Para melhorar a eficiência energética total do amplificador anterior Classe A reduzindo a potência desperdiçada sob a forma de calor, é possível conceber o circuito do amplificador de potência com dois transístores na sua fase de saída produzindo o que é vulgarmente designado como um amplificador Classe B também conhecido como configuração de amplificador push-pull.
Amplificadores push-pull utilizam dois transístores “complementares” ou correspondentes, sendo um do tipo NPN e o outro do tipo PNP com ambos os transístores de potência recebendo em conjunto o mesmo sinal de entrada que é igual em magnitude, mas em fase oposta um ao outro. Isto resulta num transistor que amplifica apenas uma metade ou 180o do ciclo de onda de entrada, enquanto o outro transistor amplifica a outra metade ou os restantes 180o do ciclo de onda de entrada com as “duas ampolas” resultantes a serem novamente colocadas juntas no terminal de saída.
Então o ângulo de condução para este tipo de circuito amplificador é apenas 180o ou 50% do sinal de entrada. Este efeito de empurrar e puxar dos meios-ciclos alternados pelos transístores dá a este tipo de circuito o seu divertido nome de “empurrar-puxar”, mas são mais geralmente conhecidos como o Amplificador de Classe B, como se mostra abaixo.
Classe B Circuito Amplificador Transformador Push-pull
O circuito acima mostra um circuito Amplificador de Classe B padrão que utiliza um transformador de entrada de centro equilibrado, que divide o sinal de onda de entrada em duas metades iguais e que estão 180o fora de fase uma com a outra. Um outro transformador de ponta central na saída é utilizado para recombinar os dois sinais, fornecendo o aumento de potência à carga. Os transístores utilizados para este tipo de circuito amplificador transformador push-pull são ambos transístores NPN com os seus terminais emissores ligados entre si.
Aqui, a corrente de carga é partilhada entre os dois dispositivos transístores de potência à medida que diminui num dispositivo e aumenta no outro ao longo do ciclo do sinal reduzindo a tensão e corrente de saída a zero. O resultado é que ambas as metades da forma de onda de saída passam agora de zero para o dobro da corrente quiescente, reduzindo assim a dissipação. Isto tem o efeito de quase duplicar a eficiência do amplificador para cerca de 70%.
Assumindo que nenhum sinal de entrada está presente, então cada transistor transporta a corrente normal do colector quiescente, cujo valor é determinado pelo viés de base que se encontra no ponto de corte. Se o transformador estiver precisamente no centro, então as duas correntes colectoras fluirão em direcções opostas (condição ideal) e não haverá magnetização do núcleo do transformador, minimizando assim a possibilidade de distorção.
Quando um sinal de entrada está presente através do secundário do transformador condutor T1, as entradas da base do transístor estão em “anti-fase” uma para a outra, como mostrado, assim, se a base TR1 for positiva conduzindo o transístor em condução pesada, a sua corrente colectora aumentará, mas ao mesmo tempo a corrente de base da TR2 irá mais negativa para o corte e a corrente colectora deste transístor diminuirá numa quantidade igual e vice-versa. Assim, metades negativas são amplificadas por um transistor e metades positivas pelo outro transistor dando este efeito de empurrar-puxar.
Desse modo, estas correntes alternadas são ADICIONAIS, resultando na combinação dos dois meios-ciclos de saída para reformar a onda sinusoidal no enrolamento primário dos transformadores de saída, que então aparece através da carga.
A operação do amplificador da classe B tem polarização DC zero, uma vez que os transístores são polarizados no corte, pelo que cada transistor só conduz quando o sinal de entrada é maior do que a tensão do emissor de base. Portanto, na entrada zero há saída zero e não se consome energia. Isto significa então que o ponto Q real de um amplificador Classe B está na parte Vce da linha de carga, como se mostra abaixo.
Curvas de Características de Saída da Classe B
O Amplificador Classe B tem a grande vantagem sobre os seus primos amplificadores de Classe A, na medida em que nenhuma corrente flui através dos transístores quando estes se encontram no seu estado quiescente (ou seja, sem sinal de entrada), portanto nenhuma potência é dissipada nos transístores de saída ou transformador quando não há sinal presente, ao contrário das fases de amplificação de Classe A que requerem um enviesamento de base significativo, dissipando assim muito calor – mesmo sem sinal de entrada presente.
Assim, a eficiência global de conversão ( η ) do amplificador é maior do que a do amplificador equivalente de Classe A, com eficiências que atingem os 70% possíveis, resultando em quase todos os tipos modernos de amplificadores push-pull operados neste modo de Classe B.
Amplificador Push-Pull de Classe B sem transformador
Uma das principais desvantagens do circuito amplificador de Classe B acima é que utiliza transformadores equilibrados de remate central na sua concepção, tornando a sua construção dispendiosa. Contudo, existe outro tipo de amplificador Classe B chamado Amplificador de Simetria Complementar Classe B que não utiliza transformadores na sua concepção, por isso, não utiliza transformadores utilizando em vez disso pares complementares ou combinados de transístores de potência.
Como não são necessários transformadores, isto torna o circuito de amplificação muito mais pequeno para a mesma quantidade de saída, também não há efeitos magnéticos ou distorção do transformador para afectar a qualidade do sinal de saída. Um exemplo de um circuito de amplificador Classe B “sem transformador” é dado abaixo.
Classe B Estágio de saída sem transformador
O circuito amplificador de Classe B acima usa transístores complementares para cada metade da forma de onda e enquanto que os amplificadores de Classe B têm um ganho muito elevado do que os tipos de Classe A, uma das principais desvantagens dos amplificadores push-pull de classe B é que sofrem de um efeito conhecido comummente como Distorção Crossover.
esperadamente lembramo-nos dos nossos tutoriais sobre transístores que é necessário aproximadamente 0,7 volts (medido da base para o emissor) para obter um transistor bipolar para começar a conduzir. Num amplificador puro de classe B, os transístores de saída não são “pré-preparados” para um estado “ON” de funcionamento.
Isto significa que a parte da forma de onda de saída que fica abaixo deste 0.A janela de 7 volts não será reproduzida com precisão uma vez que a transição entre os dois transístores (quando estão a mudar de um transístor para o outro), os transístores não param ou começam a conduzir exactamente no ponto de cruzamento zero mesmo que sejam pares especialmente combinados.
Os transístores de saída para cada metade da forma de onda (positiva e negativa) terão cada um uma área de 0,7 volts na qual não estão a conduzir. O resultado é que ambos os transístores são desligados “OFF” exactamente ao mesmo tempo.
Uma forma simples de eliminar a distorção cruzada num amplificador de Classe B é adicionar duas pequenas fontes de tensão ao circuito para enviesar ambos os transístores num ponto ligeiramente acima do seu ponto de corte. Isto dar-nos-ia então o que é comummente chamado um circuito amplificador de Classe AB. No entanto, é impraticável adicionar fontes de tensão adicionais ao circuito amplificador de modo a que as junções PN sejam utilizadas para fornecer a polarização adicional sob a forma de díodos de silício.
O Amplificador Classe AB
Sabemos que precisamos que a tensão do emissor de base seja superior a 0,7v para que um transístor bipolar de silício comece a conduzir, por isso, se fossemos substituir as duas resistências de polarização do divisor de tensão ligadas aos terminais de base dos transístores por dois díodos de silício. A tensão de polarização aplicada aos transístores seria agora igual à queda de tensão de avanço destes díodos. Estes dois díodos são geralmente denominados Díodos de polarização ou Díodos de compensação e são escolhidos para corresponder às características dos transístores correspondentes. O circuito abaixo mostra a polarização dos díodos.
Amplificador Classe AB
O circuito Amplificador Classe AB é um compromisso entre as configurações Classe A e Classe B. Esta tensão de polarização de díodos muito pequena faz com que ambos os transístores conduzam ligeiramente, mesmo quando não há sinal de entrada. Uma forma de onda de sinal de entrada fará com que os transístores funcionem normalmente na sua região activa, eliminando assim qualquer distorção cruzada presente nos desenhos de amplificadores puros de Classe B.
Uma pequena corrente colectora fluirá quando não houver sinal de entrada, mas é muito menor do que a da configuração do amplificador de Classe A. Isto significa então que o transistor ficará “ligado” durante mais de meio ciclo da forma de onda, mas muito menos do que um ciclo completo, dando um ângulo de condução entre 180o a 360o ou 50% a 100% do sinal de entrada, dependendo da quantidade de enviesamento adicional utilizado. A quantidade de tensão de polarização de díodos presente no terminal de base do transistor pode ser aumentada em múltiplos, adicionando díodos adicionais em série.
Amplificadores de classe B são grandemente preferidos em relação aos modelos de classe A para aplicações de alta potência, tais como amplificadores de potência de áudio e sistemas PA. Tal como o circuito amplificador de classe A, uma forma de aumentar grandemente o ganho de corrente ( Ai ) de um amplificador push-pull de classe B é utilizar pares de transístores Darlington em vez de transístores simples nos seus circuitos de saída.
No próximo tutorial sobre amplificadores vamos analisar mais de perto os efeitos da distorção de Crossover nos circuitos de amplificação de Classe B e as formas de reduzir o seu efeito.
