Amplificadores Afinados
Os tipos de amplificadores que discutimos até agora não funcionam bem em frequências de rádio, embora sejam bons em frequências de áudio. Além disso, o ganho desses amplificadores é tal que não varia de acordo com a frequência do sinal, em uma ampla faixa. Isso permite a amplificação do sinal igualmente bem ao longo de uma faixa de frequências e não permite a seleção de determinada frequência desejada enquanto rejeita as outras frequências.
Assim, surge a necessidade de um circuito que tanto seleciona como amplifica. Então, um circuito amplificador junto com uma seleção, como um circuito sintonizado, faz umTuned amplifier.
O que é um amplificador sintonizado?
Amplificadores sintonizados são os amplificadores que são empregados com a finalidade de tuning. Ajustar significa selecionar. Entre um conjunto de frequências disponíveis, caso ocorra a necessidade de selecionar uma determinada frequência, rejeitando todas as outras frequências, tal processo é denominadoSelection. Esta seleção é feita usando um circuito chamadoTuned circuit.
Quando um circuito amplificador tem sua carga substituída por um circuito sintonizado, tal amplificador pode ser chamado de Tuned amplifier circuit. O circuito amplificador sintonizado básico se parece com o mostrado abaixo.
O circuito do sintonizador nada mais é do que um circuito LC, também chamado de resonant ou tank circuit. Ele seleciona a frequência. Um circuito sintonizado é capaz de amplificar um sinal em uma faixa estreita de frequências que são centralizadas na frequência de ressonância.
Quando a reatância do indutor equilibra a reatância do capacitor, no circuito sintonizado em alguma frequência, tal frequência pode ser chamada de resonant frequency. É denotado porfr.
A fórmula para ressonância é
$$ 2 \ pi f_L = \ frac {1} {2 \ pi f_c} $$
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
Tipos de circuitos sintonizados
Um circuito sintonizado pode ser um circuito sintonizado em série (circuito ressonante em série) ou um circuito sintonizado em paralelo (circuito ressonante paralelo) de acordo com o tipo de sua conexão ao circuito principal.
Circuito Sintonizado em Série
O indutor e o capacitor conectados em série formam um circuito sintonizado em série, conforme mostrado no diagrama de circuito a seguir.
Na freqüência de ressonância, um circuito ressonante em série oferece baixa impedância, o que permite alta corrente através dele. Um circuito ressonante em série oferece impedância cada vez mais alta para as frequências distantes da frequência ressonante.
Circuito Paralelo Sintonizado
O indutor e o capacitor conectados em paralelo formam um circuito sintonizado em paralelo, conforme mostrado na figura abaixo.
Na frequência ressonante, um circuito ressonante paralelo oferece alta impedância que não permite alta corrente através dele. Um circuito ressonante paralelo oferece impedância cada vez mais baixa para as frequências distantes da frequência ressonante.
Características de um circuito sintonizado em paralelo
A frequência em que ocorre a ressonância paralela (ou seja, o componente reativo da corrente do circuito torna-se zero) é chamada de frequência ressonante fr. As principais características de um circuito sintonizado são as seguintes.
Impedância
A relação entre a tensão de alimentação e a corrente da linha é a impedância do circuito sintonizado. A impedância oferecida pelo circuito LC é dada por
$$ \ frac {Abastecimento \: tensão} {Equação de linha} = \ frac {V} {I} $$
Na ressonância, a corrente da linha aumenta enquanto a impedância diminui.
A figura abaixo representa a curva de impedância de um circuito de ressonância paralelo.
A impedância do circuito diminui para os valores acima e abaixo da frequência ressonante fr. Conseqüentemente, a seleção de uma determinada frequência e a rejeição de outras frequências são possíveis.
Para obter uma equação para a impedância do circuito, vamos considerar
Linha atual $ I = I_L cos \ phi $
$$ \ frac {V} {Z_r} = \ frac {V} {Z_L} \ times \ frac {R} {Z_L} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {Z_L ^ 2} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {L / C} = \ frac {CR} {L} $$
Desde, $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $
Portanto, a impedância do circuito Z r é obtida como
$$ Z_R = \ frac {L} {CR} $$
Assim, na ressonância paralela, a impedância do circuito é igual a L / CR.
Corrente do circuito
Na ressonância paralela, o circuito ou corrente de linha I é dado pela tensão aplicada dividida pela impedância do circuito Z r , ou seja,
Linha atual $ I = \ frac {V} {Z_r} $
Onde $ Z_r = \ frac {L} {CR} $
Como Z r é muito alto, a corrente de linha I será muito pequena.
Fator de qualidade
Para um circuito de ressonância paralelo, a nitidez da curva de ressonância determina a seletividade. Quanto menor for a resistência da bobina, mais nítida será a curva ressonante. Conseqüentemente, a reatância indutiva e a resistência da bobina determinam a qualidade do circuito sintonizado.
A razão de reatância indutiva da bobina em ressonância para sua resistência é conhecida como Quality factor. É denotado porQ.
$$ Q = \ frac {X_L} {R} = \ frac {2 \ pi f_r L} {R} $$
Quanto mais alto o valor de Q, mais nítida será a curva de ressonância e melhor será a seletividade.
Vantagens dos amplificadores sintonizados
A seguir estão as vantagens dos amplificadores sintonizados.
O uso de componentes reativos como L e C, minimiza a perda de potência, o que torna os amplificadores sintonizados eficientes.
A seletividade e a amplificação da frequência desejada são altas, proporcionando maior impedância na frequência de ressonância.
Um coletor menor de alimentação VCC serviria, por causa de sua pouca resistência no circuito sintonizado em paralelo.
É importante lembrar que essas vantagens não são aplicáveis quando há uma alta carga resistiva do coletor.
Resposta de frequência do amplificador sintonizado
Para um amplificador ser eficiente, seu ganho deve ser alto. Este ganho de tensão depende de β, impedância de entrada e carga do coletor. A carga do coletor em um amplificador sintonizado é um circuito sintonizado.
O ganho de voltagem de tal amplificador é dado por
Ganho de tensão = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $
Onde Z C = carga efetiva do coletor e Z in = impedância de entrada do amplificador.
O valor de Z C depende da frequência do amplificador sintonizado. Como Z C é máxima a frequência de ressonância, o ganho do amplificador é máxima a esta frequência ressonante.
Largura de banda
A faixa de frequências na qual o ganho de tensão do amplificador sintonizado cai para 70,7% do ganho máximo é chamada de Bandwidth.
A faixa de frequências entre f 1 ef 2 é chamada de largura de banda do amplificador sintonizado. A largura de banda de um amplificador sintonizado depende do Q do circuito LC, ou seja, da nitidez da resposta de frequência. O valor de Q e a largura de banda são inversamente proporcionais.
A figura abaixo detalha a largura de banda e a resposta de frequência do amplificador sintonizado.
Relação entre Q e largura de banda
O fator de qualidade Q da largura de banda é definido como a relação entre a frequência de ressonância e a largura de banda, ou seja,
$$ Q = \ frac {f_r} {BW} $$
Em geral, um circuito prático tem seu valor Q maior que 10.
Sob esta condição, a frequência ressonante na ressonância paralela é dada por
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$