Amplificador transistorizado de 80 W (ART1058)

Amplificadores com transistores podem ser montados com facilidade pelos leitores já que transistores ainda são bastante acessíveis no mercado de componentes e além do bom desempenho em termos de potência este tipo de aparelho têm excelente fidelidade. Apresentamos um circuito que pode fornecer perto de 80 W PMPO sendo ideal para sonorização ambiente, como reforçador ou ainda para aplicações em multimídia e para funcionar com violões e guitarras. Destaque-se o aspecto didático deste tipo de projeto que sempre é procurado pelos professores e alunos dos cursos técnicos, pois permite por em prática teorias básicas sobre amplificação de sinais de áudio por transistores bipolares.

Este amplificador tem características que correspondem a tipos comerciais de algumas anos quando eram usados transistores bipolares e não circuitos integrados de potência podendo servir de base para um projeto estéreo de 160 W (80 W por canal). Utilizando transistores de silício complementares de baixo custo ele não precisa de ajustes críticos.

A alimentação é feita com uma fonte de 44 volts e os poucos componentes usados facilitam muito sua montagem, mesmo pelos leitores menos experientes daí o destaque para sua finalidade didática.

Características:

* Potência de saída: 80 W pmpo

* Tensão de alimentação: 44 V

* Corrente máxima por canal: 400 mA

* Transistores usados na saída: TIP41/TIP42

* Impedância de entrada: 250 k Ω

* Sensibilidade de entrada: 100 mV

O amplificador é dado sem controle de tom e volume pois em sua entrada podem ser ligados pré-amplificadores universais e mixers que já possuem tais recursos.

COMO FUNCIONA

Na figura 1 damos o diagrama completo do amplificador.

Diagrama do amplificador sem a fonte de alimentação.

Conforme podemos ver, trata-se de um circuito que utiliza transistores complementares na saída de modo a se obter tanto um bom rendimento como uma baixa impedância de saída que casa com as características dos alto-falantes.

Estes transistores devem suportar a tensão de alimentação com certa margem de segurança, e além disso devem ser montados em bons radiadores de calor.

A regulagem do ponto de funcionamento desta etapa de saída é feita pelo diodo D1 e pelo resistor R11 que determinam a corrente de repouso da etapa, em torno de 20 mA. 

Na excitação da etapa de potência temos dois transistores: um deles é o BD138, um PNP de média potência que pode trabalhar com corrente de coletor de até 1 A.

O outro transistor é um NPN de uso geral, para tensões de 60 V que é o BC547. Este transistor apresenta um ganho bastante elevado, podendo excitar o BD138 com facilidade a partir dos fracos sinais disponíveis na etapa anterior.

A etapa de entrada ou de pré-amplificação utiliza um BC548. Na realidade podemos também usar um transistor de menor nível de ruído como o BC549 e com isso obter um desempenho ainda melhor para o amplificador.

A polarização deste transistor é que determina as características de entrada do amplificador, como por exemplo a impedância e o nível mínimo de sinal para a excitação à máxima potência.

Os resistores R2 e R3 são os elementos da polarização que são mais críticos. Já os capacitores C3 e C4 podem ser alterados em função da curva de resposta de frequência desejada para o amplificador.

OS COMPONENTES

Os amplificadores, em geral, não são críticos quanto aos componentes usados, mas uma recomendação geral é que material de qualidade seja empregado para se evitar surpresas.

Capacitores com fugas ou de má qualidade, resistores de marcas suspeitas, transistores de marcas desconhecidas com ganhos abaixos dos exigidos podem comprometer facilmente o funcionamento de um amplificador.

Assim, para este amplificador recomendamos em especial que:

Os transistores sejam de marcas confiáveis.

Os resistores sejam de boa qualidade com 5% de tolerância.

Os capacitores de pequeno valor sejam cerâmicos ou de poliéster.

Os capacitores eletrolíticos tenham tensão de trabalho acima de 35 V.

O diodo do amplificador seja de boa qualidade.

O transformador da fonte seja de boa qualidade com corrente realmente dentro do valor exigido para o projeto.

MONTAGEM

Começamos por dar o diagrama completo da fonte de alimentação na figura 2.

Fonte de alimentação.

 O transformador usado tem características que dependem da versão escolhida. Para uma versão de um canal (monofônica) o enrolamento secundário deve ser de 32 V com uma corrente de 600 mA ou mais. Para a versão estereofônica (dois canais) em que usamos a fonte para alimentar dois amplificadores o transformador único deve ter 32 V com pelo menos 1,2 A.

A montagem desta fonte, por ser simples, pode ser feita conforme mostra a figura 3.

Montagem da fonte.

 A placa de circuito impresso para o amplificador é mostrada na figura 4.

Sugestão de placa.

 Os transistores de saída de potência devem ser montados em bons radiadores de calor. Um isolamento deve existir entre o transistor e o radiador. Na figura 5 mostramos a maneira como estes transistores devem ser montados com a utilização de um separador de mica ou plástico e também pasta térmica.

A montagem

 Os radiadores de calor podem ser montados no interior da caixa que alojará o amplificador caso em que ela deve ter furos para a ventilação.

Damos a seguir algumas operações de montagem deste amplificador numa sequência normal:

a) Solde todos os resistores, com atenção para seus valores dados pela relação de material.

b) Solde todos os capacitores com atenção para os eletrolíticos C2 e C6 que são polarizados (têm posição certa para a montagem). O capacitor C6 pode ficar fora da placa mas fixado numa barra de terminais que será parafusada na caixa, dado o seu tamanho.

c) Para soldar D1 observe sua polaridade. A faixa identifica o catodo.

d) Para a colocação dos transistores o máximo de atenção deve ser tomada com a identificação e o posicionamento de cada um. Comece por Q1 vendo sempre a posição da parte chata em relação ao desenho da placa.

e) Passamos agora aos elementos externos, cortando inicialmente 6 pedaços de fio cujo comprimento vai depender do posicionamento da placa em relação ao local do dissipador de calor com os transistores de saída. Pedaços de até 20 cm de comprimento são tolerados, já que fios maiores podem causar instabilidades de funcionamento. Os fios serão ligados à placa de circuito impresso e aos terminais dos transistores de saída.

f) Cortamos depois dois pedaços de fio, um vermelho e outro preto, para a conexão à fonte de alimentação. O vermelho é usado para o polo positivo e o preto para o negativo. Estes fios não devem ter mais de 20 com de comprimento e nem devem ser muito finos.

g) Fazemos, em seguida, a conexão do fio de entrada de sinal que deve ser blindado. Este fio pode ir diretamente a um jaque de entrada onde será conectada a fonte de sinal ou então passar por um controle de volume, conforme mostra a figura 6.

Conexão do fio de entrada.

 O potenciômetro de volume será de 100 kΩ e pode incorporar a chave que liga e desliga o amplificador.

Se o montador fizer também a placa de um amplificador com controle de tom para instalar na mesma caixa o fio de entrada já será conectado diretamente a sua saída.

A entrada do pré-amplificador é que irá ligada aos fios blindados ao jaque de entrada conforme mostra a figura 7.

Entrada do preamplificador.

Se a versão for estereofônica devem ser montadas duas placas iguais a esta, uma para cada canal e os jaques de entrada serão duplos assim como os potenciômetros de tom e volume.

h) Completamos esta fase da montagem com a ligação dos fios que vão aos alto-falantes em caixas acústicas apropriadas.

Para esta finalidade podem ser usados dois bornes isolados (tipo terminal de alto-falante) um vermelho e outro preto, de modo a se identificar a fase do circuito.

Observações finais da montagem:

O enrolamento primário do transformador da fonte de alimentação pode ser do tipo para duas tensões, 110 V (127 V) e 220 V, e será ligado conforme mostra a figura 8.

Usando um transformador para duas tensões.

Neste caso, uma chave comutadora será ligada conforme mostra a mesma figura.

Outra possibilidade de acessórios para este amplificador é a colocação de um LED indicador conforme mostra a mesma figura. este LED é vermelho comum e em série temos um resistor de 4,7 k Ω.

 É muito importante na ligação do LED que sua posição seja observada (lado chato ou terminal mais curto correspondendo ao catodo). O catodo será ligado ao negativo da fonte.

A placa será fixada na caixa com parafusos dotados de separadores e se for usada caixa metálica deve ser feita sua ligação ao (-) da fonte para que ela sirva de blindagem.

PROVA E USO

É muito importante observar que a qualidade de som de um sistema de som depende não só do amplificador como também de outros elementos adicionais. Os alto-falantes são parte importante deste sistema assim como a fonte de sinal.

Para este amplificador devem ser usados alto-falantes de boa qualidade que suportem a potência fornecida. A caixa usada deve ter pelo menos dois alto-falante (um full-range e um tweeter) e sua potência deve ser de 80 W ou mais.

A fonte de sinal pode ser:

Um rádio pequeno de FM retirando-se o sinal do jaque de fones ou do próprio controle de volume.

Um sintonizador de AM ou FM ou equipamento de som dotado de saída EXT.

Um gravador ou CD player dotado de saída de sinal.

Uma placa de som de computador que tenha saída para amplificador externo.

Nos casos em que a saída se faz em regime de baixa impedância, ou seja, são usados os fios que normalmente deveriam ser ligados a uma carga de baixa impedância como fone ou alto-falante, um resistor adicional pode ser necessário. Sua ligação é mostrada na figura 9.

Usando fontes de sinal de baixa impedância.

Para toca-fitas, CD-players e rádios portáteis como fonte de sinal, este resistor deve estar entre 100 e 220 Ω com potência de 2 W.

Ao fazer a prova de funcionamento leve em conta que:

Nos casos de rádios, toca-fitas, CD players e outros aparelhos que possuam seus próprios controles de volume eles devem ser ajustados para excitar o amplificador sem distorções.

Se o amplificador não tiver controle de volume, ele pode ser controlado diretamente no aparelho que serve como fonte de sinal.

Em caso de anormalidades:

As medidas de tensões e correntes são importantes caso seja notada alguma anormalidade de funcionamento.

Utilize um multímetro comum na escala de tensões apropriada com sensibilidade de pelo menos 5 000 Ω por volt.

Na figura 10 damos o modo de se fazer a ligação que permite a leitura da corrente máxima.

Medindo a corrente de repouso do circuito.

Um resistor de 2 Ω x 10 W ‚ ligado em série com a alimentação do amplificador.

Neste caso, vemos que a queda de tensão neste resistor pode ser calculada multiplicando-se seu valor pela corrente.

Para o caso do consumo máximo previsto que é de 600 mA vemos que isso significa uma queda mínima de:

V = R x I

V = 0,6 x 2

V = 1,2 volt

Assim, a indicação do voltímetro de uma tensão de 1,2 V corresponde a uma corrente circulante de 600 mA.

A corrente de repouso, da ordem de 20 mA corresponde a uma tensão de 40 mV.

Se na condição de repouso (sem sinal) a tensão medida for superior a 0,4 V (mais de 200 mA) então algo anormal pode estar ocorrendo devendo ser feita uma verificação.

Comece tirando Q1 do circuito por um momento. Se a tensão cair a zero então o problema pode estar neste componente que precisa ser trocado.

Veja também ser R6 e R7 estão ligados corretamente. Se com a retirada de Q1 ainda assim a tensão permanecer elevada (indicando consumo de corrente acima do normal) então verifique Q3.

Se nada acontecer com a retirada destes transistores, então verifique Q4 e Q5 assim como o capacitor eletrolítico. Para isso, desligue primeiro a base de Q5 e depois a de T6.