sábado, 3 de março de 2018

Curso de Eletrônica Básica para Amplificadores. Aula 2: Transistor BJT, propriedades do som e parâmetros de amplificadores

Na aula 2 falamos sobre transistor de junção bipolar. Como eu não entrei tanto na história do transistor ou na teoria de funcionamento, vou deixar este link para um post que explica essas coisas.

Nós estudamos e praticamos a forma de determinar o tipo do transistor (PNP ou NPN) e identificar seu terminal de base utilizando o teste de diodo dos multímetros. Mede-se com o teste dos diodos os três pinos do transistor, de dois em dois, em ambas as polaridades. Isso resulta em 6 tentativas. Em um transistor funcional, duas dessas seis tentativas mostrarão algum resultado (que será em torno de 0.6). Essas duas tentativas terão em comum o fato de que um dos terminais do multímetro não trocou de lugar. Esse terminal é a base. Se a ponteira positiva do multímetro estiver na base, o transistor é um NPN. Caso contrário, é um PNP.

Falamos também que transistores de baixa potência, como, por exemplo, o BC337 podem ter o terminal de base no meio (pino 2). Porém, transistores de potência terão o coletor no meio, pois o pino central é conectado com a aba metálica do encapsulamento. Como o terminal de base não é um terminal de potência, e sim de controle, não há a necessidade de alta dissipação de calor ali. Por outro lado, no coletor passa alta corrente. Então ali sim é necessário a conexão com a aba metálica e com um dissipador de calor.

Praticamos a identificação dos terminais de alguns transistores, comparando os resultados encontrados com os respectivos datasheets.

Depois, montamos um circuito para determinar o ganho do transistor. Para os 3 transistores BC337 testados, chegamos em ganhos de cerca de 200. Para o transistor TIP142F testado, medimos um ganho de 12000.

Como de costume, testamos na prática os modos de falha do transistor. No primeiro circuito, aplicamos uma tensão de 10V entre coletor e emissor e aumentamos a corrente de base gradativamente. Quando a corrente no coletor foi 200 mA, o transistor queimou, abrindo entre os terminais de base e emissor. Embora o mesmo suporte até 800 mA (informação do datasheet), sua potência máxima nominal é de 625 mW, e a potência dissipada por ele estava em 2 W. Portanto, não demorou muito para que o mesmo queimasse.

Depois falamos do som. As características do som são a altura, a intensidade e o timbre. A altura está relacionada com a frequência base da nota. Notas mais altas são agudas e notas mais baixas são graves. A intensidade está relacionada ao volume do som. O timbre está relacionado com as harmônicas do som, e nos permite diferenciar as mesmas notas tocadas em instrumentos musicais diferentes.

Toquei algumas notas no meu teclado e vimos as imagens no osciloscópio. Conseguimos identificar a partir dos sinais elétricos cada uma das características do som.

Por fim, falei sobre a impedância de entrada, ganho e impedância de saída de amplificadores. Ao se projetar um amplificador, quanto maior a impedância de entrada, melhor. Alta impedância de entrada significa baixo consumo de energia do dispositivo que está fornecendo o sinal de áudio (que pode ser, por exemplo, um celular).

É interessante que o ganho do amplificador seja alto. Assim, pequenos sinais do dispositivo de entrada já são suficientes para atingir um volume (intensidade) bom na saída.

A impedância de saída é interessante que seja a menor possível (idealmente zero). Dessa forma, todo o sinal e energia seriam  entregues à carga (auto-falante), e a eficiência do circuito de saída seria unitária (100%). Porém, é impossível atingir impedância de saída nula.

Vimos máxima transferência de potência. Ela ocorre quando a carga e a impedância de saída são iguais. Aqui é necessário tomar um cuidado. Nem sempre é correto ligar uma carga igual a impedância de saída do amplificador. Vamos a um exemplo:

Estou projetando um amplificador para uma carga de 8 ohms. Visando atingir máxima eficiência, me empenhei bastante para ter uma baixa impedância de saída, e consegui construir um amplificador com 1 ohms de impedância de saída. Mas, ainda assim, todos os meus transistores, trilhas e cabeamento foi dimensionado para uma carga de 8 ohms. A informação que vai na etiqueta do amplificador é que ele é para cargas de 8 ohms. Se eu ligar uma carga de 1 ohms nele eu vou, de fato, extrair a máxima potência do circuito, que é maior do que a potência para a que ele foi dimensionado. Por isso, é sempre importante respeitar as informações técnicas do fabricante do equipamento. Caso você seja o fabricante, é sempre bom fornecer as informações necessárias de forma clara, para evitar equívocos.

E nessa aula foi isso. Na próxima veremos a primeira configuração de amplificador, que é o classe A. Até a próxima. 

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