Amplificador estéreo de 1000 W (PMPO) (ART823)

Circuitos integrados cada vez menores e mais potentes permitem a montagem de amplificadores de áudio que surpreendem. Se considerarmos ainda a possibilidade de ligar tais circuitos integrados na configuração em ponte (BTL) as potências quadruplicam. Uma prova do que se pode conseguir é dada neste projeto em que, com dois integrados chegamos aos 500 W PMPO e com quatro integrados atingimos a marca do quilowatt. Para os leitores que gostam de som "ultra-pesado" este projeto pode ser muito interessante.

 Existem excelentes circuitos integrados de amplificadores de potência que fornecem potências elevadas e que são usados em equipamentos comerciais. Na verdade, hoje em dia a não ser nos casos em que se utilizam FETs de potência, ou ainda em que se prefira a configuração "velha guarda" das válvulas, a melhor maneira de se fazer um amplificador de áudio simples e potente é com circuitos integrados.

Uma ampla linha de circuitos integrados de diversos fabricante dá muitas opções aos montadores que facilmente podem encontrar tipos que, sozinhos ultrapassam a barreira dos 100W rms e até dos 400W pmpo.

Mas, uma possibilidade de se multiplicar a potência de tais integrados é com a chamada configuração em ponte ou BTL (Bridge-Tied Load).

Este recurso é utilizado no circuito que apresentamos que pode ser montado numa versão bastante compacta com excelente rendimento sendo recomendado até para a elaboração de "racks" que seriam associados em sistemas de muito maior potência.

O diagrama básico que descrevemos corresponde a um canal, bastando que o leitor monte duas unidades e ligue à mesma fonte para obter o sistema estéreo que então baterá na "casa" dos quilowatts de potência.

Evidentemente, como se trata de projeto que envolve sinais de áudio e correntes muito intensas nos picos de operação, o montador deve ter experiência com este tipo de montagem para não cometer erros que facilmente comprometeriam a integridade dos componentes, principalmente dos circuitos integrados.

O sistema de reprodução (caixas e alto-falantes), por outro lado, deve estar apto a suportar as potências deste amplificador. Um sistema para uma potência de pelo menos 200Wrms por canal deve ser usado.

Como a saída é simples, para utilização de tweeters, woofers e alto-falantes de médios, também deve ser previsto o uso de um divisor que suporte a potência de saída do amplificador.

OBS: O comércio de componentes eletrônicos passa por uma fase de transformações de modo que existe uma instabilidade no fornecimento de muitas peças que, normalmente seriam comuns.

Isso significa que, antes de iniciar a montagem o leitor deve certificar-se de que todos os componentes usados neste projeto podem ser encontrados na sua localidade. Em especial o circuito integrado, o transformador e os eletrolíticos de valores altos podem não ser conseguidos com facilidade.

Nesses casos, a solução mais indicada é aguardar uma época de estabilização do fornecimento quando então as peças podem ser obtidas

CARACTERÍSTICAS:

* Potência de saída: 500 W PMPO (125W rms)

* Impedância de saída: 8 Ω

* Corrente de pico da fonte: 6 A

* Distorção harmônica total: 0,04% a 1 kHz

* Sensibilidade de entrada: 800 mV (tip)

* Potência da fonte: 160VA (mono)

COMO FUNCIONA

Uma característica interessante da configuração em ponte (BTL) é que ela quadruplica a potência de um sistema. Assim, se temos uma potência X com um integrado, com dois o normal seria obter 2X, mas se esses dois integrados forem ligados em ponte, teremos 4X.

Vamos explicar porque:

Se tivermos um amplificador aplicando um sinal a uma carga (alto-falante) a potência nesta carga será dada pelas variações da tensão aplicada e pela sua impedância, conforme mostra a figura 1.

A tensão varia em torno de 0 V.

 Assim, aplicando uma tensão rms de 8 volts num alto-falante de modo ue circule uma corrente média de 1 A temos uma potência de 8 watts.

Veja que a corrente varia entre um mínimo e um máximo em torno de 0 V que é o ponto em que o outro terminal do alto-falantes está ligado.

Entretanto, se ligarmos o mesmo alto-falante na saída de dois amplificadores, e fizermos com que os amplificadores apliquem a este alto-falante sinais com polaridades opostas as coisas mudam.

Assim, se um dos amplificadores for ligado com a fase invertida, o que é facilitado pela existência de entradas inversoras e não inversoras nos integrados, o efeito final na potência será diferente.

Quando uma saída estiver com +8 V a saída do outro amplificador para o mesmo sinal, estará com -8 V. A diferença de potencial entre os terminais do alto-falante não será mais de 8 V mas sim 16 V.

Ora, com 16 V como a impedância do alto-falante é a mesma, a corrente dobra, e neste pico de sinal temos uma corrente de 2 ampères, conforme mostra a figura 2.

A tensão varia nos dois terminais do alto-falante.

 A potência é dada pelo produto da tensão pela corrente, o que significa que teremos não mais os 8 watts, nem o dobro 16 watts, mas sim o quádruplo: 32 watts.

Este tipo de configuração permite quadruplicar a potência, sem "mexer" com as características do circuito integrado usado em cada amplificador.

É justamente este tipo de configuração que usamos no nosso circuito em que temos dois amplificadores integrados Lm³886.

O sinal que vem da fonte externa (e que deve ter pelo menos 800 mV de amplitude) é aplicado ao mesmo tempo na entrada não inversora de CI-1 (pino 10) e por meio de uma rede apropriada à entrada inversora de CI-2 que corresponde ao pino 9.

O resistor de 3,3 k Ω no percurso do sinal garante que eles terão à mesma amplificação nos dois amplificadores o que é fundamental para se obter a simetria da forma de onda e com isso a ausência de distorção.

A equalização dos dois amplificadores (RIAA) é dada pela rede formada pelo resistor de 68k Ω, 47 k Ω e pelo capacitor de 22 pF entre a saída (pino 3) e a entrada inversora (pino 9) de cada amplificador.

Observe que, a entrada não inversora (pino 10) não sendo usada no segundo amplificador (CI-2) ela é aterrada.

O ganho de cada amplificador é basicamente determinado pelo resistor de 3,3 k Ω no pino 9 de cada integrado.

O circuito RC série formado por um resistor de 2,7 Ω e um capacitor de 100 nF na saída de cada integrado tem por função manter a impedância de saída do circuito á medida que a frequência do sinal aumenta. Como o alto-falante é indutivo, sua impedância também aumentaria com a frequência, o que significa que o acréscimo de uma rede resistiva, compensa este efeito.

A fonte de alimentação para o circuito não precisa ser estabilizada, de modo que um simples transformador com retificação e boa filtragem servem.

Para um canal pode ser usado um transformador com 22 + 22 V e 6 A de corrente. Para dois canais (estéreo) a corrente deve ser de pelo menos 10 A. Na versão estéreo os capacitores de filtro devem ter seus valores dobrados (mantida a tensão) e os diodos devem ser capazes de operar com correntes de pelo menos 6A cada um.

Observe que não precisamos dos 10 A para os diodos, pois cada um só conduz metade dos semiciclos.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo de um canal do amplificador, menos a fonte de alimentação.

Diagrama de um dos canais do amplificador.

 A placa de circuito impresso para um canal é mostrada na figura 4.

Sugestão de placa.

Disposição dos componentes na placa.

O dissipador de calor de cada canal deve ter pelo menos 100 mm de comprimento com 1 grau/W de resistência térmica. A necessidade de um grande dissipador é justificada pela potência do amplificador.

Os resistores são todos de 1/4 W com 5% ou mais de tolerância. Os eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de 40 V para os submetidos diretamente à tensão da fonte e pelo menos 25 V para os demais. Os capacitores menores podem ser de poliéster ou cerâmicos.

Observe que as trilhas da placa de circuito impresso que correspondem à alimentação e terra, além da saída de áudio devem ter uma largura de pelo menos 4 mm dada a intensidade da corrente que deve ser conduzida.

A bobina L1 é formada por 18 espiras de fio de 0,8 mm em forma de 8 mm de diâmetro sem núcleo.

O diagrama da fonte de alimentação para este amplificador é mostrado na figura 5.

Fonte para o amplificador (um canal) - para dois canais o transformador deve ser de 22 + 22 V x 10 ª

 Os capacitores da fonte devem ter pelo menos 10 000 µF/40 V para a versão mono e 22 000 µF/40 V para a versão estéreo. Os fios de ligação dessa fonte a placa do amplificador devem ser grossos e os mais curtos possíveis para que não ocorram problemas de funcionamento.

Para excitação com sinais de uma fonte potente, não há necessidade de um pré-amplificador, mas se a fonte de sinal for fraca, além de ter intensidade de saída de pelo menos 800 mV, ela deve incluir os controles de tom e volume.

Os fios de conexão aos bornes de saída para o alto-falante devem ser grossos, de acordo com a potência do amplificador.

Uma caixa de metal com dimensões que permitam alojar também a fonte de alimentação deve ser usada nesta montagem. De preferência, a instalação da placa deve ser feita de modo que o radiador de calor ou fique expostos na parte posterior da caixa ou então que sejam previstos furos para ventilação.

Em caso de dificuldades para um posicionamento bem ventilado pode ser utilizado um ventilador, do tipo encontrado em fontes de alimentação de computadores.

Observamos que é muito importante manter o radiador de calor dos circuitos integrados bem ventilados para que não ocorram problemas de funcionamento.

PROVA E USO

Para provar o aparelho ligue na sua saída uma caixa com alto-falantes que suportem a potência do amplificador.

A seguir, ligue a alimentação e aplique um sinal na sua entrada.

Dose este sinal, observando a reprodução.

Comprovado o funcionamento é só utilizar o amplificador.

Um ajuste mais crítico pode ser feito com uma carga resistiva e aplicando-se um sinal senoidal na entrada. Um trimpot pode então ser ligado entre os pontos X e Y (10 k Ω) ou então feita alteração de valor de R10 de modo a se obter uma saída simétrica. Os valores de R8 e R10 devem eventualmente precisar de um casamento de modo que os dois amplificadores tenham ganhos iguais. Isso é importante para a simetria do sinal.

Sempre tenha cuidado com sua ventilação, não o sobre-excite com sinais muito fortes que possam causar distorções e tenha especial cuidado com os cabos de conexão aos alto-falantes.