Amplificadores Classe C: Guia Abrangente e Insights de Especialistas

Amplificadores são componentes essenciais ao construir seus circuitos. Classificamos amplificadores em duas categorias: modo de operação e métodos de construção. Linearidade, potência de saída, ganho de sinal e eficiência são as principais características operacionais que devemos buscar em um bom amplificador.

Temos quatro tipos de amplificadores: amplificador classe A, classe B, classe C e classe AB. Este artigo foca nos amplificadores classe C e diz tudo que você precisa saber sobre eles.

Vamos lá!

1. Introdução ao Amplificador Classe C

É uma categoria de amplificadores que opera usando um transistor para condução de corrente. O elemento ativo (transistor) conduz uma corrente de menos da metade do ciclo do sinal de entrada. Importantemente, este ciclo significa que o ângulo de condução é menor que 180°, e os valores sempre variam de 80° a 120°. Este ângulo de condução traz muitas distorções. No entanto, também aumenta a eficiência, já que a eficiência máxima do amplificador classe C é 80%.

(Símbolo básico do amplificador classe C.)

FONTE: Wikimedia Commons

2. Princípio de Funcionamento do Amplificador Classe C

O Diagrama de Circuito

FONTE: Wikimedia Commons

Uma carga sintonizada controla a distorção, já que o ângulo de condução é menor que 180° e traz distorção. Adicionalmente, este controle acontece direcionando uma corrente e aplicando um sinal de entrada para chavear o transistor. Exemplo de uso em um amplificador RF.

(Um amplificador RF)

O diagrama abaixo mostra a forma de onda de entrada e a forma de onda de saída.

(Forma de onda de corrente.)

Introdução ao Princípio

Uma carga de circuito ressonante impulsiona principalmente este amplificador. Usamos uma fonte de energia negativa para polarizar o circuito. Como o valor de pico da fonte de tensão CA é maior, a tensão da base cruza o valor do emissor potencial da junção base-emissor. Além disso, isso ocorre por um intervalo de tempo mais curto no pico positivo de cada ciclo. Durante este tempo, o transistor está desligado. Mas se você usar uma linha de carga CA completa, a corrente de coletor ideal máxima será Ic(sat). Adicionalmente, a menor tensão de coletor será Vce(sat).

O transistor, que é o elemento ativo, produz um conjunto de pulsos de corrente. Então, as vibrações conformam-se à corrente de entrada, que flui através do circuito ressonante. Consequentemente, a frequência ressonante faz os circuitos de tanque oscilarem, e isso é feito quando selecionamos o valor adequado. Finalmente, o circuito de tanque atenua todas as outras frequências, fazendo-o oscilar em uma única frequência.

Usamos uma carga sintonizada adequadamente para obter a frequência requerida e filtros adicionais para eliminar o ruído do sinal de saída. Também usamos um transformador de acoplamento para transferir potência da bolsa para o circuito de tanque.

(Carregadores de bateria com transformadores de acoplamento.)

3. Vantagens e Desvantagens do Amplificador Classe C

Vantagens dos amplificadores classe C

1. Os amplificadores são excelentes em aplicações de Radiofrequência.
2. Amplificadores classe C têm o menor tamanho físico para uma dada potência de saída.
3. Também têm alta frequência.

Desvantagens dos amplificadores classe C

1. Relativamente difícil obter indutores perfeitos e transformadores de acoplamento do amplificador classe C.
2. A faixa dinâmica é pequena.
3. Adicionalmente, tem a menor linearidade (inadequado para uso como amplificador linear).
4. Também cria muitas interferências RF.
5. Inadequado para aplicações de áudio devido aos altos níveis de distorção que produz.

4. Características de Saída do Amplificador Classe C

A corrente de saída

A corrente de saída do amplificador classe C é igual a 0 por mais da metade do ciclo senoidal do sinal de entrada. Além disso, é onde o transistor permanece ocioso em seu ponto de corte.

O valor máximo da corrente de saída

A eficiência teórica estabelecida de um amplificador classe C está em 80%. É por causa de um ângulo de condução reduzido que aumenta a eficiência, e causa quantidades significativas de distorção. Também, o ângulo de condução é <180°, variando entre 80° a 120°.

Cálculo da eficiência de saída

A fórmula para calcular a eficiência (η) é:

Eficiência(%) = (potência de saída × 100%) / potência de entrada

5. Operação de Trabalho do Amplificador Classe C

Dissipação de potência do amplificador classe C

(As Formas de Onda Classe C)

Fonte: Wikimedia Commons

A dissipação de potência deste amplificador é menor porque ele opera apenas em uma porção da forma de onda de entrada. Existe um intervalo de tempo entre pulsos de sinal CA de entrada (T). Sua amplitude é Ic(sat). Adicionalmente, a amplitude mínima de tensão é Vce(sat).

PD(on) = Ic(sat) × Vce(sat) é a dissipação de potência para os transistores.

Notavelmente, o transistor permanece operando pelo intervalo de tempo restante.

(Exemplo de transistores)

Operação sintonizada do amplificador classe C

(Ação amplificadora em um amplificador classe C.)

A corrente de coletor flui por menos da metade do ciclo do sinal CA durante a operação de um amplificador Classe C. Um amplificador classe C tem um bias de 80° a 120°.

Isso explica por que ele usa apenas menos de 50% com um circuito ressonante que opera para o ciclo completo da frequência ressonante.

Como a eficiência aumenta amplamente quando baixamos o ângulo de condução, ocorre uma situação de dar e receber entre eficiência e distorção. No entanto, causa distorção considerável.

Uma carga sintonizada no amplificador realiza a regulação de distorção necessária. Além disso, o dispositivo ativo (transistor) é chaveado pelo sinal de entrada, e a corrente flui através de uma carga sintonizada.

(Transmissor RF)

Bias de clamp para amplificador classe C

(Amplificador Classe C Sintonizado com Circuito de Bias Clamp)

O layout do circuito acima representa um amplificador classe C emissor comum com resistor de carga. Para esclarecer, usamos a carga resistiva para demonstrar o conceito porque uma carga de circuito ressonante opera o amplificador. Então, com a fonte de alimentação negativa, o bias ocorre abaixo do ponto de corte. Os picos de tensão da fonte CA são ligeiramente maiores que a tensão da base. E permite que a tensão da base exceda brevemente o potencial de barreira da junção base-emissor perto do ápice positivo de cada ciclo. Notavelmente, o transistor liga durante este breve período.

6. Aplicação do Amplificador Classe C

• Primeiramente, usado em oscilador RF.
• Segundamente, usado por operadores FM.
• Terceiramente, usado como amplificadores boosters.
• Adicionalmente, funciona como repetidor de alta frequência.
• Por fim, usado como repetidores sintonizados.

7. Diferenças Entre Amplificadores Classe A, B, AB e C

Diferenças	Produção de sinal	Ciclos	Eficiência	Aplicações
Classe A	fornece reprodução de sinal sonoro.	Fornece rotações completas de 360 graus.	O transistor está sempre meio ligado. Corrente sempre flui, gerando muito calor, levando a uma eficiência de 25%	Usado em dispositivos de baixa potência como rádio e sistemas de som externo
Classe B	não produz boa reprodução de sinal	fornece meios ciclos.	O transistor polarizado positivamente conduzirá o sinal positivo enquanto outro transistor idêntico está desligado. Adicionalmente, quando um sinal negativo passa, o vice-versa acontece. A comutação alternada dos pares de transistores distorce o sinal de saída gerando menos calor, aumentando a eficiência para 78%	Ótimo para dispositivos alimentados por bateria
Classe AB	tem reprodução de sinal sonoro	mais de meio ciclo.	Combina os pontos fortes da classe A e B tendo reprodução de sinal sonoro e eficiência complementar de 78%	Usado em amplificador de áudio de alta fidelidade.
Classe C	–	Menos de meio ciclo.	Sinal de saída altamente distorcido já que o transistor é fortemente polarizado e só liga para <180° do ciclo de entrada. Faz produzir menos calor. portanto, tornando a eficiência da classe C 80%	Inadequado para aplicações de áudio porque o pulso de corrente o torna útil em osciladores RF.

Resumo

Os amplificadores classe C são os amplificadores mais eficientes para usar em aparelhos, pois produzem menos calor.

Esperamos que este artigo seja útil para você. Para quaisquer dúvidas sobre o amplificador classe C, entre em contato conosco.