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Dois amplificadores de uso geral transistorizados (ART412)

Com finalidades didáticas, ou ainda para fazer parte de pequenos projetos de utilidades tais como reforçadores de som, toca-discos, intercomunicadores, saída de receptores de comunicações, amplificadores de pequenas e médias potências podem ser exigidos. Na verdade, em projetos de escolas técnicas, a montagem de amplificadores que sejam baseados exclusivamente em transistores é obrigatória e tanto os professores como os alunos às vezes sentem falta de bons projetos deste tipo. Atendendo às duas finalidades apresentamos neste artigo dois bons amplificadores transistorizados de fácil montagem, para os que não desejam ter um projeto equivalente com base em circuitos integrados pelos motivos indicados.

Os dois projetos que apresentamos se caracterizam pela bom ganho e excelente qualidade de som, garantida pelas saídas em simetria complementar.

De fato, o projeto de menor de potência pode fornecer perto de 1W rms numa carga de 4 ?, o que corresponde a 4W PMPO enquanto que o segundo projeto tem uma potência da ordem de 5W rms com uma carga de 3,2 ? o que corresponde a 20W PMPO.

A alimentação dos dois circuitos é feita com uma tensão de 12V o que permite também sua utilização no carro com diversas finalidades tais como: reforço para o som existente, alimentação de sirenes de alarmes, amplificador para sistemas de aviso interno (bips), etc.

Os dois projetos utilizam 5 transistores de uso geral e que podem ser obtidos com facilidade. Estes transistores também admitem equivalentes e a sensibilidade dos projetos permite que eles sejam alimentados com fontes de baixa intensidade, ou seja, diretamente a partir de transdutores como microfones, cápsulas fonográficas, etc.

Na verdade, pela simplicidade, eles podem ser utilizados em módulos num sistema de maior potência ou ainda de difusão de som ambiente.

 

Características:

a) Projeto 1 - BC338/BC328

  • Potência de saída: 1 W (aprox) rms
  • Tensão de alimentação: 12V
  • Corrente de repouso: 2 mA (tip)
  • Corrente máxima: 300 mA (tip)
  • Sensibilidade de entrada: 200 mV
  • Impedância de entrada: 500 k ?
  • Faixa de frequências: 100 a 15 000 Hz

 

b) Projeto 2 - BD433/BD434

  • Potência de saída: 5 W (aprox.) rms
  • Tensão de alimentação: 12 a 14 V
  • Corrente de repouso: 20 mA
  • Corrente máxima: 1 A
  • Sensibilidade de entrada: 15 mV
  • Impedância de entrada: 47 k ?
  • Faixa de frequências: 60 a 20 000 Hz

 

 

COMO FUNCIONA

Os dois amplificadores se caracterizam por terem a etapa de saída em simetria complementar. Esta é a configuração empregada na maioria dos amplificadores transistorizados atuais tanto pelo seu alto rendimento e fidelidade como pela sua baixa impedância de saída que permite a excitação direta de alto-falantes sem a necessidade de transformadores.

Nesta configuração são usados dois transistores complementares (um PNP e um NPN) ligados de tal forma a receberem o sinal a ser amplificado ao mesmo tempo.

Assim, pela sua polaridade, um dos transistores só conduz com os semiciclos positivos e o outro só com os negativos, conforme mostra a figura 1.

 

Etapa complementar de transistores NPN e PNP
Etapa complementar de transistores NPN e PNP

 

O resultado é que, cada um amplifica então metade do sinal de áudio, ficando na outra metade do ciclo cortado, o que é interessante, pois neste intervalo de tempo ele não consome energia.

O sinal amplificado é obtido na sua forma total nos emissores dos transistores. Neste ponto da saída é ligado em série com um capacitor o alto-falante que vai fazer a reprodução do sinal.

Quando um dos transistores conduz, o capacitor se carrega com o semiciclo conduzido, de modo que o alto-falante em série é percorrido pela corrente correspondente fazendo sua reprodução, conforme mostra a figura 2.

 

Correntes numa etapa complementar.
Correntes numa etapa complementar.

 

No semiciclo seguinte, o outro transistor conduz fechando agora o circuito de descarga do capacitor. Desta forma, o capacitor se descarrega com uma corrente que tem a forma de onda do semiciclo aplicado ao transistor. Ocorre então a reprodução do outro semiciclo do sinal.

Para que este tipo de circuito funcione perfeitamente é necessário que as características de entrada dos dois transistores estejam bem casas e isso é determinado pela sua corrente de polarização.

Assim, o que se faz normalmente é manter uma corrente de repouso mínima, garantida por um circuito regulador que tanto pode empregar resistores como diodos e até mesmo transistores entre as bases, conforme mostra a figura 3.

 

Reguladores usados numa etapa de saída complementar.
Reguladores usados numa etapa de saída complementar.

 

No nosso caso empregaremos um transistor que vai ter seu ponto de condução fixado de tal forma a levar as bases dos transistores de saída à polarização desejada.

Esta configuração tem uma vantagem interessante quando aplicada a um amplificador de maior potência.

Nos amplificadores de potências mais elevadas os transistores tendem a mudar de características aumentando sua corrente de repouso quando a temperatura aumenta.

Se o processo avançar muito, a corrente de repouso pode aumentar tanto a ponto de gerar mais calor num processo que se torna irreversível e culmina com a queima dos transistores de saída.

Um transistor usado na regulagem da polarização de base pode ser montado no próprio radiador de calor dos transistores de saída de tal forma a sentir sua temperatura. Quando esta temperatura aumentar o transistor sensor altera suas características e diminui a tensão entre bases de modo a reduzir a corrente de repouso. O resultado é que o processo se mantém controlado com um funcionamento perfeito da etapa de saída.

Para excitar os transistores da etapa de saída, nos circuitos de menor de potência pode ser usado apenas um transistor cuja polaridade vai determinar o modo como ele vai ser ligado.

Este transistor é o driver (Q2 nos dois circuitos) e precisa já de um sinal com uma intensidade que depende da potência final que o amplificador vai ter.

Para podermos trabalhar com sinais de pequena intensidade temos uma etapa amplificadora adicional com mais um transistor (Q1 nos dois circuitos).

Esta etapa tem a configuração tradicional de emissor comum mas recebe uma realimentação negativa a partir do próprio sinal de saída. No projeto 1 esta realimentação é feita através do resistor R6 e no projeto 2 é feita através de R8. Fixando o ganho do amplificador, esta realimentação também melhora sua resposta de frequência.

O sinal a ser amplificado é aplicado à base do primeiro transistor amplificador depois de passar pelo controle de volume que nada mais é do que um potenciômetro comum.

Os dois circuitos não incluem controles de tonalidade, mas eles podem ser facilmente agregados bastando para isso que se utilize um circuito pré-amplificador com controle de tom convencional.

Neste tipo de circuito é muito importante a filtragem da fonte de alimentação no caso dela ser usada. A disposição dos componentes também deve ser cuidadosamente estudada e todos os cabos de sinal devem ser blindados para que não haja captação de zumbidos.

 

MONTAGEM

Começamos por dar, na figura 4, o diagrama do amplificador que corresponde ao projeto 1, ou seja, a versão de menor potência.

 

Diagrama do projeto 1.
Diagrama do projeto 1.

 

A disposição dos componentes desta versão numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.

 

Placa de circuito impresso do projeto 1.
Placa de circuito impresso do projeto 1.

 

Para o projeto 2, que corresponde à versão de maior potência, o circuito completo é mostrado na figura 6.

 

Diagrama do projeto 2.
Diagrama do projeto 2.

 

A placa de circuito impresso para esta versão é mostrada na figura 7.

 

Placa de circuito impresso do projeto 2.
Placa de circuito impresso do projeto 2.

 

Na segunda versão os transistores de potência devem ser dotados de radiadores de calor. Os resistores são todos de 1/8W com 5% ou mais de tolerância e os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho de 16V ou mais.

Os demais capacitores podem ser de poliéster ou cerâmicos.

O alto-falante usado em cada uma das versões deve suportar a potência do amplificador e para melhor reprodução deve ser instalado em caixa acústica apropriada.

Os cabos de entrada de sinais devem ser blindados com as malhas devidamente aterradas para que não ocorra captação de zumbidos.

Uma fonte de alimentação que serve para os dois amplificadores é mostrada na figura 8.

 

Fonte para os dois amplificadores.
Fonte para os dois amplificadores.

 

Para a versão de menor potência a corrente do transformador pode ser de 350 a 500 mA e para a versão de maior potência de 1A. Para uma versão estereofônica a capacidade de corrente do secundário do transformador deve ser dobrada.

Na segunda versão (de maior potência) o transistor regulador da polarização deve ser montado no dissipador de calor de um dos transistores de saída. Este transistor regulador de polarização pode ser colado com epóxi no dissipador, pois deve apenas receber o calor gerado.

Para os transistores de saída temos algumas possibilidades de uso de equivalentes:

Assim, para o par BC338 e BC328 podemos usar os BD135 e BD136, mas no caso a disposição dos terminais é diferente.

Para o caso do par BD433 e BD434 existe a possibilidade de se empregar os TIP31 e TIP32 mas estes possuem uma disposição de terminais diferente.

 

PROVA E USO

Será interessante dispor de um multímetro para os ajustes e se for possível ter um osciloscópio e um gerador de sinais de áudio o ponto de funcionamento ideal pode ser conseguido com mais facilidade.

O primeiro passo nos ajustes consiste em se obter uma corrente de repouso apropriada para cada um dos circuitos. Para isso, o multímetro, inicialmente na sua escala maior de correntes, deve ser ligado em série com a alimentação, conforme mostra a figura 9.

 

Conexão do multímetro para ajuste da corrente de repouso.
Conexão do multímetro para ajuste da corrente de repouso.

 

É importante que antes de fazer esta ligação o leitor faça um teste prévio de funcionamento, constatando que não há corrente excessiva de consumo que possa caracterizam algum problema. Se isso ocorrer e o multímetro for ligado ao circuito ele corre o risco de ser danificado.

Ajustamos então os trimpots nas bases dos transistores reguladores da polarização de modo a obter uma corrente de repouso apropriada.

Na versão de menor potência, esta corrente pode ficar entre 1 e 5 mA. Na versão de maior potência esta corrente pode ficar entre 5 e 15 mA.

Se este ajuste não for obtido verifique a montagem, conferindo os valores de todos os componentes e se os transistores não apresentam fugas.

Em seguida, ajuste P2 da versão de maior potência de modo a obter simetria na forma de sinal reproduzido. Se não tiver um osciloscópio para este ajuste ele pode ser feito "de ouvido" de modo a se obter menor distorção, se bem que esta não seja uma solução ideal.

Feitos os ajustes só usar o amplificador.

 

a) Projeto 1 - 1W


Semicondutores:

Q1, Q3 - BC548 ou equivalentes - transistores NPN de uso geral

Q2 - BC558 - transistor PNP de uso geral

Q4 - BC338 ou equivalente - transistor NPN de média potência

Q5 - BC328 ou equivalente - transistor PNP de média potência


Resistores: (1/8W, 5%)

R1 - 270 k ?

R2 - 15 k ?

R3 - 470 k ?

R4 - 68 ?

R5 - 2,7 k ?

R6 - 1,5 k ?

R7 - 330 ?

R8, R9 - 1 ohm x 1W

P1 - 470 k ? - potenciômetro

P2 - 220 ? - trimpot


Capacitores:

C1 - 2,2 µF x 16 V - eletrolítico

C2 - 10 µF x 16 V - eletrolítico

C3 - 220 µF x 16 V - eletrolítico

C4 - 10 nF - poliéster ou cerâmico

C5 - 1 000 µF x 16 V - eletrolítico

C6 - 470 µF x 16 V - eletrolítico


Diversos:

FTE - 4 ou 8 ? - alto-falante de 10 cm ou maior

Placa de circuito impresso, jaque de entrada, botão plástico para o potenciômetro, fios, solda, etc.

 


b) Projeto 2 - 5 W


Semicondutores:

Q1, Q3 - BC548 ou equivalente - transistores NPN de uso geral

Q2 - BC328 ou equivalente - transistor PNP de média potência

Q4 - BD433 - transistor NPN de média potência

Q5 - BD434 - transistor PNP de média potência

D1 - 1N4002 - diodo de silício de uso geral


Resistores: (1/8W, 5%)

R1, R2 - 47 k ?

R3 - 2,7 k ?

R4 - 18 k ?

R5, R8 - 1 k ?

R6, R9 - 120 ?

R7 - 5,6 ?

P1 - 47 k ? - potenciômetro

P2 - 47 k ? - trimpot

P3 - 220 ? - trimpot


Capacitores:

C1 - 4,7 µF x 16 V - eletrolítico

C2 - 47 µF x 16 V - eletrolítico

C3 - 68 nF - cerâmico ou poliéster

C4 - 470 µF x 16 V - eletrolítico

C5 - C6. C7 - 1 000 µF x 16 V - eletrolíticos


Diversos:

Placa de circuito impresso, alto-falante de 32, a 8 ? x 10W com pelo menos 10 cm, cabos blindados, jaque de entrada, radiadores de calor para os transistores de saída, fios, solda, etc.

 

 

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