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Reparando Amplificadores de Áudio (SER408)

Quando falamos na reparação de amplificadores de áudio não nos referimos apenas aos tipos completos, destinados exclusivamente à amplificação de sinais de toca-discos, toca-fitas ou sintonizadores. Também se incluem nesta categoria as etapas de amplificação de rádios, intercomunicadores com ou sem fio e até mesmo transceptores de radioamadores. Neste artigo abordaremos alguns pontos interessantes referentes à reparação, com a utilização de 3 equipamentos: o injetor de sinais, o multímetro e o osciloscópio.

Obs. Este artigo é de 1989, por isso não inclui diagnóstico em amplificadores modernos, como os tipos classe D ou digitais. No entanto, como muitos amplificadores comerciais ainda usam configurações analógicas tradicionais, o artigo tem importância para o profissional ou amador que deseja fazer reparos neste tipo de equipamento.

 

Um amplificador de áudio é composto por um conjunto de componentes que devem funcionar de maneira equilibrada.

A simples quebra do equilíbrio, pela queima de um único componente não só pode interromper o funcionamento de um amplificador, como até gerar correntes intensas que ocasionarão a queima de outros componentes.

Existem diversas configurações para os amplificadores de áudio, usando desde simples transistores até circuitos integrados dedicados e mesmo circuitos híbridos.

Com a utilização de alguns instrumentos básicos, a busca de problemas nestes equipamentos não exige mais do que um pouco de paciência e um procedimento lógico, de que falaremos neste artigo.

Os instrumentos que pretendemos usar nesta busca de defeitos são comuns, exceto o osciloscópio, que nem sempre está disponível dado seu custo mais elevado.

A finalidade destes instrumentos, cujos aspectos são mostrados na figura 1, pode ser resumida no seguinte:

 

Figura 1- Os instrumentos
Figura 1- Os instrumentos

 

1. Multímetro - mede tensões, correntes e resistências.

Através dessas medidas podemos testar os mais diversos tipos de componentes e comprovar o funcionamento de parte do circuito em teste.

 

2. Injetor de sinais

Este instrumento, o mais barato de todos, consiste num simples oscilador de áudio que gera um sinal de prova para ser aplicado na entrada de amplificadores e permite verificar o funcionamento de suas etapas.

 

3. Osciloscópio

Trata-se de um instrumento que permite a visualização de formas de onda e a realização de medidas de tensão e freqüência.

Com ele podemos testar, de maneira mais completa, um amplificador, constatando eventuais distorções.

É interessante utilizá-lo em conjunto com um gerador de áudio.

Evidentemente, ao dar os procedimentos que se seguem, supomos que todos saibam manejar os instrumentos usados.

 

MEDIDA DE TENSÃO EM CIRCUITOS TRANSISTORIZADOS

A simples medida de tensão numa etapa amplificadora permite que se avalie seu estado.

Na figura 2 temos uma etapa de amplificação com um transistor na configuração de emissor comum.

 

Figura 2 – Etapa transistorizada comum
Figura 2 – Etapa transistorizada comum

 

Esta etapa aparece na maioria dos amplificadores de áudio de pequena potência, como por exemplo nos drivers e saídas de pequenos rádios, gravadores, intercomunicadores ou ainda como pré-amplificadora de áudio e driver de amplificadores de maior potência.

Para que o transistor, que é o elemento central da etapa, funcione corretamente, é preciso haver uma polarização em seus elementos que o leve à operação na parte linear da sua curva característica.

Isso implica em se colocar resistores de tal forma calculados que, sem sinal, a tensão de coletor fique da metade para baixo da tensão de alimentação, como vemos no gráfico da figura 3.

 

Figura 3 – Polarização do transistor
Figura 3 – Polarização do transistor

 

Assim, numa alimentação de 6 V, é comum termos tensão de coletor em torno de 2 a 3 V e de emissor bem mais abaixo, com fração de volt ou no máximo com 1 V.

Para amplificadores com tensão de alimentação maior, as tensões encontradas nestes elementos são proporcionalmente maiores, como sugere o circuito da figura 4.

 

Figura 4 – Tensões na etapa
Figura 4 – Tensões na etapa

 

 A tensão de base depende fundamentalmente da tensão de emissor neste circuito.

Para um transistor de germânio NPN a tensão de base deverá estar aproximadamente 0,2 V acima da tensão de emissor, e para um transistor de silício também NPN a tensão ficará em aproximadamente 0,7 V acima da tensão de emissor.

Num transistor PNP as tensões terão as mesmas diferenças, conforme o tipo, mas a base ficará com valor abaixo do emissor, pois o sentido de circulação da corrente se inverte.

Os resistores em torno deste transistor podem sofrer diversos tipos de alterações, o que causaria um desequilíbrio de funcionamento ou mesmo interrupção da etapa.

Uma primeira situação é mostrada na figura 5.

 

Figura 5 – Alteração de resistor
Figura 5 – Alteração de resistor

 

 

O resistor R1, entre a base e a alimentação, se altera, aumentando sua resistência ou mesmo abrindo.

O resultado é a diminuição da corrente de polarização de base, que leva ao deslocamento do ponto de operação, conforme mostra a mesma figura.

A tensão de coletor assume valores acima do previsto se o resistor apenas se alterar, aumentando sua resistência, mas chegará ao mesmo valor da tensão de alimentação se o resistor abrir completamente.

Que efeito causa essa alteração na qualidade do som?

Se o resistor simplesmente abrir, o transistor não tem polarização alguma e o resultado é uma interrupção do som neste ponto.

Com o injetor de sinais, podemos facilmente perceber isso.

Aplicando o sinal no coletor, ele passa à etapa seguinte e temos a reprodução no alto-falante.

No entanto, aplicando na base, o sinal não passa pelo transistor ou passa sem qualquer amplificação, e o resultado é a reprodução muito baixa ou mesmo nula.

Se ocorrer uma alteração de valor, com aumento da resistência e com certa polarização, o resultado será uma forte distorção no som do amplificador, que pode ser constatada com ajuda do osciloscópio, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Visualizando a distorção
Figura 6 – Visualizando a distorção

 

Operando num ponto abaixo do centro da reta de carga, o transistor corta parte de um dos semiciclos, o que acarreta forte distorção do sinal.

Num amplificador ou num rádio transistorizado isso aparece na forma de som desagradável, até mesmo com oscilações ou entrecortes facilmente percebidos quando se compara este som com o de outro rádio ou amplificador em bom estado.

Uma outra situação é a alteração ou abertura do resistor R2 entre a base era terra, como mostra o circuito da figura 7.

 

   Figura 7 – Alteração de R2
Figura 7 – Alteração de R2

 

Com a alteração ou abertura deste resistor temos o aumento da corrente de base, o que leva a forte queda no coletor do transistor, conforme mostra a mesma figura.

A tensão de base pode elevar-se ligeiramente em função do aumento da tensão de emissor, caso exista um resistor entre este e a terra (R3).

O reparador poderá facilmente suspeitar deste problema se a tensão de coletor estiver abaixo do normal e muito próxima da tensão de emissor.

Na reprodução, os resultados serão igualmente ruins como no primeiro caso.

Haverá um deslocamento do ponto de operação para a região não linear de funcionamento do transistor, conforme mostra a figura 8.

 

Figura 8 – Deslocamento do ponto de operação
Figura 8 – Deslocamento do ponto de operação

 

Teremos, então, o sinal reproduzido com forte distorção na saída.

A deformação será mais acentuada, quanto maior for a alteração do resistor.

No osciloscópio teremos uma deformação equivalente à mostrada na figura 9.

 

Figura 9 – Distorção visualizada no osciloscópio
Figura 9 – Distorção visualizada no osciloscópio

 

Veja que, neste caso, assim como no anterior, é muito importante que o reparador disponha de um diagrama em que existam os valores corretos das tensões nos pontos analisados, pois isso permite que se chegue facilmente às conclusões vistas.

Finalmente, num outro caso, temos o resistor de emissor que também pode se alterar ou abrir.

Nos circuitos que operam com potências elevadas como, por exemplo, as saídas de alguns tipos de auto-rádios, este resistor pode sofrer sobrecargas quando o resistor (R2) abrir ou o transistor entrar em curto.

A forte corrente que passará a circular entre o coletor e o emissor poderá causar a queima deste resistor, como proposto na figura 10.

 

Figura 10 – Etapa de saída com transformador
Figura 10 – Etapa de saída com transformador

 

A tensão deste componente se elevará anormalmente, chegando próxima da tensão de alimentação.

Um sinal aplicado nesta etapa, ou sofrerá um bloqueio total ou uma forte distorção, dada a mudança do ponto de operação do transistor.

Todos estes problemas supõem que o transistor esteja em bom estado, mas e!e pode apresentar problemas, abrindo ou entrando em curto.

Ambos os casos levarão este componente à inoperância, o que significa que podemos averiguar isso com o uso do injetor de sinais.

O sinal aplicado no coletor passa à etapa seguinte e ocorre sua reprodução.

O sinal aplicado à base, se passar, o fará sem amplificação e sua intensidade de reprodução será a mesma obtida quando o aplicamos ao coletor.

Se não passar, não ocorre a reprodução.

Comparando as medidas de tensão com os resultados desta prova, podemos saber se o problema é de polarização ou do próprio transistor.

Temos ainda a considerar, nestas etapas, a presença de capacitores, conforme mostra a figura 11.

 

Figura 11 – Capacitores na etapa
Figura 11 – Capacitores na etapa

 

C1 acopla a etapa anterior à base do transistor; C2 acopla a saída do transistor (Coletor) à etapa seguinte e C3 desacopla o emissor do transistor.

O que ocorre se estes componentes apresentarem problemas?

Se os capacitores abrirem, o que teremos é a não passagem do sinal ou então uma perda de ganho nos agudos, no caso específico de C3, mas as tensões dos transistores não se alterarão.

Variações nas tensões de polarização ocorrerão se os capacitores entrarem em curto.

No caso de C3, no emissor do transistor, um curto-circuito faz com que a tensão de emissor caia, alterando a tensão de base e modificando o ponto de funcionamento do transistor na curva característica.

O resultado é distorção no som, que também pode ser verificada com ajuda do osciloscópio.

Uma fuga neste capacitor não provoca muitas modificações de comportamento, pois o resistor de emissor é, normalmente, muitas vezes menor que a resistência apresentada pelo componente nas condições de fuga.

Se C1 e C2 entrarem em curto ou apresentarem fugas, ocorre uma alteração da polarização de base dos transistores.

Para C1 temos a entrada da etapa em questão e para C2 da etapa seguinte, que deve ser analisada.

Normalmente, como temos um acoplamento RC do tipo mostrado na figura 12, o curto de C1 equivale à ligação do resistor de coletor Rc da etapa anterior em paralelo com R1.

 

Figura 12 – Acoplamento RC
Figura 12 – Acoplamento RC

 

Deste modo, a corrente de base aumenta, levando o transistor ao setor não linear de sua característica.

Consequentemente, temos amplificação deficiente, com forte distorção.

 

TENSÕES EM SAÍDAS COMPLEMENTARES

A etapa anterior, operando em classe A, apresenta a possibilidade de uma amplificação do ciclo completo do sinal. No entanto, trabalha com uma corrente de repouso relativamente alta, o que limita seu uso aos circuitos de baixa potência.

Nos circuitos de alta potência, fazemos uma polarização em classe B ou C, de modo que temos maior rendimento com uma corrente de repouso muito baixa, mas, em compensação, precisamos de dois transistores para que cada um amplifique um semiciclo do sinal.

Tipos comuns de saída, em que isso ocorre, são mostrados na figura 13 e correspondem aos circuitos push-pull e saída em simetria complementar.

 

Figura 13 – Circuitos de saída
Figura 13 – Circuitos de saída

 

Interessa-nos, inicialmente, a saída em simetria complementar que aparece na maioria dos amplificadores de áudio de alta fidelidade e com potência acima de 1 W.

A saída em push-pull é hoje limitada aos rádios e gravadores transistorizados, cuja potência não supera 1 W.

Na polarização de base dos transistores de saída temos um resistor (R1), dois diodos e um transistor (Q1).

O transistor deve ser polarizado de tal modo a apresentar mais ou menos a mesma resistência que Q1.

Isso é conseguido através da ligação do resistor de base (R2) ao ponto médio correspondente à junção dos emissores dos transistores NPN e PNP, onde temos uma tensão equivalente à metade da alimentação, como mostra a figura 14.

 

Figura 14 – Saída complementar
Figura 14 – Saída complementar

 

Os dois diodos funcionam como reguladores, distribuindo a corrente entre as bases, pois correspondem justamente às duas junções entre base emissor que existem nos transistores de saída.

As tensões típicas, numa etapa deste tipo, são mostradas na mesma figura, observando-se a baixa corrente de repouso.

O transistor excitador (Q1) pode variar sua resistência entre coletor e emissor em função dos dois semiciclos do sinal de entrada, pois está polarizado em classe A.

Quando temos o semiciclo positivo do sinal de entrada, sua resistência coletor-emissor diminui e o transistor PNP da saída é polarizado no sentido de aumento de sua condução.

Cai, então, a tensão no ponto X do diagrama, o que provoca a descarga do capacitor eletrolítico, através do alto-falante, com a reprodução do sinal.

Quando temos o semiciclo negativo do sinal de entrada, sua resistência coletor-emissor aumenta, predominando a ação do resistor R1 que, então, faz com que o transistor NPN de saída conduza mais intensamente.

O capacitor C1 de saída, pelo aumento de tensão em suas armaduras, carrega-se através do alto-falante, com forte corrente que reproduz o sinal original (figura15).

 

Figura 15 – Carga e descarga do capacitor de saída
Figura 15 – Carga e descarga do capacitor de saída

 

 Conforme podemos perceber, trata-se de uma etapa que funciona num equilíbrio crítico.

Circuitos antigos podem usar na estabilização do ponto de funcionamento um trimpot, ou mesmo um termistor, entre as bases dos transistores.

Em circuitos de alta potência, podemos ter um transistor, que reduz a corrente de repouso pela sua ação em contato com o radiador de calor dos transistores de potência.

Ele funciona como uma proteção térmica eficiente em circuitos de mais de 20 W, como mostra a figura 16.

 

Figura 16- Transistor estabilizador
Figura 16- Transistor estabilizador

 

Fatores como funcionamento prolongado, excesso de tensão, má ventilação, podem desequilibrar este circuito, causando problemas graves de funcionamento.

Duas primeiras possibilidades de problemas consistem na abertura de R1 ou então na abertura ou curto do transistor excitador.

No primeiro caso, predomina a ação do transistor Q1 (excitador) e, com isso, o transistor PNP de saída passará a conduzir mais intensamente, deslocando o equilíbrio da etapa, que reproduzirá o sinal com forte distorção, já que somente um semiciclo poderá passar.

Uma verificação no osciloscópio, trocando-se o alto-falante por uma carga resistiva, mostra o que ocorre (figura 17).

 

Figura 17 – Teste com carga resistiva
Figura 17 – Teste com carga resistiva

 

Quando Q1 entra em curto, o efeito é o mesmo, enquanto que sua abertura faz com que o transistor NPN conduza mais intensamente, distorcendo o outro semiciclo do sinal aplicado.

O desequilíbrio pode, entretanto, ter consequências mais graves.

Uma delas é a circulação de forte corrente pelos coletores dos transistores de saída, causando sua queima, e dos resistores de emissor.

Na verdade, neste tipo de circuito, os resistores de emissor representam verdadeiros fusíveis, abrindo sempre que uma sobrecarga ou desequilíbrio ocorra.

Com a medida de tensões, podemos facilmente descobrir o desequilíbrio, mas devemos ter em mente que ele pode ter diversas origens e que todas devem ser analisadas.

Numa etapa como a da figura 18, em que o equilíbrio é mais crítico devido à presença de 4 transistores, os cuidados na descoberta de problema são ainda maiores.

 

Figura 18 – Etapa com 4 transistores de saída
Figura 18 – Etapa com 4 transistores de saída

 

Uma forte distorção e corrente de repouso anormalmente alta indicam que resistores ou transistores estão com problemas.

Alteração de características destes componentes levam à mudanças radicais das tensões em todos os pontos do circuito.

A queima dos transistores de saída, tão logo o amplificador seja ligado, é um aviso de que o desequilíbrio existe.

Os transistores excitadores devem ser retirados e analisados, assim como o driver, já que todos podem ser a origem do problema.

Uma fonte importante de problemas, neste tipo de circuito, e que não deve ser esquecida, é o próprio eletrolítico de acoplamento ao alto-falante.

O alto-falante representa uma resistência praticamente nula à passagem de correntes continuas.

Uma entrada em curto do capacitor, significa levar o ponto X da figura 16 a 0 V, e com isso, fortes correntes podem curto-circuitar o transistor NPN causando sua queima e também do resistor de emissor.

Se, ao ligar o amplificador, este transistor queimar e o resistor também, deslige o alto-falante e teste o capacitor eletrolítico.

 

CIRCUITOS INTEGRADOS E HÍBRIDOS

Quando um equipamento utiliza um amplificador de potência integrado ou híbrido, não podemos acessar diretamente as etapas de amplificação, mas a realização de medidas externas nos ajuda a chegar a uma conclusão do que ocorre.

Na figura 19 temos um amplificador híbrido, observando-se que a maioria dos componentes externos consistem em capacitores de acoplamento de desacoplamento e resistores que influem no ganho ou determinação da resposta em freqüência.

 

Figura 19 – Amplificador integrado
Figura 19 – Amplificador integrado

 

Nem sempre um problema de funcionamento se deve à falha do integrado em si, mas, às vezes, aos próprios componentes externos.

Para trabalhar com este tipo de circuito, é preciso, antes de tudo, dispor de um diagrama, em que existam as tensões corretas em cada pino.

Encontrando tensões anormais nos pinos, verifique antes se os componentes associados não são os causadores do problema.

Levante, por exemplo, o terminal do eletrolítico ou resistor ligado ao pino e verifique se ele não está aberto, em curto, ou alterado.

Se todos os componentes estiverem bons, mas as tensões continuarem alteradas, podemos realmente suspeitar de que o problema é no circuito integrado.

Um problema que ocorre com equipamentos antigos, importados ou fora de linha, e a queima de um integrado que não se fabrica mais ou é difícil de ser encontrado.

Para casos como este, que ocorrem em rádios-relógios, toca-fitas, receivers etc., uma solução interessante é a adaptação.

Partindo de integrados comuns no mercado e que tenham a mesma potência e a mesma tensão de alimentação que o original, podemos usá-lo numa etapa paralela, conforme mostra a figura 20.

 

Figura 20 – Adaptando um amplificador
Figura 20 – Adaptando um amplificador

 

Inutilizamos, então, o circuito original de saída que está com problemas e retiramos o sinal de sua entrada para um amplificador paralelo, alimentado pela mesma fonte.

Muitos equipamentos possuem espaço suficiente para instalação da nova placa no próprio conjunto, mas se isso não for possível, o novo amplificador pode ocupar uma caixa em separado.

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