Amplificadores de Áudio

Classes de amplificadores 8 1. Amplificador estéreo 10 1. Filtros 10 1. LM386 10 2. Fundamentação Teórica 12 2. Placa 23 3. Montagem 24 4. Teoria de filtros 26 4. Tipos de filtros 26 4. Cálculo de um filtro 30 4. Seus estudos modificaram o curso da humanidade. A eletricidade passou de simples interesse e curiosidade sobre a natureza (do grego antigo: φύσις, que significa "natureza" e lê-se "físis") à utilidade, cuja ausência é impensável atualmente. O comportamento dinâmico dos elétrons criou uma área de conhecimento que logo alcançou as universidades e criou laboratórios. Muitas empresas também foram inovadoras e pesquisadoras. Origem dos amplificadores No início do século XX, o físico Lee De Forest, pesquisando o funcionamento das válvulas termiônicas, percebeu que seria possível controlar a corrente elétrica no interior do dispositivo. A descoberta do efeito transistor laureou os pesquisadores Bardeen, Shockley e Brattain com o Nobel de Física em 1956, quase dez anos depois de seus estudos.

As invenções descobertas no campo da eletrônica tiveram muita utilidade. Mas descobertos alguns inconvenientes: grande dissipação de energia em forma de calor provoca, além da perda de energia, um desgaste elevado do dispositivo. Classes de amplificadores Conforme o modo de sua construção, com características de eficiência, fidelidade de sinal e potência, os amplificadores são categorizados em classes. Esta categorização significa as características do projeto. O consumo é bem menos, porém o sinal fica muito distorcido. Figura 1 – Saída de amplificadores em cada classe Fonte: MALVINO Vol 1 Um amplificador classe A é usado como amplificador de tensão, enquanto que os classe B e C se prestam para amplificação de potência, pois são projetados para correntes intensas. Há amplificadores que combinam as Classes A e B, constituindo os chamados amplificadores Classe AB 1 e Classe AB 2.

Os primeiros são polarizados em um ponto ligeiramente mais negativo' do que os amplificadores Classe A. Os amplificadores Classe AB 2 são polarizados em um ponto ligeiramente menos negativo do que os da Classe B·. Filtros Os amplificadores de áudio não trabalham com frequências quaisquer, cada amplificador tem uma aplicação diferente que determina uma faixa de frequências a ser trabalhada. Assim sendo, os circuitos eletrônicos dos amplificadores utilizam filtros para trabalhar com as frequências desejadas. Os filtros servem para fazer ajustes denominados de equalizações. Estes ajustes reforçam ou atenuam determinadas frequências. Dependendo da necessidade tem-se um filtro específico. Fundamentação Teórica Para o estudo das características e aplicações possíveis com o LM‑386 serão utilizados os dados retirados do documento do fabricante (TEXAS, 2017).

Versões do LM386 O LM386 pode ser encontrado com seis sufixos: LM386N-1, LM386N-3, LM386N-4, LM386M-1, LM386MX-1 e LM386MMX-1 que indicam as versões do componente. As mais comuns são as três primeiras. O primeiro possui entrada de 4 a 12V; potência mínima de 250mW. O segundo, tem o mesmo intervalo de tensão de entrada mas potência mínima de saída de 500mW. Figura 5 - Circuito "Lin Topology" Fonte: ELECTROSMASH (n. d. O bloco de feedback, como apresentado no diagrama da Figura 5, permite limitar o ganho, proporcionando um controle programado da amplificação. O LM386 segue essa estrutura, sendo dividido também nestas mesmas quatro partes. A Figura 6 mostra o circuito específico do LM386. Com um capacitor de 10 ligado entre os pinos 1 e 8, quando a frequência é maior que o limite desse intervalo audível (20kHz), o ganho passa a diminuir.

Sem o uso do capacitor entre os pinos 1 e 8, o ganho começa a cair ao ultrapassar valores em torno de 100kHz. Quando se reforça as baixas frequências, a relação entre a frequência e o ganho de voltagem adota um comportamento extremamente diferente, como mostra Figura 8. Figura 8 - Relação voltagem versus frequência Fonte: ELECTROSMASH (n. d. Circuitos externos típicos Um circuito externo típico é o de amplificação de rádio AM, apresentado na figura 9. O ganho é de duzentas vezes, uma vez que entre os pinos 1 e 8 há um capacitor de 10. O interessante para se observar é o uso de poucos componentes externos. De fato, na prática os circuitos com o LM386 são em geral pequenos, mas eficientes, o que é uma das propriedades dos amplificadores da classe AB.

Figura 12 - Circuito de um rádio AM com o LM386 Fonte: TEXAS (2017) 3. Figura 13 - Diagrama de amplificador estéreo 3. Fonte de Alimentação Para alimentação CA, a conexão é realizada por um conector, localizado no diagrama nos pinos (AC–1) e (AC–2), onde é feita a conexão na rede elétrica monofásica de 220V. De acordo com a fornecida na localidade, pode-se utilizar um transformador para 127V ou mesmo a possibilidade de um com enrolamentos que permita a seleção. Pela chave (S1) pode-se ligar e desligar o circuito e para a proteção se utiliza o fusível (F1) de 500mA. Em seguida temos os diodos retificadores (D1, D2, D3, D4), que têm a finalidade de transformar a corrente alternada em contínua (retificação de tensão).

Do potenciômetro de volume (P1) o sinal chega ao pino 3 do (IC1), o sinal negativo de entrada de áudio vai ao terra (GND) assim como o pino 2 e 4 do mesmo circuito integrado. Os 9V de tensão que vem da fonte de alimentação vai ao pino 6 e o pino 1 e 8 são responsáveis pelo controle de ganho, variando os valores de (R2) haverá variação no ganho. O pino 5 é a saída do sinal de áudio amplificado onde vai acoplado à um capacitor eletrolítico (C6). E por último o pino 7 vai junto a um capacitor de poliéster (C8) com a função de desvio, basicamente para a diminuição do ruído. Tabela 1 - Lista de material Componente Posição Valor Preço Resistor 1/4 Watt 5% Resistor R1 560 ohms Resistor 1/4 Watt 5% Resistor R2, R4 1K Resistor 1/4 Watt 5% Resistor R3, R5 10 ohms Potenciômetro Duplo P1 10K Capacitor Eletrolítico C1 2200µF/ 16V Capacitor Poliéster C2, C8, C14 100nF Capacitor Eletrolítico C3, C9 100µF/ 16V Capacitor Eletrolítico C4, C10 10µF/16V Capacitor Eletrolítico C5, C11 4.

Ao selecionar uma determinada frequência juntamente com impedância que ela sofre é possível diminuir a intensidade do sinal nesta frequência sintonizada ou em outras quaisquer. Ou seja, filtrar é permitir ou bloquear alguma frequência especifica ou faixa de frequências. Tipos de filtros Malvino (Vol I, 2016) define filtros como “uma malha eletrônica projetada para deixar passar ou rejeitar uma faixa ou uma banda de frequências. ” Os filtros são categorizados conforme as frequências que bloqueiam e permitem passar. Há, portanto, quatro maneiras de classificar os filtros: • Passa baixa • Passa alta • Passa faixa • Rejeita faixa Idealmente os filtros realizariam o corte das frequências de forma abrupta. • Faixa de Rejeição: Faixa de frequência na qual os sinais sofrem grandes atenuações. • Faixa de Transição: Faixa de frequência na qual os sinais apresentam atenuação variável.

• Fator Q (qualidade): Faixa de frequências em torno da frequência de corte que o filtro permite passar • Largura de banda: A diferença entre as duas frequências de um filtro A proposta deste trabalho é a de um filtro passa-baixas. Sua configuração é a de um circuito RC, sendo que a impedância reativa em paralelo diminui com o aumento da frequência, levando o sinal para o terra: Figura 20 – Filtro passa-baixa passivo Fonte: Wikimedia (Creative Commons) A Figura 21 mostra os parâmetros do filtro no domínio da frequência. Observe-se que a frequência de corte é definida quando há atenuação de -3dB na intensidade do sinal. Conhecendo a função de transferência de um sistema pode-se saber qual o resultado de sua saída ao se aplicar uma entrada conhecida, como um degrau unitário ou um impulso.

A função de transferência da topologia Sallen Key de 1º ordem é: Para encontrar a função de transferência do circuito abaixo é necessário passar os componentes para o domínio da frequência complexa com o objetivo de facilitar os cálculos. Figura 25 – Filtro Sallen-Key de primeira ordem (impedâncias) Fonte: Autor A equação que descreve o cálculo do ganho de tensão de um amplificador operacional na configuração inversora, pois há apenas duas impedância nos ramos do circuito é: Com o resistor R1, já está no domínio da frequência complexa em paralelo com o capacitor, tem-se: Resolvendo o paralelo de R1 e C1: Simplificando, algebricamente: = A função de transferência final é: =- Comparando com a função básica de transferência, Percebe-se que K, o ganho do amplificador, será: E a frequência de corte será definida por: Logo: A frequência ωc está em radianos por segundo.

Para projetar o filtro com a frequência em hertz, pode-se fazer a conversão: As funções destacadas indicam, portanto ,como definir o ganho e a frequência de corte do filtro. Calculando R1 e R2. Fonte: Autor A curva de resposta da Figura 21 mostra que o bloqueio das frequências no filtro passa-baixas se dar a partir da frequência de corte definida em 5khz com 3db de atenuação do ganho confirmando assim os cálculos apresentados nesse capítulo. Figura 28 - Curva de resposta do filtro passa-baixas no simulador. Fonte: Autor Bibliografia BRAGA, Newton, C. Amplificador com o LM386 (MIN387), disponível em: <http://www. newtoncbraga. Eletrônica Vol I. ª ed. Porto Alegre: AMGH Editora, 2016. MALVINO, Albert; DAVID, Bates. Eletrônica Vol II. TEXAS INSTRUMENTS. LM386 Low Voltage Audio Power Amplifier datasheet (Rev.

C). Dallas,: Texas Instruments Incorporated, Maio de 2017. Disponível em: <http://www.