Amplificador Classe A

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Um amplificador em Classe A é aquele que conduz 360° do ciclo do sinal. Em outras palavras, o transistor de potência conduzirá o ciclo completo. Isso significa que o mesmo estará polarizado na região ativa sempre, mesmo com ausência de sinal de áudio. Como grande vantagem temos a melhor fidelidade possível para o sinal. A principal desvantagem se dá na baixíssima eficiência do amplificador, que dificilmente chegará a 50%, além de ser uma topologia indicada para potências mais baixas.

Aos que desejam um amplificador de baixa potência e alta fidelidade, demonstraremos no presente artigo um projeto simples de amplificador Classe A com transistor. A topologia do circuito proposto pode ser vista na Figura 1.

Figura 1 – Topologia do Amplificador Classe A do projeto.

 

O estágio de Q1 tem a função de casar a impedância do sinal de entrada com o restante do amplificador, como pode-se observar o mesmo consiste em um seguidor de emissor. O estágio de Q2 é o amplificador de tensão para dar ganho de tensão ao sinal de áudio. O estágio de saída é composto por Q3 e Q4 em configuração Darlington. A carga prevista para o circuito é um alto-falante de 8 Ohms de impedância.

Para o projeto, o primeiro passo é definirmos a potência do amplificador. Vamos arbitrar uma potência de 3W para este circuito. Logo, conhecendo a carga, podemos calcular qual tensão de pico a pico precisamos para garantir esta potência entregue a ela, pois

Precisamos de uma tensão de 13,85V pico a pico para entregar uma potência de 3W sobre a carga de 8 Ohms. Podemos arbitrar uma tensão Vpp igual a 1,8 vezes esse valor, que resultará em aproximadamente 25V.

O resistor R6 serve para polarizar o estágio de saída. Como nossa tensão Vpp é 25V, precisamos de uma tensão igual à metade de Vpp sobre o resistor, portanto aproximadamente 12,5V. A corrente RMS na carga será

Esta corrente chegará na carga apenas em AC dividindo a corrente de polarização de saída entre a carga e R6, devido à ação de C2. Pode-se arbitrar uma corrente de coletor igual ao dobro da corrente RMS para o transistor de potência, portanto aproximadamente 1,22A. Pela análise da Figura 2, fica claro que teremos 1,22A circulando por R6 na ausência de sinal. Fica simples de calcularmos R6 e também a tensão necessária para polarizar a base do par Darlington.

Figura 2 – Corrente circulando pelo coletor de Q4 na ausência de sinal.
Cálculo de R6, pela Lei de Ohm

Podemos utilizar na prática o valor comercial de 10 Ohms, observando também a dissipação de potência no resistor.

 interessante utilizar um resistor de fio, com uma potência pelo menos 1,5 vezes maior à calculada, portanto 22,875W (utilizar comercial de 25W). Pode-se também utilizar dois resistores de 22 Ohms / 15W em paralelo. O que garante um equivalente de 11 Ohms / 30W.

A tensão de polarização de base é igual aos 12,5V mais duas quedas de VBE, portanto 1,4V para transistores de silício. Precisamos de uma tensão de 13,9V na base de Q3. Pela análise da Figura 1, conclui-se que esta é a tensão no coletor de Q2. O estágio de Q2 consiste em um amplificador emissor comum. Pode-se arbitrar uma corrente 100x menor que a corrente de coletor do estágio de potência. Portanto devemos projetar para uma corrente de 12,2mA, conforme Figura 3.

Figura 3 – Amplificador de tensão.

Para R4 podemos arbitrar um valor de 270 Ohms (entre 47 e 1000 Ohms é um valor aceitável para resistores de degeneração de emissor). A tensão no emissor de Q2 será

E a tensão na base de Q2 será igual a VE2 somado a 0,7V. Portanto 3,994V. Já sabemos que é necessário o valor de 13,9V na tensão de coletor para polarizar o estágio de potência. Também conhecemos Vcc e a corrente no coletor de Q2. De posse destes dados, calculamos facilmente o valor de R5:

Pode-se utilizar o comercial de 1k ou mesmo 910 Ohms para R5. O estágio de entrada pode apresentar uma corrente no coletor de Q1 cerca de 10x menor que a corrente no coletor de Q2, portanto 1,22mA. A Figura 4 apresenta o detalhe do estágio a ser projetado. Precisamos garantir essa corrente, de acordo com a tensão de emissor de Q1 (que polariza a base de Q2) e através do resistor R3.

Figura 4 – Estágio de entrada: seguidor de emissor.

O valor de R3 é calculado através da Lei de Ohm, lembrando que a tensão deve ser igual a 3,994V para polarizar a base de Q2.

Pode-se utilizar o comercial mais próximo, tanto 3k quanto 3k3. A tensão na base de Q1 será de 3,994+0,7V= 4,694V. Vamos considerar uma corrente de 100µA (10x menor que IC1) circulando pelo divisor de tensão formado por R1 e R2. Com isso calculamos R2

Na prática, pode-se utilizar o valor comercial de 47k. Com a equação do divisor de tensão rearranjada, calculamos o valor de R1:

Pode-se utilizar o valor comercial de 200k no circuito prático. Na Figura 5 apresentamos o amplificador em Classe A totalmente projetado.

Figura 5 – Amplificador Classe A projetado.

Para Q1 utilizamos o BC549, NPN de baixa potência e baixo índice de ruído. Q2 é um TIP41 e Q3 um BD139, ambos de média potência. Para o transistor de potência optamos pelo TIP3055, para suportar a corrente de coletor com bastante folga. Ainda assim deve-se utilizar dissipador de calor para Q4 e o projetista deve verificar a necessidade de utilizar também em Q2 e Q3.

O capacitor C1 tem 10µF e C2 2200µF, para excursionar a faixa de áudio até próximo de 20Hz. Mais detalhes para o cálculo dos capacitores de acoplamento, recomenda-se o curso de Áudio e Amplificadores Profissionais WR Kits. C3 é o capacitor de desacoplamento da fonte de alimentação.

Pode-se utilizar transistores diferentes, contanto que os mesmos suportem as correntes de coletor e tensão VCE impostas pelo circuito.

 

Autor: Eng. Wagner Rambo

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