Descrevemos neste artigo um sistema de som completo, dotado de um potente amplificador de áudio de 160 W (pico) estereofônico, um pré-amplificador universal com 4 entradas e dois VU-meters, um para cada canal. Utilizando transistores de fácil obtenção na etapa de potência (Texas), este amplificador pode resultar num projeto de grande desempenho para os que desejam um som potente, econômico e versátil.
Obs. Este projeto é de 1988, mas pode ainda ser elaborado com facilidade, pois todos os componentes ainda são comuns no mercado.
Diversos são os problemas que os montadores encontram na escolha de um bom projeto de som. Se a parte amplificadora é muito potente, os componentes são caros e críticos, exigindo-se um dimensionamento ótimo da fonte de alimentação e dos dissipadores.
E, com relação à fonte, podemos dizer que o custo do transformador, elemento básico para este setor, cresce numa proporção muito mais rápida que a potência desejada, o que quase inviabiliza a montagem pelos que possuam menos recursos.
Outro problema refere-se à escolha do pré-amplificador ideal para excitar a etapa de potência. O dimensionamento da fonte que norma!mente opera com tensão diferente da etapa de potência e o próprio casamento de características nem sempre são ideais e podem ocorrer problemas de falta de excitação, distorção, ou mesmo incapacidade de operar com certas fontes.
Finalmente temos o VU-meter, que é um recurso desejado por muitos leitores que são obrigados a partir de circuitos isolados, que nem sempre se adaptam às características do projeto principal.
Visando eliminar todos estes problemas desenvolvemos um projeto completo de amplificador, pré-amplificador universal, e VU-meter, tudo numa placa única.
Além da facilidade de montagem, há de se observar a utilização de transistores de potência comuns na saída (e de baixo custo) além de fonte que não exige altas correntes, o que encareceria muito 0 transformador usado.
Enfim, com a potência de 80 + 80 W de pico, num circuito capaz de operar com sinais de toca-discos, entrada auxiliar, sintonizador e gravador, acreditamos que reunimos as características médias que o leitor precisa para ter um projeto que ao mesmo tempo seja bom e de custo acessível, com montagem não problemática.
As características gerais do projeto, dadas a seguir, permitem uma avaliação melhor de seu desempenho:
a) Amplificador de potência
Potência de saída de pico (ou musical) por canal: 80 W
Potência de saída RMS: 40 W
Potência de saída IHF: 55 W
Tensão de alimentação: 60 V
Corrente de consumo em repouso (por canal): 70 mA
Corrente máxima por canal: 1 A
Excitação de entrada para máxima potência:1,2 V(RMS)
Relação sinal/ruído: 80 dB
Impedância de entrada: 47 k ohms
Distorção harmônica total para máxima potência: 0,15%
Impedância de saída: 8 ohms
Distorção harmônica a 25 W (1kHz): 0,01%
Resposta de frequência (1dB): 20 kHz a 100 kHz
b) Pré-amplificador
Número de entradas: 3
Consumo de corrente por canal: 4mA
Sensibilidade ha entrada magnética: 10 mV
Tensão de saída (RMS): 2 V (máx.)
Controle de tom tipo Baxandall: 2
Tensão de alimentação do setor: 12 V
COMO FUNCIONA
Analisemos o circuito por etapas, já que elas possuem funcionamento praticamente independente:
a) Pré-amplificador
O circuito pré-amplificador possui basicamente 3 etapas, utilizando para isso 4 transistores de uso geral (BC548 e BC549).
A chave S1 seleciona qual das 4 entradas deve ser utilizada. Evidentemente, para cada entrada temos dois circuitos idênticos, pois trata-se de um aparelho estereofônico.
Existe uma rede de resistores que procura casar a impedância de cada fonte de sinal à entrada do circuito.
Para o toca-discos, por exemplo, temos uma impedância de entrada de 1 M tipicamente (cápsula cerâmica) com um sinal mais intenso, havendo por isso uma atenuação.
Para a entrada auxiliar temos também uma atenuação dada por um resistor de 470 k formando um divisor com um resistor de 39 k, já que também temos um sinal intenso; o mesmo ocorrendo para o gravador.
No caso da cápsula magnética, em que o sinal é de baixa intensidade, a entrada se faz na etapa sem atenuação (posição 1 da chave S1).
O sinal é amplificado por uma etapa com dois transistores de alto ganho.
Como trabalhamos com sinais de baixo nível, o ruído do componente é amplificado conjuntamente, devendo pois ser tomada alguma providência para que ele não apareça no final do processo.
Isso se consegue com o uso na etapa de entrada de transistores de baixo nível de ruído e grande ganho como o BC549 ou equivalentes como o BC239.
O seguinte, da mesma etapa, por trabalhar com um sinal mais intenso (já amplificado) não precisa ser deste tipo, podendo ser um BC548 ou equivalente como o BC238.
Nesta etapa encontramos um circuito de grande importância, essencial a todo pré-amplificador: a rede de equalização.
Quando se transmite um sinal via rádio (FM ou AM), uma certa atenuação e reforço de determinadas frequências são feitas no sentido de se facilitar a operação dos circuitos receptores e adequar a finalidade da emissão às características do ouvido humano.
Do mesmo modo, por motivos técnicos, os discos são gravados com reforços e atenuações de algumas frequências, assim como as fitas. Assim, para cada fonte de programa existe uma característica de resposta de frequência dos sinais própria.
Ao se fazer sua amplificação e posterior reprodução, devemos devolver ao sinal sua característica original no que se refere à curva de resposta, o que é conseguido com o reforço e atenuação de determinadas frequências.
Assim, para o caso de discos, temos a equalização RIAA e para as gravações magnéticas a NAB, que devem ser previstas em qualquer circuito de pré (figura 1).
No caso do nosso circuito, como em todos os pré-amplificadores, a equalização é feita por uma rede de capacitores e resistores que são ligados num elo de realimentação nas etapas amplificadoras, no momento oportuno, ou seja, pela própria chave que seleciona o tipo de sinal que está sendo trabalhado.
Esta rede está indicada no diagrama no setor b da chave S1 e vai da saída da etapa ao emissor do transistor Q1.
O sinal que tem sua pré-amplificação nesta etapa vai a seguir para o controle de volume e depois para o controle de tonalidade do tipo BaxandaIl.
Neste circuito temos uma rede de realimentação seletiva com dois setores, um de graves e outro de agudos.
Dependendo da posição de cada potenciômetro, podemos tanto reforçar como atenuar os graves e os agudos, de acordo com o gosto de cada ouvinte.
Na posição central do cursor dos potenciômetros, os sinais de toda a faixa de frequências passam sem atenuação ou reforço (0 dB), enquanto que movimentando para a direita temos o reforço e para a esquerda a atenuação.
O circuito é projetado para que o reforço máximo seja da ordem de 18 dB em 5oHz para os graves e 18 dB em 10 kHz para os agudos, e a atenuação seja de -23 dB em 30 Hz para os graves e -22 dB em 13 kHz para os agudos.
A curva aproximada resultante é mostrada na figura 2.
Este circuito tem sua saída acoplada diretamente à etapa de entrada do estágio de potência.
Veja que este setor que descrevemos tem uma tensão de alimentação relativamente baixa, em torno de 12 V.
Para a etapa de potência, as tensões e as correntes crescem à medida que nos aproximamos.dos transistores de saída.
O amplificador de potência tem uma configuração denominada Quasi-complementar, com transistores Texas de potência TIP33 e TIP34.
Este circuito é projetado de modo que cada par de transistores de saída amplifique um semiciclo do sinal. Para isso, deve haver um correto balanceamento das etapas (para que o sinal seja simétrico) conseguido a partir da manutenção de tensão de Vcc/2 no ponto de ligação do capacitor de acoplamento ao alto~falante.
O sinal do pré-amplificador é então aplicado ao primeiro transistor do estágio de potência, que eleva sua intensidade a ponto de excitar a etapa seguinte, um driver com o BC639.
Este é um transistor de 1A/100 V capaz de fornecer em sua saída um sinal de intensidade suficiente para excitação da etapa de potência.
O equilíbrio da etapa de potência sob quaisquer condições é garantido por um circuito de proteção térmica em que temos um transistor BC548 (Q7) montado no próprio dissipador de calor dos transistores de potência.
A corrente entre o coletor e o emissor deste transistor, ajustada para um ponto de repouso ideal num trimpot ligado em sua base, sofre desvios que dependem da temperatura e mantêm a etapa de potência em condições de equilíbrio, evitando um aumento excessivo da corrente de repouso.
Um aumento excessivo é causa de deriva térmica, capaz de levar os transistores à queima.
Cada transistor de potência de saída é excitado em acoplamento direto por um transistor de média potência complementar.
Assim, o TIP34 que é do tipo PNP é excitado por um NPN BD137, enquanto que o TIP33, que é um NPN, é excitado por um PNP do tipo BD138.
A tensão no ponto médio da etapa que corresponde ao acoplamento do alto-falante é, nas condições de repouso, igual à metade da tensão de alimentação, ou seja, 30 V.
No entanto, nos picos positivos do sinal, quando o capacitor em série com o alto-falante carrega-se, ela vai praticamente a Vcc, ou seja, 60 V, enquanto que na descarga, quando na condução de Q7 com os picos negativos, ela vai a zero.
Isso significa que a tensão sobre os transistores sofre uma oscilação cuja amplitude chega a 60 V. Para garantia de integridade, escolhemos transistores TlP33 e 34 do tipo B que suportam 120 V de tensão máxima entre coletor e emissor.
É claro que os tipos C ou D também podem ser usados com vantagem, mas não são necessários.
Existem dois componentes importantes na estabilidade da etapa amplificadora: com excesso de potência e sensibilidade pode haver certa tendência à oscilação do circuito.
Os capacitores C8 e C4 podem ajudar na eliminação desta oscilação. Se ela ocorrer com a presença destes capacitores, seus valores deverão ser aumentados.
Se isso ainda não resolver, devemos ligar capacitores de 220 pF entre as bases dos BD137 e 138 e as linhas positiva e negativa da alimentação.
Temos a seguir a etapa do VU-meter, cujo funcionamento é o seguinte:
O VU utiliza dois transistores de modo a poder operar com sinais de pequena intensidade. O controle de sensibilidade, único ajuste do circuito, é feito num trimpot de 470 ohms.
O instrumento pode ser um VU-meter (microamperímetro) de 0-200 uA ou próximo disso. Os Capacitores C35 e C36 determinam a inércia da operação do instrumento, podendo ser alterados caso se deseje modificar a resposta da agulha.
Este circuito é alimentado com uma tensão de 12 V, obtida da própria etapa pré-amplificadora.
Finalmente temos o circuito da fonte.
Para os dois canais a plena potência, temos uma corrente de 2 A, sendo esta determinante das características do transformador. A tensão de secundário é de 40 a 42 V, que retificados e filtrados resultam numa carga para o capacitor de filtro da ordem de 60 V.
Esta deve ser a tensão mínima de trabalho do capacitor, que tem seu valor determinado pela qualidade da filtragem Um capacitor de 4700 uF é suficiente para este circuito.
Os diodos são comuns, do tipo 1N4007 ou 1N4004 já que, como a retificação é em onda completa e cada diodo só conduz metade dos semiciclos, temos uma corrente média máxima de 1 A, o que está dentro das especificações deste componente.
Para maior segurança, entretanto, pode-se usar tipos de 1,5 ou 2 A para 100 V.
Evidentemente, o transformador e o capacitor de filtro devem ficar fora da placa principal, e as trilhas que correspondem à alimentação devem ser mais grossas.
MONTAGEM
Não precisamos dizer que se deve tomar muito cuidado na montagem, principalmente do setor de entrada, que deve ser bem blindado para que não ocorram instabilidades ou captações de zumbidos.
Uma caixa metálica que serve de terra (negativo da fonte) é o ideal, já que ela também atua como blindagem.
Na figura 3 temos os diagramas do Sistema 160 para um canal e da sua fonte de alimentação.
A placa de circuito impresso é mostrada nas figuras 4 A e 4 B.
Esta placa deve ser fixada na caixa por meio de separadores, assim como os radiadores dos transistores de potência, cuja pinagem é mostrada na figura 5.
Os transistores são dotados de isoladores de mica ou plástico, untados de pasta térmica, para que não ocorra sua conexão indevida ao radiador, que por sua vez está aterrado pela própria condição de montagem.
Um teste de verificação do isolamento do coletor de cada transistor em relação ao radiador com o multímetro é conveniente antes de ligar o aparelho, concluída a montagem.
A caixa deve ser dotada de orifícios para ventilação ou então os dissipadores com os transistores de potência montados do lado externo.
Para a conexão dos transistores à placa deve ser usado cabinho comum ou mesmo fio rígido.
Para as conexões de entrada, assim como para os potenciômetros de volume e chave seletora, devem ser usados cabos blindados.
Para as saídas dos alto-falantes (uma caixa em cada canal) deve ser usado conector apropriado. Os fios de conexão devem ser grossos e polarizados (preto/vermelho).
A colocação dos alto-falantes em fase é importante para uma boa reprodução.
A chave S1 de seleção de entradas é do tipo rotativo de 4 polos por 4 posições, sendo duas seções usadas para cada canal.
Com um pouco de habilidade os leitores poderão converter as ligações deste tipo de chave para os tipos de teclas, sempre lembrando que as ligações mais longas devem ser blindadas para não haver captação de zumbidos, especialmente as ligações das entradas.
Uma ligação importante no circuito é o controle de balanço, que consiste num potenciômetro linear que equilibra a intensidade de sinal dos dois canais.
Na entrada de alimentação é preciso lembrar-se da colocação do fusível de proteção de 3 A e eventualmente uma lâmpada (ou LED) piloto para indicar seu funcionamento.
O primário do transformador tanto pode ser para uma tensão única, conforme sua rede, como para duas tensões (110/220 V).
PROVA E USO
Uma vez montado, confira todas as ligações. O uso de um multímetro na escala DC de tensões apropriada para verificação é importante, tomando-se como referência os valores marcados no diagrama.
Para ajustes iniciais é interessante ligar na saída um resistor de fio de 8 ohms x 35 ou 40 watts no lugar do alto-falante ou caixa.
Verifique em primeiro lugar se a tensão da fonte está em torno de 60 V (entre 55 e 65 V é normal).
Ajustamos em seguida o trimpot ligado à base do BC639 (P5) de modo a obter no eletrolítico C29 (ponto de união dos resistores de coletor dos transistores de potência) uma tensão igual à metade da tensão de alimentação.
Em seguida, conectando o amperímetro em série com a alimentação, ajustamos o trimpot P6 junto à base do BC548 para uma corrente de repouso de 70 mA aproximadamente
Se ao ligar o amplificador houver aquecimento excessivo de um dos transistores ou então dos resistores de 68 ohms junto à base de cada transistor de potência, isso é sinal de que alguma coisa está errada com a saída: verifique o isolamento dos transistores em relação ao dissipador e seu próprio estado.
Meça as tensões na etapa pré-amplificadora e ligue uma fonte de sina à etapa correspondente.
Se, na ausência de sinal, com o volume aberto e os controles de tom na posição média houver ronco (zumbido) ou oscilação, verifique em primeiro lugar as blindagens dos fios de entrada e se for necessário os aterramentos e os capacitores que amortecem as oscilações.
Aproximando as mãos dos fios de entrada de sinal ou potenciômetros podemos detectar a captação de zumbidos.
Se isso ocorrer nos potenciômetros, é sinal que as blindagens dos fios precisam ser melhor aterradas.
Feitos os ajustes e comprovado que tudo está em ordem é só usar o amplificador, sempre respeitando suas características tanto em relação às fontes de sinal como à carga: os alto-falantes devem suportar pelo menos 50 W RMS ou 100 W de pico para cada canal.
Semicondutores:
Q1 - BC549 ou equivalentes – transistor NPN de baixo ruído
Q2, Q3, Q4, Q7 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral
Q5 - BC547 ou equivalente – transistor NPN
Q6 - BC639 - transistor NPN para 100 V/1A
Q8 - BD137 - transistor NPN de média potência
Q9 - BD138 - transistor PNP de média potência
Q10 - TIP34B - transistor PNP de potência
Q11 – TIP33B - transistor NPN de potência
D1 ~ 12 V ou 12V6 - diodo zener de 400 mW ou 1 W
Resistores variáveis:
P1 – 100 k - potenciômetro log – duplo (*)
P2, P3 – 100 k - potenciômetro Iin - duplo
P4 – 100 k - potenciômetro lin - simples
P5 – 100 k - trimpot
P6 - 100 ohms – trimpot
(*) Comum aos dois canais
Resistores (5 ou 10% x 1/8W, salvo especificação contrária):
R1, R6 – 47 k (amarelo, violeta, laranja)
R2, R4 – 470 k (amare/o, violeta, amarelo)
R3, R5, R35 – 39 k (laranja, branco, laranja)
R7, R8 – 1 M (marrom, preto, verde)
R9, R16 - 1k (marrom, preto, vermelho)
R10, R23 - 1k5 (marrom, verde, vermelho)
R11, R21 – 68 k (azul, cinza, laranja)
R12, R33, R46, - 470 ohms (amarelo, violeta, marrom)
R13, R42 – 150 k (marrom, verde, amarelo)
R14, R26, R27 – 220 k (vermelho, vermelho, amarelo)
R15, R24, R25, R29, R30, R32, R44 -10 k (marrom, preto, laranja)
R17 – 820 k - (cinza, vermelho, amarelo)
R18 - 82 k - (cinza, vermelho, laranja)
R19 - 2k2 (vermelho, vermelho, vermelho)
R20 – 180 k (marrom, cinza, amarelo)
R22 – 15 k (marrom, verde, laranja)
R28, R39, R45 - 4k7 (amarelo, violeta, vermelho)
R31, R43 – 33 k (laranja, laranja, laranja)
R34, R41 – 330 k (laranja, laranja, amarelo)
R36, R56 - 6k8 (azul, cinza, vermelho)
R37 - 560 ohms (verde, azul, marrom)
R38 - 270 ohms (vermelho, violeta, marrom)
R40 - 2k7 x 2 W (vermelho, violeta, vermelho)
R47 – 22 k (vermelho, vermelho, laranja)
R48 - 2k7 (vermelho, violeta, vermelho)
R49 - 680 ohms (azul, cinza, marrom)
R50 - 1k8 (marrom, cinza, vermelho)
R51 - 120 ohms (marrom, vermelho, marrom)
R52 - 47 ohms (amarelo, violeta, preto)
R53 - 68 ohms (azul, cinza, preto)
R54, R55 - 68 ohms x ½ W (azul, cinza, preto)
R57, R58 - 0,33 ohms x 2 W (resistores de fio)
R59 - 10 ohms (marrom, preto, preto)
R63 - 1k2 (marrom, vermelho, vermelho)
Capacitores (eletrolíticos com tensão mínima especificada, demais de poliéster ou cerâmica para 100 V ou mais):
C1, C28 - 220 pF - cerâmico
C2,C4,C7,C16,C18,C19-47 uF x 16 V - eletrolíticos
C3 - 1yF x 16V - eletrolítico
C5 - 3n9 - cerâmico ou poliéster
C6 - 1nF - cerâmico ou poliéster
C8, C11, C20, C21 – 10 uF x 16 V –eletrolíticos
C9 – 150 pF - cerâmico
C10, C31 – 100 nF ~ cerâmico
C12, C13 – 33 nF - poliéster ou cerâmico
C14, C15 - 2n2 - poliéster ou cerâmico
C17 - 1n8 - cerâmico ou poliéster
C22, C25, C26 – 47 uF x 25 V - eletrolíticos
C23 – 100 pF - cerâmico
C24 – 180 pF - cerâmico
C27 – 47 uF x 50 V - eletrolítico
C29 - 2 200 uF x 70 V - eletrolítico
C30 – 56 nF - cerâmico ou poliéster
C32 – 100 uF x 70 V - eletrolítico
S1 - Chave de 4 polos x 4 posições
Diversos: placa de circuito impresso, radiadores de calor para os transistores,
botões para os potenciômetros, caixa para montagem, fios, solda, bornes de saída para o FTE, jaques de entrada, parafusos, porcas, separadores etc.
VU-METER (1 CANAL)
Q12, Q13 - BC548 - transistores NPN de uso geral
M1 - microamperímetro 0-200 uA (VU)
D2, D3 - 1N34 - diodos de germânio
P7 - 470 ohms - trimpot
R60 - 470 ohms x 1/8W- resistor (amare/o, violeta, marrom)
R61 - 2M2 x 1/8 W - resistor (vermelho, vermelho, verde)
R62 - 5k6 x 1/8 W- resistor (verde, azul, vermelho)
C33, C35, 636 – 10 uF x 16 V - eletrolíticos
C37 – 100 uF x 16 V - eletrolítico
C34 – 100 nF - capacitor cerâmico ou de poliéster
FONTE (COMUM AOS DOIS CANAIS)
T1 - transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 38 a 42 volts x 2 ou 2,5 ampères
D4, D5 - 1N4004 ou equivalentes de 1A/100 V ou mais
C38 - 4 700 uF x 70 V ou 100 V (ou dois de 2 200 uF x 100 V em paralelo)
F1 - 3A - fusível
S2 - interruptor simples (pode ser incorporado ao controle de volume)
S3 - chave de 1 polo x 2 posições (110/220 V - mudança de rede)
Diversos: cabo de alimentação suporte para o fusível, fios, parafusos, porcas.
Saída, etc.
