🔊 Laboratório Virtual: Estágios de Potência (Classes A, B e AB), Distorção de Crossover e Térmica

Análise dinâmica de formas de onda temporais, balanço energético, ponto crítico de máxima dissipação (Vp = 2VCC/π) e resistência térmica de dissipadores.

⚙️ Classe de Operação e Dimensionamento
Topologia do Estágio de Saída:
Alimentação Simétrica (±V_CC): ±15.0 V
±5 V ±15 V (Padrão) ±35 V (Alta Potência)
Amplitude de Pico na Saída (V_p): 9.55 V (0.637 V_CC)
Resistência de Carga (R_L): 8.0 Ω
4 Ω (Subwoofer) 8 Ω (Alto-Falante) 32 Ω (Fone)
Resistência Térmica Dissipador (θ_SA): 4.0 °C/W
0.5 °C/W (Ventilado) θ_JC=1.5, θ_CS=0.5 °C/W 15 °C/W (Pequeno)
🔥 COLAPSO TÉRMICO (T_J > 150 °C)! Junção de silício acima do limite seguro! Reduza θ_SA (aumente o dissipador) ou V_CC.
⚠️ DISTORÇÃO DE CROSSOVER ATIVA: Zona morta de ±0,7 V corta Q_N e Q_P na passagem por zero (alta THD em baixos sinais).
✅ OPERAÇÃO LINEAR SEGURA: Distorção de cruzamento eliminada e temperatura de junção T_J dentro da SOA térmica.
Potência na Carga (P_L) 5.70 W
Potência Fontes (P_SS) 11.40 W
Dissipação / Transistor (P_D,Q) 2.85 W (Par: 5.70 W)
Eficiência (η = P_L/P_SS) 50.0%
Distorção Crossover Eliminada (V_BB=1.4V)
Temp. de Junção (T_J) 42.1 °C (Máx 150°C)
Oscilograma Temporal, Curva de Dissipação Térmica e Perfil de Temperatura (T_A → T_J)
━━ Saída vo(t) ━━ iC,N(t) ━━ iC,P(t) ━━ PD,Q(Vp)
Física do Estágio de Saída e Lei de Fourier Térmica: Na Classe A (seguidor de emissor polarizado com I₁ = V_CC/R_L), a fonte consome potência contínua fixa P_SS = 2·V_CC²/R_L independente do sinal; o aquecimento máximo ocorre em repouso (V_p = 0) e a eficiência máxima é de apenas 25%. Na Classe B (Push-Pull sem polarização), cada transistor conduz por 180°, elevando a eficiência máxima para π/4 ≈ 78,54%, porém sofre severa Distorção de Crossover na zona morta -0,7 V < v_in < +0,7 V. A Classe AB introduz um multiplicador de V_BE (V_BB ≈ 2V_BE) que mantém uma pequena corrente quiescente I_Q, erradicando a zona morta. Nos estágios Push-Pull (B/AB), o pior caso térmico não ocorre na potência máxima de saída, mas em V_p = 2V_CC/π ≈ 0,6366·V_CC (onde η = 50% e P_D,Q(máx) = V_CC²/(π²R_L)), ponto obrigatório para dimensionar o dissipador via T_J = T_A + P_D,Q · (θ_JC + θ_CS + θ_SA).