módulo 4 - CTA Eletrônica

ATENÇÃO:
O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila
de MÓDULO 4 que por sua vez, faz parte do CURSO
de ELETROELETRÔNICA ANALÓGICA -DIGITAL
que vai do MÓDULO 1 ao 4.
A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o
treinamento de eletroeletrônica poderá lhe levar.
Você poderá adquirir o arquivo digital da apostila
completa (16 aulas), ou ainda na forma impressa que
será enviada por por correio. Entre na nova loja
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assim poderá tirar dúvidas de cada uma das questões
dos blocos atrelados a cada uma das aulas da apostila,
receber as respostas por e-mail, fazer parte do
ranking de módulos e após a conclusão do módulo
com prova final, participar do ranking geral e poder
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APOSTILA
MÓDULO - 4
POTÊNCIAS HI-FI SOM AMBIENTE - 2
AULA
8
Amplificadores de potência com fonte simétrica
Amplificadores Bridges de alta potência (12V)
Amplificadores Classe G e H (fonte baixa e alta)
Amplificador AIWA NSX-F9 - circuito de proteção
Circuitos classe H para amplificadores com 12V
Amplificadores com potência entre 500 e 2000WRMS
AMPLIFICADORES DE POTÊNCIA COM FONTE SIMÉTRICA
A figura 1 mostra-nos o esquema elétrico de um
transformador em cuja saída encontra-se uma ponte de
diodos, executando uma retificação em onda completa. A
tensão da rede poderá ser de 110 ou 220 volts, que será
selecionada pela chave de tensão SW01. Após
selecionada tensão de entrada teremos no secundário
do transformador tensões que dependerão do
amplificador utilizado (essas tensões poderão variar de
20 até 100 volts).
Sw01
220Vac
D03
D01
D02
D04
110Vac
C01
Tr01
C02
figura 1
Notamos que o secundário do transformador apresenta
3 fios, sendo 2 extremos e um central (chamado “centertape”); Os enrolamentos desses secundários devem ser
simétricos, ou seja, deverá haver a mesma quantidade
de espiras tanto para um lado quanto outro. O centro do
transformador será ligado à massa enquanto que os
extremos serão ligados à ponte de diodos, que serão
responsáveis pela retificação da tensão alternada em
tensão contínua. Posteriormente a isto, temos a filtragem
das frequências baixas (C01 e C02) e das interferências
de alta frequências (C03 e C04). O objetivo de usar-se
ponte de diodos juntamente com um transformador com
center-tape, é gerar uma tensão simétrica, ou seja, o +B,
acima da massa, e o -B, abaixo da massa.
A figura 2, mostra-nos como a retificação e filtragem
deverá ser feita em um semi-ciclo (positivo). De acordo
com a figura, o potencial positivo que sai do
transformador (lado V1), fará circular uma corrente que
carregará o capacitor C01, fechando o ciclo até o centertape do transformador. Notem que o enrolamento
superior do transformador recebe um potencial positivo
(lado de cima) e negativo (ponto central). Ao mesmo
tempo, o ponto central do transformador também será
mais positivo que o terminal do lado inferior.
Isso criará uma corrente circulante para
carregar o capacitor C02 sendo que o lado
negativo do capacitor ligado no diodo D02,
+B
fechando o caminho ao terminal negativo do
transformador.
C03
A figura 3, mostra-nos o semi-ciclo seguinte
da rede, onde agora o ponto superior do
transformador torna-se negativo e o ponto
inferior do transformador positivo. O lado
positivo do transformador (lado de baixo),
C04
fará com que circule corrente via diodo D04,
carregando o capacitor C01 e fechando
-B
caminho ao potencial negativo no ponto
central do transformador (que possui
naquele momento potencial mais baixo que o extremo
inferior). Podemos notar também que o center-tape do
transformador, apresenta potencial mais positivo do que
o extremo superior fazendo com que o capacitor C02
também seja carregada fechando caminho (negativo do
capacitor) e via diodo D03.
A idéia central desta fonte (figura 4), criando um
potencial positivo em e outro negativo em relação a um
ponto de referência (zero volts), é poder ter uma saída de
som (formada por Q1 e Q2) cujas conduções residuais
produzirão nos emissores dos transistores uma tensão
de zero volts. Assim poderemos colocar o alto-falante
sem problemas, pois do lado esquerdo dele haverá um
figura 3
V1
D03
D01
V1
Vtot =
V1+V2
D02
D04
C01
PONTO DE REFERÊNCIA
figura 2
C02
t1
D02
D04
C01
V2
t0
t2
t1
t2
PONTO DE REFERÊNCIA
C02
V2
-B
ELETRÔNICA
+B
V2
V1
t0
D01
Vtot=
V1+V2
+B
V2
D03
V1
-B
FONTES - AMPLIF. DE POTÊNCIA - VALVULAS - OPERACIONAIS - ELETRÔNICA DIGITAL
97
APOSTILA
MÓDULO - 4
potencial de zero volt ou terra, sendo que do lado direito
haverá também um potencial de zero volts (mas que
figura 4
D03
D01
+B
D02
D04
inversão do sinal de entrada. O objetivo do amplificador
formado por Q1 e Q2 é deixar a saída com ½Vcc (metade
do +B); enquanto que o amplificador formado por Q3 e
Q4, deverá manter-se também com a metade da tensão
do +B (entre os emissores dos transistores).
figura 6
R02
+B
Q1
C01
Q1
+B
C01
TENSÃO DE REFERÊNCIA = 0V
C02
Af01
Op01
Af01
Q2
-B
-B
neste caso não é o terra). É importante destacar-se aqui
(figura 5), que as resistências de Q1 e Q2 deverão ser
exatamente iguais, caso contrário, haverá uma tensão
maior ou menor que zero volts entre esses dois pontos,
fazendo com que exista uma corrente circulante residual
pelo alto-falante (percorrendo o mesmo de uma forma
constante). Dependendo do valor da corrente, poderá
haver danos à bobina do alto-falante.
figura 5
+B
C01
Q1
Af01
C02
Q2
As tensões entre
os transistores
de saída deverão
ser exatamente
iguais, para que
a tensão entre
eles ( off-set )
seja 0V.
-B
A figura 6, mostra-nos como conseguir uma tensão de
saída de zero volts, ou seja, tensão no emissor de Q1 e
também de Q2 com o mesmo potencial da massa ou
terra. Como este amplificador está sendo polarizado por
um amplificador operacional, se retirarmos uma amostra
da tensão de saída e colocarmos
na entrada não-inversora do
R02
½ Vcc
amplificador operacional, essa
tensão será comparada a tensão
da entrada inversora, que no caso
+B
C01
também é de zero Volt. Com isso
Op01
teremos na saída do amplificador
operacional uma tensão também
de zero volt, mantendo os
transistores de saída
praticamente cortados. O
amplificador operacional utilizado
R01
aqui é um excelente dispositivo
para manter a tensão de saída do
amplificador com zero volt.
Na figura 7, vemos um circuito
amplificador em ponte, sendo
+B
polarizado por 2 operacionais
(cada uma das saídas), tendo
ainda o amplificador operacional
OP03, para fazer o trabalho de
98
Q2
R01
-B
Para que as tensões das saídas dos operacionais
mantenham-se em ½Vcc, estes devem receber em sua
entrada não-inversora uma referência da tensão também
de ½Vcc, formado pelo divisor de tensão R05 e R06.
Notem que o amplificador em questão não possui fonte
simétrica, trabalhando tanto na saída de som como na
malha de realimentação negativa com ½Vcc.
O propósito de utilizar a saída em ponte, nos
amplificadores de áudio utilizados em automóveis,
normalmente alimentados por uma tensão baixa (12
volts), é propiciar uma potência bem maior. Os
amplificadores anteriores, que se utilizavam de capacitor
de acoplamento e ligados a fontes convencionais de 12
volts não apresentavam potências superiores a 24W.
Com a configuração em ponte, a potência consegue ser
elevada para quase quatro vezes mais, além de eliminarse o problema da reprodução deficiente em baixas
frequências.
Na figura 8, temos o mesmo amplificador mostrado
anteriormente, mas que agora, utiliza fonte simétrica e
também saída em ponte. A saída de potência em ponte,
utilizando-se de fonte simétrica, não é comum de ser
usada, pois quando trabalhamos com fontes simétricas
podemos ter tensões das mais variadas possíveis,
+B
figura 7
+B
Q1
Q3
+B
Af01
Q2
Op02
Q4
R02
R04
+B
R03
Op03
R05
R06
FONTES - AMPLIF. DE POTÊNCIA - VALVULAS - OPERACIONAIS - ELETRÔNICA DIGITAL
ELETRÔNICA
APOSTILA
MÓDULO - 4
+B
R08
+B
Q1
+B
C01
Q3
Af01
Op01
-B
Q2
Q4
R01
-B
-B
R04
+B
R03
Op03
figura 8
-B
inclusive chegando próximo a 100 Volts.
A figura 9, mostra a esquematização de um integrado
feito para trabalhar como amplificador de razoável
potência e com performance Hi-Fi (High Fidelity).
Vp
figura 9
06
Vpm
CM
TDA 1514A
08
07
Vpo
amplificador, ou seja, à medida que
temos excitação do áudio no semi-ciclo
positivo na parte superior do
amplificador um capacitor eletrolítico,
+B
que pode ser ligado do pino 5 ou 7
Op02
incrementa a polarização, podendo esta
chegar a ser superior ao nível de
alimentação do +B (positivo).
-B
A realimentação negativa feita neste
amplificador entra pelo pino 9, sendo
entrada fundamental para manter a
R02
tensão de saída (pino 5) 1/2 Vcc.
A tensão de entrada no pino 8 do
integrado combinada à tensão do
circuito de proteção que sai pelo pelo 2,
propiciará que no caso de mute a tensão
de saída (pelo 5) seja zerada.
A figura 10, mostra nos a retificação e
filtragem de uma fonte simétrica,
utilizando-se de vários capacitores
eletrolíticos para melhorar a performance em baixas
frequências e diminuir a distorção.
Como se pode ver pela figura temos os capacitores C23,
C21 e C19 ligados em paralelo no potencial positivo da
alimentação, capacitores C24, C22 e C20 ligados ao
potencial negativo da alimentação. Ainda temos dois
capacitores (C05 e C06) ligados diretamente ao
potencial positivo e ao potencial negativo. Note que
quanto maior for a potência do amplificador, maior
deverá ser os valores dos capacitores de filtro aplicados
a fonte de alimentação.
AC1
figura 10
D03
01
D01
05
Vp
CT
09
D02
PROTECTION
Vp
Vref1
THERMAL
30 AR
02
AC2
D04
C23
C21
C19
C05
Vp
C24
Vref2
C22
C20
Standy-by
switch
03
Mute
switch
Vref3
Vpm
Vpo
04
-Vp
Amplificador de alta performance
HI-FI 50Wrms
Este integrado amplificador foi dimensionado para
trabalhar com fonte simétricas, com +30 e -30 volts
máximos. A entrada de sinal deste integrado se dá pelo
pino 1 e sua saída de potência está no pino 5. A
alimentação positiva é feita pelo pelo 6, e a alimentação
negativa é feita pelo pino 4. O pino 7, serve para
incrementar a polarização da parte superior do
ELETRÔNICA
C06
-Vp
Na figura 11, podemos ver uma configuração de um
amplificador estereofônico, utilizando-se de dois
circuitos integrados para realizar as funções de
amplificação. Apesar de parecer um circuito muito
simples, este amplificador é capaz de chegar a quase
100 W de potência RMS, considerando-se a somatória
as das potências de cada um dos amplificadores.
Listaremos abaixo alguns pontos interessantes das
ligações destes amplificadores.
Podemos observar pela figura 11, o capacitor C7/C8,
que encontram-se ligados aos pinos 5 e 7 em cada um
dos integrados; sua função será manter-se com
determinada tensão armazenada, até que, aparecendo o
sinal de áudio no pino 5, elevará o potencial de tensão no
pino 7, que poderá ser superior ao da própria
alimentação. Este recurso é muito útil, para manter os
dois semi-ciclos com níveis muito próximos quando
ocorrer uma alta potência amplificada.
Um dos pontos fundamentais neste amplificador, é a
FONTES - AMPLIF. DE POTÊNCIA - VALVULAS - OPERACIONAIS - ELETRÔNICA DIGITAL
99
APOSTILA
MÓDULO - 4
Vp
figura 11
C17
R13
C18
R14
R11
03
C09
06
R12
07
07
C07
R01
06
03
C08
01
FTL
FTR
05
C11
05
C15
AfL
AfR
C12
C16
09
09
R09
R03
02
08
C01
C10
R02
01
R07
04
C03
R05
R10
8W
8W
C13
R06
C14
R04
02
04
C04
08
R08
C02
-Vp
figura 12
existência do resistor R5, que fará
LISTA DE MATERIAL - AMPLIFICADOR DE 45 + 45W
PEÇA
TIPO
CÓDIGO/VALOR UNID./SUF. COMPLEM.
POSIÇÃO
realimentação negativa ao pino 9 do
integrado. Os únicos pontos em Semicondutores:
Amplificador
TDA1514
A
IC1 e IC2
comum nestes dois amplificadores, Circuito Integrado
Diodo
Retificador
1N5406
p/ 3A
D1,D2,D3 e D4
serão as tensões de alimentação, tanto Resistores:
positiva quanto negativa.
kW
Resistor
Carvâo
33
1/8W
R1,R2,R5 e R6
Estamos sugerindo, que este
Resistor
Carvâo
330
W
1/8W
R3 e R4
amplificador de potência possa ser
kW
Resistor
Carvâo
330
1/8W
R7 e R8
Resistor
Carvâo
3,3
W
1/8W
R9 e R10
montado pelo leitor, e caso isso seja
Resistor
Filme
150
W
1W
R11 e R12
feito, após a montagem e antes da
Resistor
Carvâo
47
W
1/8W
R13 e R14
ligação da alimentação deve-se
Capacitores:
observar se não existem soldas
mF
Capacitor
Eletrolítico
22
35V
C1 e C2
escorridas. Tendo em mãos uma
mF
Capacitor
Eletrolítico
10
35V
C3 e C4
lâmpada em série com cerca de 60 ou
mF
Capacitor
Eletrolítico
47
63V
C5 e C6
100 watts, ligar alimentação ao
mF
Capacitor
Eletrolítico
220
63V
C7 e C8
mF
Capacitor
Eletrolítico
1
35V
C9 e C10
amplificador, sem as caixas acústicas
Capacitor
Cerâmico
220
pF
C11 e C12
ou alto-falantes. Caso a lâmpada em
Capacitor
Poliéster
220
kpF
50V
C13 e C14
série não acenda, ou acenda com
Capacitor
Poliéster
220
kpF
50V
C17 e C18
pouquíssima intensidade, deverá ser
Capacitor
Cerâmico
5,6
kpF
C15 e C16
medida a tensão de saída dos
mF
Capacitor
Eletrolítico
2200
35V
C19, C20 e C21
amplificadores (pino 5). Estando essas
mF
Capacitor
Eletrolítico
2200
35V
C22, C23 e C24
tensões com zero volt nas saídas das Diversos:
Chave
Alavanca
On/Off
p/ 3A
S1
caixas, os alto-falantes poderão ser
Chave
HH
110/220Vac
S2
ligados.
Fusível
Pequeno
2
A
C/ retardo
F1
A figura 12, mostra a relação de
Soquete
p/ fusível
p/ painel
material utilizado para esta montagem,
Transformador primário 110 + 100Vac, secundário 18 + 18 Vac/6A
TR1
sendo todos os componentes de fácil
Dissipador de alumínio com espessura de 1,5mm e área plana mínima de 200cm²
( 10cm x 20cm )
obtenção no mercado de
Placa de circuito impresso, fios, solda, pasta térmica e parafusos de fixação, etc.
componentes.
A figura 13, mostra em tamanho real, a placa de circuito Neste amplificador vamos utilizar dois circuitos
impresso (lado cobreado), e a figura 14, mostra como integrados para excitação de um único alto-falante, e
ficaria à disposição de componentes do outro lado da para isto, deveremos ter nas saídas fases invertidas para
excitação deste.
placa.
O sinal de áudio entrará pelo pino 1 do integrado IC1,
sendo que no outro integrado (IC2), o pino de entrada de
Amplificador de 100 Wrms monofônico
áudio (pino 1), ficará inoperante, com um resistor e um
Caso necessitemos de uma maior potência de capacitor ligados à massa. O problema para este circuito,
amplificação, em um único canal (cerca de 100 Wrms), será fazer com que o integrado IC2 passe a amplificar o
poderemos utilizar a montagem sugerida na figura 15. O sinal de áudio de forma invertida ao integrado IC1. Para
circuito amplificador utiliza a mesma placa de circuito que isso seja possível, utilizaremos a entrada de
impresso que vimos anteriormente, utilizando-se de realimentação negativa, pino 9 do IC2, para conseguir o
alguns recursos e a alteração de poucos componentes, objetivo. Quando o sinal de áudio entrar pelo pino 1 do
alterando o que era anteriormente dois amplificadores, integrado IC1 ele sairá com a mesma fase no pino 5 do
mesmo integrado, sendo parte deste sinal realimentado
em um único amplificador, agora com saída em ponte.
100
FONTES - AMPLIF. DE POTÊNCIA - VALVULAS - OPERACIONAIS - ELETRÔNICA DIGITAL
ELETRÔNICA
APOSTILA
MÓDULO - 4
para o pino 9 do mesmo IC. A mesma amostra do sinal passa pelo
resistor R3 e capacitor C1 entrando no pino 9 do IC2. Com isto,
teremos no integrado IC2, a amplificação do sinal de áudio feita de
forma invertida ao que ocorre no IC1. Apesar do pino 9 do integrado
IC2 ser utilizado como entrada de sinal, ele também continuará sendo
a entrada de referência de tensão para realimentação negativa, ou
seja, o sinal de áudio que sai pelo pino 5 do integrado será atenuado
pelo resistor 6 e continuará atuando no pino 9.
Na figura 16, podemos ver a relação de componentes utilizados neste
a amplificador Hi-Fi. Voltamos a afirmar aqui, que apesar de usar dois
circuitos integrados, este é um amplificador monofônico, que excita
um único alto-falante através de uma ligação em ponte entre os dois
integrados.
Caso o leitor queira um amplificador estereofônico com potência de
100 W por canal, deverá utilizar-se de outra placa de circuito impresso
e outro transformador igual ao que foi utilizado no exemplo.
figura 16
LISTA
DEDE
MATERIAL
- AMPLIFICADOR
MONO
100W
LISTA
MATERIAL
- AMPLIFICADOR
DE 45DE
+ 45W
PEÇA
TIPO
CÓDIGO/VALOR UNID./SUF.
COMPLEM.
POSIÇÃO
p/ 3A
D1,D2,D3 e D4
Semicondutores:
22
kW
1/8W
R1,R2,R5 e R6
Resistor
Carvâo
680
W
1/8W
R3
Resistor
Carvâo
100
W
1/8W
R4
Resistor
Carvâo
330
kW
1/8W
R7 e R8
Resistor
Carvâo
3,3
W
1/8W
C2
J5
C8
C12
D3
R4
C13
C16 R12
R14 R6
(Jr14)
C4
R9 e R10
Não utilizado
R11 e R12
Ver texto
R13 e R14
C6
R10
Capacitor
Eletrolítico
22
mF
C1
Capacitor
Cerâmico
2,2
kpF
Capacitor
Eletrolítico
10
mF
35V
C3 e C4
Capacitor
Eletrolítico
47
mF
63V
C5 e C6
D4
C12
C10
J2
J3
C20
J4
D1
1
mF
Cerâmico
220
pF
35V
C9 e C10
Capacitor
Poliéster
220
kpF
50V
C13 e C14
Capacitor
Poliéster
220
kpF
50V
C17 e C18
C1
C11 e C12
Capacitor
Cerâmico
5,6
kpF
Capacitor
Eletrolítico
2200
mF
35V
C19, C20 e C21
Capacitor
Eletrolítico
2200
mF
35V
C22, C23 e C24
Chave
Alavanca
On/Off
p/ 3A
S1
Chave
HH
110/220Vac
Fusível
Pequeno
2
Soquete
p/ fusível
C7
C24
R3
C17 R11
C14
R5
R1
C5
(Jr13)
C3
C15 e C16
R7
R9
C11
R1
S2
C/ retardo
C21
C9
F1
p/ painel
Transformador primário 110 + 100Vac, secundário 18 + 18 Vac/6A
J1
C19
C15
Diversos:
A
C24
C11
+B
Eletrolítico
Capacitor
FTL+
C7 e C8
Capacitor
R IN
R2
C2
Não utilizado
C22
R8
L IN
35V
D2
J2
C18
Capacitores:
Ac1
Carvâo
Resistores:
Ac2
Resistor
figura 13
IC1 e IC2
CT
A
FTL-
1N5406
GND
TDA1514
Retificador
FTR-
Amplificador
Diodo
FTR+
Circuito Integrado
figura 14
TR1
Vp
figura 15
C17
03
C09
06
07
C18
IC1
07
IC2
06
03
R01
R02
01
01
FT+
FT-
05
C11
05
C15
C12
C16
09
09
R09
02
08
R07
04
C03
R10
AfR
8W
R05
R06
C13
C14
R04
02
04
C04
08
R08
C02
-Vp
R03
ELETRÔNICA
C01
FONTES - AMPLIF. DE POTÊNCIA - VALVULAS - OPERACIONAIS - ELETRÔNICA DIGITAL
101
APOSTILA
MÓDULO - 4
AMPLIFICADORES CLASSE G e H
Já vimos anteriormente diversas classes de amplificação
como A, B, AB; todas possuindo suas particularidades,
vantagens e deficiências; continuando nosso estudo
sobre amplificadores vamos passar agora para uma
nova classe de amplificadores chamados G ou H.
Entre suas vantagens está a obtenção de altas potências
com baixo consumo de energia, mas com a
desvantagem da introdução pequenos ruídos em dadas
frequências devido à comutação ou passagem de corte
para a condução de alguns transistores. Apesar dos
fabricantes de integrados que utilizam a classe H o
considerarem HI-FI, outros estudiosos não o consideram
como tal.
Devido ao seu baixo consumo de energia e alto
rendimento, ele é muito empregado nos aparelhos de
som doméstico (microsystems), com boa qualidade
sonora e grande potência, além de preços muito
convidativos.
O seu princípio de funcionamento é muito parecido com
os amplificadores classe AB, diferindo na introdução de
uma tensão de + ou – B maior que a normal, auxiliando no
acréscimo de potência.
O motivo de estarmos usando a especificação de G ou H,
se deve ao mercado americano utilizar a especificação
de G, enquanto que em outros países utiliza-se a
especificação H.
A figura 17 ilustra a saída de um amplificador classe G ou
H. Nela podemos ver que os transistores de saída
funcionam em classe AB, só que a alimentação +VL e -VL
(+VL: tensão positiva Low; -VL: tensão negativa Low)
poderá ser comutada para a tensão +VH e -VH (+VH:
tensão positiva High; -VH: tensão negativa High). Essas
tensões maiores, serão chaveadas pelo circuito de
controle, cujo funcionamento depende diretamente do
próprio sinal da saída.
Quando o sinal de saída é de baixa amplitude, o controle
figura 17
+VH
D1
+VL
Q1
dos diodos D1 e D2, que ficam diretamente polarizados.
Neste caso temos um amplificador classe AB
funcionando em média ou baixa potência, sendo que o
sinal de saída em potência mantem-se com 70% (em
Vpp) em relação às tensões de alimentação de +VL e -VL
(estas tensões giram normalmente entre 20 e 30 volts).
Quando o sinal começa a ter picos ou períodos de alta
+2B
figura 18
C
O
N
T
R
O
L
E
Q3
D1
+B
Q1
E
Af01
E
X
C
I
T
A
Ç
Ã
O
Q2
D2
-B
Q4
-2B
figura 19
+2B
C
O
N
T
R
O
L
E
Q3
+B
D1
Q1
E
controle
Q2
D2
-VL
Af01
E
X
C
I
T
A
Ç
Ã
O
Q2
D2
-B
-VH
Q4
mantém as chaves abertas, e o circuito de saída é
alimentado pelas tensões +VL e -VL, passando através
-2B
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FONTES - AMPLIF. DE POTÊNCIA - VALVULAS - OPERACIONAIS - ELETRÔNICA DIGITAL
ELETRÔNICA