É extremamente desagradável sermos taxados de contadores de lorotas, quando dizemos que o nosso amplificador da "x“ de potência. E, de fato, os valores de potência de áudio têm sido de tal forma distorcidos que ninguém mais acredita em ninguém. Certamente, de nada adianta discutirmos os fatos que provocaram e provocam este "superávit - de potência que anda por aí A única maneira de reavermos nosso crédito perante os amigos, é testarmos nosso amplificador com um medidor de potência, entretanto, este tipo de equipamento nem sempre pode ser encontrado por um custo razoável. Para contornar este problema, temos duas opções: ou emprestamos o aparelho de um conhecido mais afortunado ou montamos nosso próprio medidor, seguindo as instruções de uma revista especializada.
Nota: O autor publicou este artigo na Revista Saber Eletrônica de maio de 1980.
O medidor de potência de áudio a ser descrito neste artigo, além de ser um útil instrumento de bancada, é um interessante gerador de efeitos visuais com LEDs coloridos, que acendem sequencialmente conforme a potência fornecida e que poderá ser acoplado ao equipamento de som de sua casa ou carro. Por ser de fácil construção e baixo custo, está ao alcance de qualquer um que queira saber quanto de potência está dando, realmente, seu amplificador.
MEDIDAS DE POTÊNCIA
Potência de áudio só pode ser definida quando certos parâmetros são estabelecidos. Para uniformizar o conceito de potência de áudio, ficou estabelecido que sua medida deve ser executada na presença de um sinal de 1 KHz na entrada do amplificador e com uma carga resistiva pura, ligada na saída do mesmo (fig. 1). Observadas essas condições, um voltímetro A.C. ligado em paralelo com a carga, vai medir a tensão de saída e a potência será equivalente a P=E2/R, onde E é a tensão obtida, e R a resistência de carga. Como o voltímetro mede apenas tensão eficaz, teremos então P como potência eficaz, RMS ou NOMINAL, que é a mais importante.
Existem outros tipos de potência: potência máxima eficaz, potência de pico, potência musical, etc. Tais medidas só interessam aos audiófilos ferrenhos que sofrem de " potencialite aguda". Aos demais, simples entusiastas ou hobbistas, basta saber que existem.
Quem dispuser de um multímetro, pode medir a potência eficaz com boa précisão, para isto, basta montar um pequeno gerador de 1 KHz' e adquirir duas resistências de 8n, de pelo menos 25W de dissipação. Na figura 2A foi colocado o esquema de um simples gerador, que pode ser utilizado para esta finalidade. Com o multímetro ajustado na escala de volts A.C.,e seguindo a montagem da figura 1, a potência de áudio será a expressão P=E2/8. Durante a experiência, o leitor não deve esquecer de colocar uma resistência de carga em cada canal de saída do amplificador.
O MEDIDOR DE POTÊNCIA DE ÁUDIO
O medidor de potência de áudio pode indicar a potência eficaz, com relativa precisão, sem necessidade de realizar-se cálculos matemáticos. Sua leitura é feita diretamente através de LEDs, que acenderão a valores pré-determinados de potência, se forem respeitados os parâmetros anteriormente citados. Se, por exemplo, a leitura for realizada num amplificador, ligado a uma caixa acústica, que não é uma carga resistiva pura, então os valores indicados no painel do instrumento serão completamente inverídicos. Para ilustrar esse fenômeno, a tabela 1 fornece os valores de tensão obtidos na saída de um amplificador estéreo, em que um dos canais foi ligado a uma resistência de 411 e o outro a um alto-falante de impedância equivalente. A leitura foi feita com o auxílio de um voltímetro A.C. e com um sinal de 1 KHz aplicado na entrada.
Observando a tabela é fácil verificar que, para um mesmo volume, as potências calculadas para os dois canais são diferentes, sendo que a da carga reativa é consideravelmente maior. Essa diferença decorre do fato de a relação P=E2/R só ser válida para cargas resistivas puras. Portanto, é interessante que o leitor saiba distinguir se o aparelho está sendo utilizado como instrumento de medida ou como gerador de efeitos visuais. Quando ligado com música, o medidor torna-se uma sequencial rítmica com 16 LEDs (8 por canal). Na figura 3 está o esquema em blocos do aparelho. Seu coração é um circuito comparador de tensão, composto por dois integrados LM339 e um sistema de multiplexação, que permite a utilização de um único circuito comparador, para dois canais independentes de áudio. Para que o funcionamento do circuito seja claramente entendido, a explicação será dividida em duas partes: na primeira será estudado o circuito comparador de tensão, e na segunda, a multiplexação.
O COMPARADOR DE TENSÃO
Antes de estudar o funcionamento do comparador, talvez seja interessante o leitor entender o porquê da utilização de tal circuito. Como foi explicado anteriormente, a potência de áudio pode ser obtida da expressão P=E2/R, onde E é a voltagem desenvolvida pelo amplificador na carga. Ora, se vamos obter a potência a partir de tensão, nada mais lógico que efetuar as medidas através de um circuito comparador de tensão. A principal vantagem desse sistema é que podemos fazer cada LED acender para um determinado nível de tensão, e associar os LEDs com a potência calculada a partir desses valores. Por exemplo, podemos fazer o LED n° 1 acender quando na entrada estiver sendo aplicada uma tensão de 2,0V; se na saída do amplificador estiver sendo utilizada uma carga de 411, então P=E2/R = 2V2/4 =4/4 =1W. Portanto, ao LED n° 1 associaremos a potência de 1 Watt. Se o LED n° 2 acender com 2,8V, P será igual a 2W, e assim por diante, até o LED N9 8, que é o último da escala do medidor.
Na figura 4A, temos o perfil básico de uma das "portas" do comparador LM339. Supondo que duas diferentes voltagens são aplicadas nas entradas 1 e 2 da porta, por exemplo, 1,5V na entrada 1 e 3,0V na entrada 2, a "porta" não conduz e o LED, ligado na saída, permanece apagado. Se a tensão presente na entrada 1 for aumentada, no instante em que chegar a 3,0V, a "porta” passará a conduzir, acendendo o LED.
A MULTIPLEXAÇÃO
O que é multiplexação? Multiplexação é uma técnica muito utilizada, principalmente em telecomunicações e eletrônica digital, cuja principal finalidade é reduzir a quantidade de circuitos e ligações em um sistema eletrônico qualquer. Exemplificando, vamos supor que em um escritório existam 10 telefones no andar superior, para serem ligados a 10 aparelhos no térreo. Se nós ligássemos os telefones um a um, seria preciso um cabo com 20 condutores para completar a ligação (figura 5A), utilizando a técnica da multiplexação, poderíamos substituir esse cabo por u m par de fios e mais duas chaves sincronizadas eletronicamente (fig. 5 B). Se as duas chaves girarem a uma velocidade superior à da percepção do ouvido humano (20KHz) e sincronizadamente então, todos os telefones do andar superior serão ligados ao seu correspondente no térreo, num determinado espaço de tempo que repete-se periodicamente Como a velocidade de comutação é muito rápida, esta torna-se imperceptível à audição e o usuário tem a impressão que a comunicação é contínua, quando na realidade o mesmo par de fios é dividido (no tempo) de modo a suportar 10 linhas telefônicas distintas.
No medidor é utilizada a multiplexação, com a finalidade de reduzir-se o custo do aparelho. Como cada integrado LM339 dispõe de 4 "portas" comparadoras, seriam necessários 4 integrados para acionar os 16 LEDs. Entretanto, utilizando esta técnica, podemos reduzir esse número para 2 integrados apenas. Veja como: no esquema em blocos (figura 3), o multivibrador está simbolizado como uma chave comutadora. As portas A1, A2, B1 e B2, entram em condução quando uma tensão positiva é aplicada a elas. Supondo que a -chave" do multivibrador esteja na posição A, então as portas A1 e A2 conduzirão e B1 e B2 permanecerão em corte. Nessas condições, o sinal proveniente do amplificador passará através de A1 chegando ao comparador, onde um determinado valor de potência será medido. Como a porta A2 está também em condução, somente os LEDs do canal A acenderão, permanecendo os LEDs do canal B apagados. Quando a "chave" mudar de posição, Al e A2 entrarão em corte e B1 e B2 conduzirão, de modo que a potência do canal B seja medida, enquanto o canal A permanece desligado. Se a "chave'', ou melhor, o multivibrador comutar a uma velocidade superior à da visão (+/- 10Hz), então teremos a impressão que os dois canais estão sendo utilizados ao mesmo tempo.
O CIRCUITO
O medidor de potência de áudio possui em suas entradas um divisor de tensão resistivo, que permite ampliar a escala por fatores 5, 10 ou 20. Os resistores R1 a R4 devem ser escolhidos conforme a escala desejada (tabela 2). Por exemplo: se quisermos medir a potência de um amplificador de 60W, numa carga de 4Ω, devemos optar pela escala que vai de 2 a 60W . Com o auxílio da tabela 3, vemos que R1 e R3 devem ter 470 Ω R2 e R4, 220 Ω. Com esses valores, a escala principal fica automaticamente multiplicada por 10.
A tabela 3 traz as escalas de potência em função do número de LEDs acessos. VE é a tensão de disparo dos LEDs e P é a potência respectiva em watts. O primeiro LED acende com 0,9V, o que corresponde a 0,20W, numa carga de 4 Ω. Se, por exemplo, for utilizado o divisor de 470/22OΩ na entrada, o primeiro LED acenderá com 2,8V, o que será equivalente a uma potência de 2,0W com 4Ω. Se o circuito for utilizado na sua escala fundamental, o que corresponde a eliminar os resistores R1 a R4, a tensão máxima aceitável será de 6,5V, se este valor for superado, haverá mistura de informações entre os canais A e B. Para evitar esse problema, o oitavo LED deverá acender com uma tensão de 4,65V ou 6W em 4Ω, ficando o circuito com uma folga de 1,85V.
O único ajuste a ser feito é o da tensão de disparo dos LEDs. Esse ajuste pode ser feito através do Trimpot R13, que regula os níveis de tensão no divisor composto por R20 a R27 e que serve de referência às "portas" comparadoras de tensão.
Uma observação importante deve ser feita. Como os canais de entrada do medidor possuem terra comum, ele não pode ser ligado a amplificadores com saída em ponte, portanto, é conveniente que o leitor procure descobrir se o amplificador em que vai ligar o aparelho tem saída comum ou em ponte.
MONTAGEM, CALIBRAÇÃO E INSTALAÇÃO
A figura 7 traz o desenho do circuito aquisição e a montagem não necessita de impresso. Os componentes são de fáceis cuidados maiores que os usuais. Durante a soldagem dos componentes devemos prestar muita atenção no posicionamento dos semicondutores, principalmente dos LEDs. Observar figura 8. Os resistores, R1 a R4, não estão incluídos no circuito impresso, pois são opcionais. Se a ampliação de escala for desejada, estes resistores deverão ser soldados em uma ponte de terminais que poderá ser instalada dentro da caixa do aparelho. A seleção de escalas pode ser feita através de tomadas, adequadamente posicionadas no painel frontal da caixa.
Depois de pronta a montagem podemos ligar o circuito a uma fonte de 12V e fazer a calibração do Trimpot R13. Para isso necessitamos de um gerador de 2,0V. A figura 2B mostra um simples gerador de boa precisão: uma resistência de 820n em serie com outra de 270n, ligadas entre o emissor de Tr3 e a massa, servirão para fornecer a tensão de referência.
Com a tensão de 2,0V aplicada em qualquer uma das entradas da escala fundamental (0,2 a 6W), gira-se o Trimpot até que o 49 LED acenda. Esse ponto corresponde a uma potência de 1W/4Ω, o que está de acordo com a tabela 3. Depois de feito o ajuste, o gerador de referência pode ser desligado do circuito, pois não será mais necessário. O wattímetro pode ser utilizado com qualquer equipamento de som, que tenha pelo menos 6W de saída, inclusive toca-fitas de automóveis, pois sua alimentação pode ser feita com uma bateria de 12V. Na figura 9 está esboçada uma sugestão de como a instalação pode ser feita. Se, quando ligado com caixas acústicas, surgir um ruído semelhante a distorção, devemos colocar urna pequena bobina composta por 50 a 100 espiras de fio 22 enroladas sobre uma barra de ferrite, em série com as entradas. Esta bobina não é essencial, depende de cada caso em particular. O protótipo, por exemplo, funcionou muito bem, quando ligado a um toca-fitas, porém surgiram ruídos no teste com o amplificador profissional.
Quem não dispuser de uma fonte de 12V, pode montar um bem simples e de custo razoável, seguindo o diagrama da figura 10. Apenas um transformador, dois diodos e um capacitor eletrolítico compõe esta pequena fonte, que pode ser utilizada para diversos fins, inclusive para alimentar o mini receptor de FM publicado na revista n° 90, de março de 1.980. Um acabamento externo pode ser dado, instalando-se o medidor em uma caixa de alumínio e fazendo-se os orifícios para os LEDs e as chaves. Quem quiser dar mais charme ao aparelho, pode colocar LEDs de diversas cores, o que sem dúvida vai chamar muito mais atenção.
