inversores. O sinal aplicado ao terminal inversor aparecerá como fase invertida, e o sinal aplicado ao terminal não inversor aparecerá sem qualquer inversão de fase no terminal de saída.

A tensão aplicada na entrada inversora é representada como V- e a tensão na entrada não inversora é representada como V+.

Nota: A impedância de saída e o desvio de um amplificador operacional ideal são 0. O ganho de tensão, a impedância de entrada e a largura de banda de um amplificador operacional ideal são infinitos.

Os amplificadores operacionais são ainda categorizados como amplificadores inversores e não inversores. Vamos discutir detalhadamente os dois tipos de amplificadores operacionais acima.

Formulários

Os amplificadores operacionais são usados ​​em diversas aplicações em eletrônica. Por exemplo,

  • Filtros
  • Comparador de tensão
  • Integrador
  • Conversor de corrente para tensão
  • Amplificador de verão
  • Deslocador de fase

A entrada inversora e não inversora de um amplificador é mostrada abaixo:

Amplificador

Amplificador inversor

O amplificador inversor é mostrado abaixo:

Amplificador

É a configuração de feedback de derivação de tensão do amplificador operacional. Uma tensão de sinal aplicada à entrada inversora do amplificador operacional resulta no fluxo de corrente I1 para o amplificador operacional. Sabemos que a impedância de entrada do amplificador operacional é infinita. Isso não permitirá que a corrente flua para o amplificador. A corrente fluirá através do circuito de saída (através da resistência R2) até o terminal de saída do amplificador operacional.

O ganho de tensão no terminal de saída do amplificador inversor é calculado como:

A =Vo/Vs = -R2/R1

Onde,

Vo e Vs são a tensão de saída e de sinal.

lógica proposicional

O sinal negativo mostra que a saída do amplificador está 180 graus fora de fase em relação à entrada.

O amplificador inversor é um dos amplificadores operacionais mais usados. Possui impedâncias de entrada e saída muito baixas.

Amplificador não inversor

O amplificador não inversor é mostrado abaixo:

Amplificador

A configuração acima é a conexão de realimentação em série de tensão. Uma tensão de sinal aplicada à entrada não inversora do amplificador operacional resulta no fluxo de corrente I1 para o amplificador operacional e corrente I2 para fora do amplificador operacional.

De acordo com o conceito de curto-circuito virtual, I1 = I2 e Vx =Vs.

O ganho de tensão do amplificador não inversor pode ser calculado como:

UMA = UMA + (R2/R1)

Amplificadores não inversores têm altas impedâncias de entrada e baixas impedâncias de saída. Também é considerado o amplificador de tensão.

Amplificadores CC

Amplificadores DC ou de acoplamento direto são usados ​​para amplificar sinais de baixa frequência e de acoplamento direto. Os dois estágios de um amplificador DC podem ser interligados usando um acoplamento direto entre esses estágios.

O acoplamento direto é um tipo de conexão simples e fácil. Pode ser calculado conectando diretamente o coletor do transistor do primeiro estágio à base do transistor do segundo estágio, mencionada como T1 e T2.

Porém, os amplificadores DC causam dois problemas chamados mudança de desvio e mudança de nível. O projeto do Amplificador Diferencial eliminou tais problemas. Vamos discutir o amplificador diferencial.

Amplificadores Diferenciais

A estrutura do amplificador diferencial resolveu o problema de desvio e mudança de nível. A estrutura é composta por dois BJT Amplificadores (transistor de junção bipolar) conectados apenas através das linhas de alimentação. É denominado amplificador diferencial porque a saída do amplificador é a diferença entre as entradas individuais, conforme representado abaixo:

Vo = A (Vi1 - Vi2)

Onde,

Vo é a saída e Vi1 e Vi2 são as duas entradas.

A é o ganho do amplificador diferencial.

Agora se

Vi1 = -Vi2

Vo = 2AVi1 = 2AVi

classificar pilha

A operação acima é chamada de modo diferencial Operação. Aqui, os sinais de entrada estão defasados ​​entre si. Esses sinais fora de fase são conhecidos como sinais de modo diferença (DM).

Se,

Vi1 = Vi2

Vo = A (Vi1 - Vi1)

Em = 0

Esta operação é conhecida como modo comum (CM) porque os sinais de entrada estão em fase entre si. A saída zero de tais sinais mostra que não haverá desvio no amplificador.

Amplificadores de potência

Amplificadores de potência também são chamados amplificadores atuais . Esses amplificadores são necessários para aumentar o nível de corrente de um sinal de entrada para acionar facilmente as cargas. Os tipos de amplificadores de potência incluem amplificadores de potência de áudio, amplificadores de potência de radiofrequência, etc.

Os amplificadores de potência são classificados como amplificadores Classe A, Classe AB, Classe B e Classe C. Discutiremos as classes de amplificadores de potência posteriormente neste tópico.

Amplificadores de modo de comutação

Amplificadores de modo chaveado são um tipo de amplificador não linear com alta eficiência.

Um exemplo comum desse tipo de amplificador são os amplificadores classe D.

Amplificador Instrumental

O amplificador instrumental é usado em instrumentos analógicos de detecção e medição. Vamos considerar um exemplo.

Um voltímetro utilizado para medir tensões muito baixas necessita de um amplificador Instrumental para seu bom funcionamento. Possui vários recursos, como ganho de tensão muito alto, bom isolamento, ruído muito baixo, baixo consumo de energia, grande largura de banda, etc.

Avaliação negativa

O feedback negativo é um dos recursos essenciais para controlar a distorção e a largura de banda em amplificadores. O objetivo principal do feedback negativo é reduzir o ganho do sistema. A parte da saída na fase oposta realimenta a entrada. O valor é posteriormente subtraído da entrada. No sinal de saída distorcido, a saída com distorção é realimentada na fase oposta. É subtraído da entrada; podemos dizer que o feedback negativo em amplificadores reduz as não linearidades e os sinais indesejados.

A imagem abaixo representa feedback negativo:

Amplificador

Com a ajuda do feedback negativo, a distorção de crossover e outros erros físicos também podem ser eliminados. As outras vantagens de usar feedback negativo são extensão da largura de banda, retificação de mudanças de temperatura, etc.

O feedback negativo pode ser um feedback negativo de tensão ou um feedback negativo de corrente. Em ambos os casos, a realimentação de tensão ou corrente é proporcional à saída.

Não devemos confundir entre feedback positivo e negativo. O feedback positivo tende a amplificar a mudança, enquanto o feedback negativo tende a reduzi-la. Outra diferença é que os sinais de entrada e saída na realimentação positiva estão em fase e são somados. No caso de feedback negativo, os sinais de entrada e saída ficam defasados ​​e subtraídos.

Dispositivos ativos no amplificador

O amplificador consiste em alguns dispositivos ativos responsáveis ​​pelo processo de amplificação. Pode ser um único transistor, uma válvula, um componente de estado sólido ou qualquer parte dos circuitos integrados.

Vamos discutir os dispositivos ativos e seu papel no processo de amplificação.

modem vs roteador

BJT

O BJT é comumente conhecido como controlado por corrente dispositivo. Os transistores de junção bipolar são usados ​​​​como interruptores para amplificar a corrente em amplificadores.

MOSFET

MOSFET ou Transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico são comumente usados ​​na amplificação de sinais eletrônicos. Os MOSFETs podem ser usados ​​para alterar a condutividade controlando a tensão da porta. O MOSFET também pode aumentar a força do sinal fraco. Conseqüentemente, os MOSFETs podem ser usados ​​​​como amplificadores.

Amplificadores valvulados

O amplificador valvulado usa tubos de vácuo como dispositivo de origem. É usado para aumentar a amplitude do sinal. Abaixo das frequências de micro-ondas, os amplificadores valvulados foram substituídos por amplificadores de estado sólido por volta do final do século XIX.ºséculo.

Amplificadores de microondas

Amplificadores de microondas são comumente usados ​​em sistemas de microondas. É usado para aumentar o nível do sinal de entrada com muito pouca distorção. Também pode alternar ou aumentar a energia elétrica. Ele fornece melhor saída de dispositivo único em comparação com dispositivos de estado sólido em frequências de micro-ondas.

Amplificadores magnéticos

Amplificadores magnéticos foram desenvolvidos na década de 20ºséculo para superar as desvantagens (alta capacidade e força de corrente) dos amplificadores valvulados. Amplificadores magnéticos são semelhantes aos transistores. Ele controla a força magnética do núcleo energizando a bobina de controle (outra bobina de enrolamento).

Circuitos integrados

Os circuitos integrados podem conter diversos dispositivos eletrônicos, como capacitores e transistores. A popularidade do IC também espalhou dispositivos eletrônicos por todo o mundo.

Aulas de amplificadores de potência

As classes de amplificadores de potência são classificadas como classe A, classe B, classe AB, e classe C . Vamos discutir uma breve descrição das classes de amplificadores de potência.

Amplificadores de potência classe A

A entrada do amplificador classe A é pequena, por isso a saída também é pequena. Conseqüentemente, não produz muita amplificação de potência. Com transistores, pode ser usado como amplificador de tensão. Amplificadores Classe A com pentodos a vácuo também podem fornecer um único estágio de amplificação de potência para acionar cargas, como alto-falantes.

Amplificadores de potência classe B

Os BJTs geralmente exigem amplificadores de potência Classe B para acionar cargas, como alto-falantes. A entrada dos amplificadores classe B é grande, por isso a saída também é muito grande. Assim, produz uma grande amplificação. Mas, no caso de um único transistor, apenas metade do sinal de entrada é amplificado.

Amplificadores de potência classe AB

A configuração dos amplificadores de potência AB fica entre os amplificadores classe A e classe B. Os amplificadores classe AB são produzidos combinando a alta saída dos amplificadores de potência classe B com a baixa distorção dos amplificadores de potência classe A.

No caso de saídas pequenas, o amplificador de potência classe AB pode se comportar como classe A. Ele pode se comportar como um amplificador de potência classe B no caso de saídas muito grandes.

Amplificadores de potência classe C

O elemento de condução dos amplificadores de potência do tipo classe C são os transistores. Possui melhor eficiência, mas devido à condução inferior a meio ciclo, causa grande distorção. Conseqüentemente, os amplificadores de potência classe C não são preferidos em aplicações de áudio. As aplicações comuns de tais amplificadores incluem circuitos de radiofrequência.

Propriedades do amplificador

Os amplificadores são definidos de acordo com suas propriedades de entrada e saída. O ganho do amplificador determina sua amplificação. Conseqüentemente, os fatores de ganho e multiplicação são as duas propriedades essenciais dos amplificadores.

Vamos discutir as propriedades definidas por diferentes parâmetros, listados abaixo:

    Ganho
    O ganho de um amplificador é calculado como a razão entre a saída (potência, corrente ou tensão) e a entrada. Determina a amplificação do amplificador. Por exemplo, um sinal com entrada de 10 volts e saída de 60 volts terá um ganho de 6.
    Ganho = Saída/Entrada
    Ganho = 60/10
    Ganho = 6
    O ganho é expresso na unidade dB (decibéis). Os componentes passivos geralmente têm ganho menor que um, enquanto os componentes ativos têm ganho maior que 1.Largura de banda
    A largura de banda é definida como a largura medida em hertz da faixa de frequência útil.
    Alcance de frequência - A faixa de frequência é geralmente especificada em termos de resposta de frequência ou largura de banda.Barulho
    Ruído é definido como qualquer sinal indesejado que atue como um distúrbio no sistema.Eficiência
    A maior eficiência de um amplificador resultaria em menos geração de calor e mais potência de saída. É calculado como a razão entre a potência de saída e a utilização da potência total.Taxa de giro
    A taxa de variação é medida em volts por microssegundo. É definido como a taxa máxima de variação da produção. Uma taxa de variação acima da faixa audível de um amplificador resultaria em menos distorção e erros.Linearidade
    É definido como a capacidade do amplificador de produzir cópias precisas do sinal de entrada.Estabilidade
    Os circuitos amplificadores precisam ser estáveis ​​em todas as frequências disponíveis. É definida como a capacidade de evitar oscilações indesejadas em um dispositivo eletrônico.

Funções de diferentes amplificadores

Outros tipos de amplificadores possuem características diferentes. Vamos discutir a função dos vários tipos de amplificadores em uso hoje.

  • O amplificadores lineares não fornecem capacidade linear perfeita porque nenhum amplificador é perfeito. É por causa do uso de dispositivos amplificadores, como transistores, que são de natureza não linear. Esses dispositivos podem produzir alguma não linearidade. Os amplificadores lineares são menos propensos a distorção. Isso significa que os amplificadores lineares geram menos distorção.
  • Especialmente projetado amplificadores de áudio pode amplificar a frequência de áudio.
  • O amplificador de banda estreita amplifica em uma banda estreita de frequências, enquanto os amplificadores de banda larga amplificam em uma ampla faixa de frequências.
  • O amplificadores não lineares produzir distorção em comparação com dispositivos lineares. Porém, dispositivos não lineares ainda estão em uso hoje. Exemplos de amplificadores não lineares são amplificadores de RF (radiofrequência), etc.
  • A estrutura do amplificador logarítmico produz uma saída proporcional ao logarítmico de sua entrada. O circuito compreende dois diodos e dois amplificadores operacionais (amplificador operacional).
  • CMOS(Semicondutores de Óxido Metálico Complementares) também pode ser usado como amplificador se seu ponto de operação estiver fixo na região ativa. Pode ser construído usando fontes de corrente constante ou espelhos de corrente.

Aplicações de amplificador

Amplificador

Os amplificadores são usados ​​em diferentes aplicações. Vamos discutir isso em detalhes.

    Seguidor de tensão
    O seguidor de tensão também é conhecido como amplificador de ganho unitário . Possui uma impedância de entrada muito grande e uma impedância de saída muito baixa, que é o princípio básico do carregando Ação. O terminal inversor do amplificador operacional está em curto com o terminal de saída.
    Isso significa que a saída é igual à entrada. É chamado de seguidor de tensão porque a saída do amplificador segue a entrada.
    O seguidor de tensão não proporciona efeitos de carga, nem ganho de potência e corrente, que são suas vantagens.Conversor de corrente para tensão
    A construção de um conversor de corrente para tensão é mostrada abaixo:
    Onde,
    TR: Termistor ou resistor dependente de luz.
    ISTO: Atual
    RF: Resistor de realimentação
    SE: Corrente de feedback
    VO: Voltagem de saída
    O termistor aciona o amplificador operacional em seu modo de inversão. A mudança na temperatura resulta na variação da resistência do termistor. Varia ainda mais a corrente que passa por ele. A corrente flui para a saída através do resistor de feedback como corrente de feedback desenvolvendo a tensão de saída. Como a corrente do termistor é igual à corrente de realimentação, podemos dizer que a tensão de saída é proporcional à corrente do termistor.
    Assim, uma corrente de entrada é convertida em uma tensão de saída.Amplificadores de microondas
    TWTA e Klystron são os dispositivos comuns usados ​​como amplificadores de microondas. O Amplificador de Tubo de Ondas Viajantes (TWTA) fornece boa amplificação mesmo em baixas frequências de micro-ondas. Isso significa que o TWTA é preferido para amplificação de alta potência. Porém, os klystrons são melhor sintonizáveis ​​em comparação com o TWTA.
    Klystrons também são usados ​​em frequências de microondas para aplicações de alta potência. Porém, fornece ampla amplificação ajustável em comparação com o TWTA. Ele também possui uma largura de banda estreita em comparação com o TWTA.
    Dispositivos de estado sólido , como MOSFET, diodos, materiais semicondutores (Silício, Gálio, etc.), são usados ​​em baixas potências e frequências de micro-ondas em diversas aplicações. Por exemplo, telefones celulares, terminais portáteis de radiofrequência , etc. Em tais aplicações, tamanho e eficiência são os principais fatores que determinam sua capacidade e uso. O uso de dispositivos de estado sólido em amplificadores de microondas também oferece ampla largura de banda.Instrumentos musicais
    Os amplificadores são usados ​​em diversos instrumentos musicais, como guitarras e baterias eletrônicas, para converter o sinal de diferentes fontes (cordas de guitarra, etc.) no poderoso sinal eletrônico (amplificador de potência) que produz o som. O som é audível o suficiente para o público ou pessoas próximas. A saída de alguns instrumentos musicais é conectada aos alto-falantes para um som mais alto.
    Os amplificadores de instrumentos em instrumentos musicais também possuem a função de sintonia de sinal que permite ao intérprete alterar o tom do sinal.Osciladores
    Os circuitos osciladores são usados ​​para gerar formas de onda elétricas de qualquer frequência, formato e potência desejados. O uso de amplificadores em osciladores fornece amplitude de saída constante e amplifica a frequência de feedback.Amplificadores de vídeo
    O amplificador presente no amplificador de vídeo amplifica o sinal composto por componentes de alta frequência. Também evita qualquer distorção. Os amplificadores de vídeo possuem larguras de banda diferentes de acordo com a qualidade do sinal de vídeo, como SDTV, HDTV, 1080pi, etc.