Os leitores que gostam de idéias diferentes e desejam trabalhar tanto com circuitos digitais como analógicos podem ter neste circuito uma boa oportunidade para colocar em prática suas habilidades. Mais do que isso, os mais imaginosos podem partir deste circuito para um projeto muito mais audacioso como por exemplo uma mesa de som digital.
A idéia deste tipo de circuito não é nova já tendo sido explorada em configurações mais ou menos próximas da indicada por diversas ocasiões.
A idéia de se "chavear" ou "comutar" sinais é bem aproveitada nas fontes de alimentação dos PCs já que, conforme sabemos, na condição de conduzir totalmente (saturado) ou de não conduzir (corte) os transistores não dissipam energia na forma de calor.
Essa idéia pode ser transportada para um projeto de mixer (misturador) de áudio de uma forma bastante simples e que apresenta resultados práticos interessantes.
Os sinais de duas entradas são chaveados alternadamente por circuitos integrados CMOS de modo a aparecerem na saída com amostragens feitas em intervalos tão curtos de tempo que não afetam sua forma de onda final.
Desta forma, dependendo do tempo de amostragem de cada um dos sinais, sua presença na saída do circuito pode ocorrer em maior ou em menor proporção. Controlando estes tempos podemos então controlar a mixagem dos sinais de uma forma muito interessante: não atuamos sobre os sinais com potenciômetros mas sim sobre o ciclo ativo de um oscilador independente.
O circuito proposto trabalha com duas entradas, mas utilizando-se um sequenciador ou leitor pode imaginar um sistema que opere com mais entradas.
Para um mixer estéreo duas unidades podem ser montadas numa mesma caixa, sendo uma para cada um dos dois canais dos sistemas que servem como fonte de sinal.
O mixer chaveado usa componentes comuns o único cuidado que o montador deve ter é com os percursos dos sinais de áudio que devem ser curtos ou blindados para que não ocorram roncos ou ruídos que possam instabilizar o seu funcionamento.
COMO FUNCIONA
Na figura 1 temos um diagrama de blocos que nos permite entender melhor como funciona o nosso mixer.
Os sinais aplicados na entrada do circuito passam por chaves analógica/digitais CMOS de um circuito integrado 4066. estas chaves consistem, na realidade, em transistores de efeito de campo que, ao conduzir apresentam uma resistência muito baixa aos sinais, da ordem de 150 ohms, mas ao permanecerem abertas têm uma resistência de muitos megohms.
O controle destas chaves pode ser feito por um oscilador CMOS com facilidade.
As chaves são ligadas de tal forma que, quando deve passar o sinal do canal E1 a chave S1 está fechada e S3 aberta, mas ao mesmo tempo S2 abre e S4 fecha de modo a curto-circuitar o que ainda possa passar da entrada E2 para a terra.
Assim, garante-se que apenas uma pequena parcela amostrada do sinal de E1 neste instante chegue ao amplificador operacional de saída.
No instante seguinte, quando deve ser amostrado o sinal E2, a chave S3 fecha e ao mesmo tempo S4 abre. S1 abre e S2 fecha de modo a curto-circuitar para a terra o que ainda possa passar de sinal de E1.
O abrir e fechar destas chaves precisa ser muito rápido para que o sinal possa ser recomposto sem distorções, conforme mostra a figura 2.
Isso é conseguido com um oscilador que gere o sinal de controle numa frequência de pelo menos 100 kHz e possa ter seu ciclo ativo controlado.
Veja então que é justamente o tempo de amostragem de cada canal que vai determinar que parcela deste sinal vai aparecer na saída do aparelho.
Se tivermos um ciclo ativo de 90% por exemplo, para o sinal que controla o chaveamento dos sinais, teremos a passagem de 90% do sinal de E1 e 10% do sinal de E2.
O controle da mixagem é feito então pelo ciclo ativo do oscilador que faz o chaveamento e que nosso caso tem por base um circuito integrado 4093.
O controle do ciclo ativo é feito estabelecendo-se percursos diferentes para a a corrente de carga e descarga de C8 que determina a frequência de operação do oscilador.
Ligando dois diodos em oposição a corrente por um faz a carga e a corrente pelo outro a descarga de C8 conforme a saída da porta NAND osciladora tenha sua saída no nível alto ou no nível baixo.
O resistor em série com cada diodo vai depender justamente da posição do cursor de P1 de modo que podemos, através dele determinar que parcela do tempo vai corresponder a carga ou descarga e assim determinar o ciclo ativo deste oscilador.
As outras duas portas do 4093 são usadas como inversores de modo a se obter os sinais em oposição de fase que controlam as chaves do 4066.
O sinal mixado neste circuito precisa de alguma amplificação para ser levado a um circuito externo de amplificação.
No caso o que fazemos é usar um amplificador operacional 741 como seguidor de tensão. nesta configuração não temos ganho de tensão mas sim de potência, já que a impedância deste circuito é muito mais baixa que a entrada que não "carrega" o circuito de chaveamento.
Se o leitor notar que o ganho deste circuito é insuficiente para excitar seu amplificador com a fonte de sinal usada pode eliminar a ligação direta entre o pino 6 e o pino 2 do operacional e colocar um resistor de 100 k a 1 M ohms de modo a obter um ganho maior de tensão.
O capacitor C6 deste circuito tem por finalidade remover alguma componente de alta frequência do chaveamento que possa estar presente no circuito causando assim instabilidade ou chiados na saída.
MONTAGEM
Na figura 3 temos o diagrama completo deste mixer chaveado.
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.
Figura 4 – Placa de circuito para a montagem do Mixer
Para maior segurança e facilidade de troca em caso de necessidade os circuitos integrados podem ser instalados em soquetes DIL. As ligações para os sinais de áudio devem ser curtas na placa e as ligações até os jaques de entrada e de saída devem ser feitas com fios blindados.
A fonte de alimentação deve ser livre de zumbidos e preferivelmente regulada com tensão na faixa de 6 a 12 volts. Como o consumo é muito baixo, menos de 10 mA, a fonte pode usar um 7806 ou 7812 sem problemas e sem a necessidade de um radiador de calor.
Os resistores são todos de 1/8 W ou maiores e os capacitores tanto podem ser cerâmicos como de poliéster menos C7 que é um capacitor eletrolítico para 16 V ou mais.
Jaques do tipo RCA podem ser usados na entrada e saída e o potenciômetro P1 é linear rotativo ou deslizante, conforme a vontade do leitor.
Os diodos admitem equivalentes e o conjunto cabe facilmente numa pequena caixa de plástico que pode incluir a fonte de alimentação. Observe entretanto que a proximidade do transformador da fonte pode exigir que a caixa seja blindada com o circuito de chaveamento e amplificação separados para que não ocorram zumbidos.
PROVA E USO
O circuito trabalha com sinais de pequena intensidade (máximo de 1 ou 2 Vpp) e não deve ser ligado na saída de fontes intensas de sinais que podem sobrecarregá-lo.
Ligando fontes de sinais como microfones, toca-fitas, toca-discos, etc. nas entradas e a saída num amplificador de áudio comum, ao alimentar o aparelho teremos já a mixagem dos sinais. O volume final é controlado no próprio controle de volume do amplificador.
Atuando sobre o potenciômetro P1 o sinal deve passar de um canal para outro de forma suave. na posição central os sinais das entradas devem ser mixados em igual proporção.
Se notar que a frequência de operação está muito baixa com o aparecimento de oscilações na saída altere C8 reduzindo-o para 470 nF. Se notar que a frequência muito alta do oscilador está produzindo oscilações ou instabilidades, aumente este mesmo capacitor.
Altere também C6 aumentando-o se notar ruídos estranhos no sinal mixado.
Se notar roncos no sinal verifique as blindagens dos cabos de áudio, coloque um capacitor de 1 000 uF entre o positivo de alimentação e o terra do aparelho ou ainda separe a fonte de alimentação do aparelho, montando-a em outra caixa.
Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 - 4046 - chaves digitais CMOS - circuito integrado
CI-2 - 741 - amplificador operacional
CI-3 - 4093B - circuito integrado CMOS
D1, D2 - 1N4148 - diodos de silício de uso geral
Resistores: (1/8W, 5%)
R1, R2, R7 - 100 k?
R3, R4, R5, R6, R9,10 - 22 k?
R8 - 10 k?
R11 - 4,7 k?
P1 - 100 k? - potenciômetro linear
Capacitores:
C1, C2, C3, C4 - 220 nF - cerâmico ou poliéster
C5 - 4,7 nF - cerâmico ou poliéster
C6, C8 - 1 nF - cerâmico
C9 - 10 uF/16V - eletrolítico
Diversos:
Placa de circuito impresso, soquetes para os circuitos integrados, jaques de entrada e saída, material para a fonte, caixa para a montagem, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc.
