Oscilador de Duplo T (ART1810)

Nada melhor para entender o funcionamento de um circuito do que realizar uma montagem que permita tantas alterações quantas sejam necessárias para estudar seu desempenho. A utilização da matriz de contatos é, sem dúvida, a melhor solução para este tipo de trabalho e é a partir dela que propomos a análise de funcionamento de uma das configurações mais interessantes da eletrônica: o oscilador de duplo T.

A finalidade de um oscilador é produzir um sinal de determinada frequência e forma de onda.

Temos, então, osciladores de baixas frequências ou AF (audiofrequências) usados para produzir sons que vão desde algumas vibrações por segundo até 15 ou 16 mil vibrações por segundo, e temos os osciladores de altas frequências ou RF (radiofrequências) que produzem sinais que vão desde centenas de milhares de vibrações por segundo e que são usados em transmissores, produzindo as ondas de rádio.

Pelas suas características, o oscilador de duplo T produz sinais senoidais na faixa de áudio, o que leva a sua utilização em circuitos geradores de som, instrumentos musicais e muitas outras aplicações bastante interessantes que veremos neste artigo.

O oscilador tomado como base será bastante simples e poderá ser montado para experiências em matriz de contatos.

OSCILADORES

Um oscilador básico nada mais é do que um amplificador comum circuito de realimentação, como mostra a figura 1.

Figura 1 – O oscilador

Parte do sinal de saída do amplificador é jogada de volta à entrada, onde recebe nova amplificação.

O tempo que o sinal demora para dar uma volta completa neste circuito de realimentação determina a frequência do oscilador.

Normalmente, o circuito de realimentação é calculado ,de tal modo a fornecer um atraso no sinal, o que vai determinar exatamente a frequência que é produzida

Veja que o amplificador deve, obrigatoriamente, ter uma boa amplificação, pois precisamos do sinal de saída tanto para excitar o circuito externo como

para realimentá-lo.

Se a parte que sobrar para a realimentação for insuficiente para excitar o circuito amplificador, o sinal “amortece" e temos uma saída, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – O amplificador deve ter ganho maior que 1

Veja, então, que o sinal tanto pode se manter com intensidade constante, numa oscilação livre, como também pode haver amortecimento, que o leva a desaparecer depois de algum tempo.

Quando batemos num copo, num sino ou numa barra de metal, o som produzido não se mantém por muito tempo, pois decresce de intensidade, até desaparecer.

Temos, desta forma, a emissão de sons através de oscilações amortecidas.

O som destes objetos e de outros instrumentos de percussão podem ser imitados através de osciladores amortecidos, e o duplo T é um deles.

O DUPLO T

O nome “duplo T” vem da configuração do circuito.

Na figura 3 temos um duplo T em que são usados 3 resistores e 3 capacitores.

Figura 3 – O duplo T

Como o próprio nome indica, estes componentes formam duas estruturas,

em forma de "T", ligadas em paralelo no circuito de realimentação.

Para que tenhamos um retardamento do sinal apropriado e para que ocorra uma inversão de fase, é preciso que os componentes deste duplo T tenham relações de valores bem definidas.

A inversão de fase é necessária porque, usando um transistor na configuração de emissor comum, como na figura 4, o sinal de coletor tem fase oposta à do sinal de base.

Figura 4 - Fases dos sinais no duplo T

A relação de valores é dada pelas fórmulas:

C2 = C3/2

R2 - R2 = 2 R3

Em outras palavras, o capacitor que vai à terra deve ser o dobro dos outros dois, que estão em série na realimentação.

O resistor que vai à terra deve ser a metade dos outros dois, que estão na realimentação.

A frequência de oscilação será dada pela fórmula:

f = 10⁶/(2 x π x R1 x C1)

Onde:

f é a frequência, obtida em Hertz (Hz)

R1 é o valor do resistor (igual a R2), em ohms (R2)

Cl é o valor do capacitor (igual a C2), em microfarads (uF)

π é a constante 3,14

Veja que, usando 10⁶ na fórmula, podemos trabalhar com as capacitâncias diretamente em microfarads.

Veja também que usamos um potenciômetro em série com o resistor R3.

Com este elemento variável podemos ajustar o oscilador para produzir oscilações livres ou então colocá-lo no limiar do funcionamento com a produção de oscilações amortecidas.

Este circuito vai servir de base para as experiências práticas que você poderá realizar na matriz de contatos.

EXPERIÊNCIA 1 - OSCILADOR SIMPLES DE DUPLO T

O sinal do oscilador de duplo T, que demos na figura 4, é muito fraco para excitar diretamente um alto-falante.

Desta forma, para realizar esta experiência, e tornar audíveis os sons que serão gerados, damos um pequeno amplificador, cujo circuito é mostrado na figura 5.

Figura 5 – Oscilador com amplificador

COMO FUNCIONA

O sinal produzido pelo duplo T é aplicado a uma etapa amplificadora com dois transistores complementares.

Após a amplificação, temos um sinal de boa intensidade para aplicação num alto-falante.

Este alto-falante deve ser instalado, preferivelmente, numa pequena caixa acústica.

A frequência do duplo T será dada por:

f = 10⁶ / (6,26 x100 x 10³ x 22 x 10^-3)

f = 72,37 Hz

Observe que usamos a capacitância em microfarads, de modo que 22nF correspondem a 22 x 10^-3 F na conversão.

O resultado nos mostra que temos um som bem grave, que lembra um tambor.

A finalidade será, justamente obter oscilações amortecidas que lembrem um tambor ou mesmo um tamborim.

MONTAGEM

Na figura 6 temos a montagem do circuito na matriz de contatos.

Figura 6 – Montagem na matriz de contatos

Os resistores são todos de 1/8 W e não precisam ter seus terminais cortados para instalação na matriz.

O mesmo ocorre em relação aos capacitores, que tanto podem ser de poliéster como cerâmicos.

Para os transistores observe as posições e tome cuidado para não trocar Q3, que é PNP, por um NPN.

P1 e o alto-falante são ligados ao circuito por meio de pedaços de fio rígido.

PROCEDIMENTO

Ligue S1 e ajuste P1 até obter a emissão de som.

Observe que temos um som de baixa frequência puro (apito).

Ligue um fio ao (+) da alimentação e ajuste P1 para que o oscilador fique perto do ponto de oscilar.

Tocando com a ponta do fio no coletor de Q1 ou no centro do duplo T, teremos a excitação do circuito, que produzirá oscilações amortecidas.

O som poderá ser ajustado em P1 a cada toque, até se obter algo semelhante a um tambor ou tamborim.

Para obter um som de sino troque C1 e C2 por capacitores de 2n2 e C3 por um de 4n7.

Ligando C4 à entrada de um amplificador (retire Q2 do circuito), que tenha um alto-falante de graves e trocando Cl e C2 por capacitores de 47nF e C3 por um de 100 nF, teremos o som de bumbo.

Ajuste-o em P1 e faça o toque no centro do duplo T.

EXPERIÊNCIA 2 - SIRENE MODULADA

Dois osciladores, um de baixa frequência e outro de áudio, compõem este projeto, que pode servir para instalações de alarmes, brinquedos e, numa versão, de maior potência, até mesmo para viaturas.

O circuito completo é dado na figura 7.

Figura 7 – Circuito da sirene modulada

Na figura 8 temos a montagem completa do circuito na matriz de contatos.

Figura 8 – Montagem da sirene na matriz de contatos

COMO FUNCIONA

O oscilador de duplo T, que tem por base C1, opera numa frequência muito baixa (aproximadamente 1Hz), modulando o oscilador de áudio formado por Q2 e Q3.

Desta forma, as oscilações senoidais que obtemos no coletor de Q1 fazem com que o som do oscilador complementar varie constantemente e de modo automático, como numa sirene.

Temos dois ajustes neste circuito.

Pl serve para levar o oscilador de duplo T à oscilação, enquanto que P2 dá, ao mesmo tempo, a profundidade de modulação e a tonalidade do som emitido pelo alto-falante.

Para alterar a tonalidade, numa faixa em que P2 não alcança, bastará alterar o capacitor C4.

Valores menores, como 22nF e 33nF, produzem sons mais agudos, enquanto valores maiores, como 68 nF, 82 nF e l00 nF, produzem sons mais graves.

PROCEDIMENTO

Basta ligar a alimentação e fazer o ajuste de P1 e de P2 para emissão dos sons desejados.

Alterações podem ser feitas com a troca dos componentes citados no item anterior.

Para maior potência de áudio, troque C3 por um TIP32, em radiador de calor, e alimente o circuito com 12 V.

O alto-falante, neste caso, deve ser de pelo menos 1ocm com ímã pesado e instalado numa pequena caixa acústica.

CONCLUSÃO

Pelas fórmulas dadas, você já pode calcular as frequências dos osciladores do tipo duplo T em seus projetos.

Com a configuração básica estudada você também poderá imaginar muitos projetos interessantes.