2019-LucasJordao

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS 
ESCOLA DE ENGENHARIA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
Projeto, Simulação e Construção de um Alto 
Falante de Plasma 
 
 
 
 
Lucas Jordão Santos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belo Horizonte 
Junho de 2019 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS 
ESCOLA DE ENGENHARIA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
Projeto, Simulação e Construção de um Alto 
Falante de Plasma 
 
 
 
 
Lucas Jordão Santos 
 
Monografia apresentada durante o 
Seminário dos Trabalhos de 
Conclusão do Curso de Graduação 
em Engenharia Elétrica da UFMG, 
como parte dos requisitos 
necessários à obtenção do título de 
Engenheiro Eletricista. 
 
Orientador: Prof. Thiago Ribeiro de Oliveira 
 
 
 
 
Belo Horizonte 
Junho de 2019 
 
 
 
 
 
Resumo 
 
A reprodução eletroacústica de sons se dá através da vibração de um 
diafragma cujo material de fabricação pode variar a depender da aplicação e custo 
do alto falante. Diafragmas tradicionais consistem em membranas de papel ou 
material plástico, e geram problemas na reprodução de altas frequências devido 
à sua massa. Uma solução possível é a utilização de materiais mais leves, 
buscando menor massa possível ou nenhuma massa. 
Este trabalho consiste no projeto de um alto falante que utiliza plasma 
como diafragma para reproduzir música. O projeto consiste na simulação e 
construção de um circuito capaz de gerar um feixe de plasma e modulá-lo para 
reproduzir sinais sonoros na frequência de audição humana. O circuito foi 
construído e testado de forma a permitir reproduzir músicas provenientes de 
qualquer dispositivo digital. 
 
 
 
Abstract 
 
The electroacoustic reproduction of sounds occurs through the vibration of 
a diaphragm whose material of manufacture can vary depending on the 
application and cost of the loudspeaker. Traditional diaphragms consist of paper 
or plastic membranes, and generate problems in the reproduction of high 
frequencies due to their mass. One possible solution is the use of lighter materials, 
seeking the lowest possible mass or no mass at all. 
This work consists of the design of a loudspeaker that uses plasma as a 
diaphragm to reproduce music. The project consists of the simulation and 
construction of a circuit capable of generating a plasma beam and modulating it 
to reproduce sound signals in the frequency of human hearing. The circuit has 
been built and tested in order to play music from any digital device. 
 
 
 
 
Lista de Imagens 
 
Imagem 1: Globo de plasma _____________________________________________________ 18 
Imagem 2: Arco elétrico ocorrendo no fechamento de chave seccionadora_______________ 17 
Imagem 3: William Du Bois Duddell _______________________________________________ 19 
Imagem 4: O Ionophone ________________________________________________________ 20 
Imagem 5: Alto falante Ionovac __________________________________________________ 20 
Imagem 6: Alto falante CORONA _________________________________________________ 21 
Imagem 7: Alto falante ION TW 1S ________________________________________________ 21 
Imagem 8: Alto falante Plasma Signature __________________________________________ 22 
Imagem 9: Típico transformador Flyback de circuito de televisão CRT ___________________ 32 
Imagem 10: Varistor MOV 14D201K ______________________________________________ 36 
Imagem 11: Circuito protótipo construído _________________________________________ 43 
Imagem 12: Transformador Flyback com novo enrolamento primário ___________________ 44 
Imagem 13: Transfomador flyback e eletrodos ______________________________________ 45 
Imagem 14: Regulagem da frequência de oscilação __________________________________ 45 
Imagem 15: Regulagem do Duty Cycle_____________________________________________ 46 
Imagem 16: Arco elétrico gerado _________________________________________________ 46 
Imagem 17: Arco elétrico gerado no ambiente com pouca luz _________________________ 47 
Imagem 18: Sinal de saída do PWM (curva 1) e sinal de entrada do gerador de sinais (curva 2) 
para testes ___________________________________________________________________ 47 
Imagem 19: Sinal PWM modulado pelo Duty Cycle. Nota-se a variação da proporção 
ligado/desligado na imagem atrasada do osciloscópio ________________________________ 48 
Imagem 20: Tensão na saída do TL494 (canal 1) e entrada do transformador flyback (canal 2) 49 
 
 
 
 
 
Lista de Figuras 
 
Figura 1: Representação de uma onda sonora ______________________________________ 13 
Figura 2: Equação básica da onda sonora __________________________________________ 14 
Figura 3: Representação de um alto falante de bobina móvel __________________________ 15 
Figura 4: Diferença no estado da matéria pelo aumento de energia _____________________ 16 
Figura 5: Exemplos de plasma - Densidade elétrica pela temperatura ___________________ 16 
Figura 6: Fluxograma base do circuito _____________________________________________ 23 
Figura 7: Circuito base _________________________________________________________ 24 
Figura 8: Duty Cycle de um sinal _________________________________________________ 25 
Figura 9: Exemplos de formas de onda com mesma frequência e diferentes Duty Cycles ____ 26 
Figura 10: PWM na geração de um sinal analógico ___________________________________ 27 
Figura 11: Diagrama de blocos simplificado do TL494 ________________________________ 28 
Figura 12: Diagrama de tempos no circuito do TL494 _________________________________ 28 
Figura 13: Diagrama funcional do TC4420/4429 _____________________________________ 30 
Figura 14: IPRF250 – Encapsulamento e símbolo esquemático _________________________ 31 
Figura 15: Circuito seguidor de tensão ____________________________________________ 34 
Figura 16: Circuito regulador de tensão ____________________________________________ 35 
Figura 17: Circuito Snubber de tensão _____________________________________________ 35 
Figura 18: Esquemático do circuito finalizado _______________________________________ 37 
Figura 19: Esquemático do circuito de alimentação auxiliar ____________________________ 39 
Figura 20: Tensões na entrada e saída do circuito de alimentação auxiliar ________________ 39 
Figura 21: Esquemático do circuito seguidor de tensão _______________________________ 39 
Figura 22: Tensões na entrada e saída do circuito seguidor de tensão ___________________ 40 
Figura 23: Circuito PWM ________________________________________________________ 40 
Figura 24: Saída simulada do sinal PWM sem entrada de áudio, com frequência de oscilação 
fosc = 11 kHz _________________________________________________________________ 41 
Figura 25: Saída simulada do sinal PWM para uma entrada de onda quadrada com frequência 
de 500 Hz ____________________________________________________________________ 41 
Figura 26: Saída simulada do sinal PWM para uma entrada de onda senoidal com frequência de 
500 Hz ______________________________________________________________________ 42 
Figura 27: Saída do PWM para uma entrada de onda senoidal composta por três sinais (50 Hz, 
500 Hz e 5000 Hz) _____________________________________________________________ 42 
Figura 28: Circuito de Potência___________________________________________________ 42 
Figura 29: Tensões de entrada e saída (F1) do Circuito de Potência _____________________ 43 
Figura 30: Esquemático do Flyback _______________________________________________ 44 
 
 
Sumário 
 
1. Introdução _______________________________________________________________ 11 
1.1. Motivação ___________________________________________________________ 11 
1.2. Objetivos do projeto ___________________________________________________ 11 
2. Revisão Bibliográfica _______________________________________________________ 13 
2.1. O Som ______________________________________________________________13 
2.2. O Plasma ____________________________________________________________ 16 
2.3. Plasma como meio de geração de sons ____________________________________ 17 
2.4. Histórico ____________________________________________________________ 19 
2.5. Estado da arte ________________________________________________________ 20 
3. Metodologia _____________________________________________________________ 23 
3.1. Modelagem do circuito ________________________________________________ 23 
3.1.1. O Circuito Base ___________________________________________________ 24 
3.1.2. Circuito de Controle _______________________________________________ 24 
3.1.3. Circuito de potência _______________________________________________ 29 
3.1.4. Transformador elevador de tensão ___________________________________ 32 
3.2. Melhorias no circuito __________________________________________________ 33 
3.2.1. Entrada de áudio _________________________________________________ 33 
3.2.2. Circuito de alimentação ____________________________________________ 34 
3.2.3. Proteção ________________________________________________________ 35 
4. Resultados _______________________________________________________________ 37 
4.1. Circuito Final _________________________________________________________ 37 
4.2. Simulações __________________________________________________________ 38 
4.2.1. Circuito de alimentação ____________________________________________ 38 
4.2.2. Circuito seguidor de tensão _________________________________________ 39 
4.2.3. Circuito de Controle (PWM) _________________________________________ 40 
4.2.4. Circuito de Potência _______________________________________________ 42 
4.3. Construção do circuito _________________________________________________ 43 
4.4. Funcionamento do Circuito _____________________________________________ 46 
5. Conclusão e Trabalho Futuro ________________________________________________ 50 
6. Referências ______________________________________________________________ 52 
 
 
 
 
 
11 
 
1. Introdução 
1.1. Motivação 
Sons podem ser criados através da vibração dos mais variados tipos de 
membranas. Alto falantes tradicionais são transdutores eletroacústicos que 
convertem energia elétrica em energia acústica através da vibração de 
membranas feitas de papelão ou plásticos especiais. Esse tipo de membrana gera 
perdas na reprodução dos sinais sonoros devido à energia necessária e ao tempo 
de resposta para se vencer a inércia de sua massa. Essa desvantagem é ainda 
maior para sinais de alta frequência, onde ocorrem variações muito mais rápidas 
do sinal. Para se solucionar esses problemas, foram estudados ao longo da história 
diversas opções de membranas com massa quase nula, como utilização de ar 
comprimido (The Auxetophone & Other Compressed-Air Gramophones, 2018), 
chamas (JOSHEP, 2018) e plasma, este último, o foco deste trabalho. 
A utilização de plasma para geração de som se dá através do aquecimento 
do ar em torno do plasma, que cria variações de pressão as quais vibram o ar 
gerando som. Controlando o sinal responsável pela geração de um arco elétrico 
entre dois eletrodos, é possível se controlar o som gerado pelo mesmo. 
A motivação desse trabalho é a busca pela melhor forma de se reproduzir 
sons, cada vez mais fiéis e com menor interferência possível, independente da 
frequência utilizada. Além disso, utilizando uma interface agradável e divertida 
de se ver, através da exposição do arco elétrico, tornando a reprodução de sons 
prazerosa visual e acusticamente. 
 
1.2. Objetivos do projeto 
O presente trabalho tem por principal objetivo o desenvolvimento de um 
circuito capaz de gerar reprodução eletroacústica utilizando-se de um arco 
elétrico modulado. O circuito deverá ser projetado, simulado e então será 
realizada a construção de um protótipo. 
 
12 
 
Espera-se que o circuito montado possa reproduzir sons oriundos de 
qualquer sinal analógico entregue à entrada do circuito, com o mínimo de perdas, 
máxima redução de ruídos, e potência suficiente para ser reproduzido em um 
ambiente ruidoso. 
Após a construção do protótipo, devem ser realizados testes para se definir 
possíveis melhorias do projeto, permitindo reduzir possíveis ruídos e aumentar a 
potência entregue ao arco elétrico, gerando assim sons de maior volume. 
 
 
 
 
 
13 
 
2. Revisão Bibliográfica 
2.1. O Som 
O som é uma onda mecânica, longitudinal, que se propaga apenas em 
meios materiais, sólidos, líquidos ou gasosos. Para sua propagação ocorrer, faz-
se necessário compressões e rarefações em propagação no meio. Possui uma 
velocidade (m/s), uma frequência medida em hertz (Hz) e uma amplitude medida 
em Newtons por metro (N/m), como representado na Figura 1. (Sound 
Transducers, 2018) 
 
Figura 1: Representação de uma onda sonora 
O comprimento de onda do som é a distância em que um ciclo completo 
de pressão ocorre. É medido em metros e usualmente representado por λ. O 
tempo necessário para que um comprimento de onda se propague por um ponto 
específico do espaço é chamado de período, medido em segundos e representado 
por T. 
A frequência da onda sonora é o inverso do período, e representa a 
quantidade de comprimentos de onda que passaram por um ponto durante um 
segundo. É medida em Hz (Hertz) e representada por f, podendo ser calculada 
por: 
𝑓 = 
1
𝑇
 (1) 
 
14 
 
A audição humana é capaz de perceber em média sons em uma frequência 
entre 20 Hz e 20 kHz. Sons abaixo dessa frequência são chamados de infrassons, 
e acima ultrassons. (HELERBROCK) 
A velocidade da onda sonora pode ser calculada pela relação entre o 
período e o comprimento de onda, sendo dada em m/s (metros por segundo) e 
representada por v. 
𝑣 =
𝜆
𝑇
= 𝑓 ∗ 𝜆 (2) 
 
Figura 2: Equação básica da onda sonora 
Ao se propagar, a onda sonora gera perturbações na pressão de equilíbrio 
do meio. A magnitude dessa variação na pressão é a amplitude da onda sonora, 
dada em newtons por metro e representada por A (ACADEMIC, BRITANNICA, 
2018). A amplitude pode ser matematicamente descrita pela equação geral da 
onda, dada por: 
𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝐴 ∗ sin[2𝜋 ∗ (𝑓𝑡 −
𝑥
𝜆
)] (3) 
Onde x é a distância percorrida pelo comprimento de onda (λ) com uma 
certa velocidade. 
A intensidade da onda sonora é o que é reconhecido como o volume (ou 
altura) do som, e é calculada a partir da amplitude e da velocidade da onda 
(ACADEMIC, BRITANNICA, 2018), de modo que: 
𝐼 =
𝐴2
2∗𝑝∗𝑣
 (4) 
 
15 
 
Onde p é a densidade de equilíbrio do ar e v a velocidade de propagação 
da onda sonora. A intensidade é representada por I e medida em watts por metro 
quadrado. Como a intensidade não varia linearmente com a variação da 
amplitude, é utilizada a notação em decibéis (dB) para se indicar a intensidade da 
onda, e dada pela equação (5): 
𝐼(𝑑𝐵) = 10 log (
𝐼
𝐼0
) (5) 
A intensidade de referência I0 corresponde ao valor de 0 dB, que pode ser 
aproximado pela intensidade de uma onda com frequência de 1 kHz no limite 
mínimo da audição (ACADEMIC, BRITANNICA, 2018). 
A geração de sons se dá em sua maioria pela vibração de um diafragma na 
frequência desejada, assim vibrando o ar para se propagar a onda sonora. A 
conversão eletroacústica se utiliza de uma bobina móvel conectada ao diafragma, 
em torno de um imã permanente, de forma que, quando uma corrente é aplicada, 
a bobina se movimente, fazendo o diafragma vibrar o ar gerando o som na 
frequência desejada. Um esquemático de um alto falante com tradicional com 
diafragma com cone de papelão é representado na Figura 3. 
 
Figura 3: Representação de um alto falante de bobina móvel 
 
 
 
16 
 
2.2. O Plasma 
Considerado o quarto estado físico da matéria, o plasma se assemelha ao 
gás por não possuir forma ou volume definido, mas se diferencia por ser 
eletricamente condutor e altamente responsivo a campos magnéticos. 
 
Figura4: Diferença no estado da matéria pelo aumento de energia 
O plasma pode ser gerado artificialmente através de um gás pelo 
aquecimento do mesmo, para que ocorra ionização, ou através de uma diferença 
de potencial extremamente alta, como representado na Figura 4. O aquecimento 
de um gás a temperaturas elevadas faz com que os elétrons deixem os átomos, 
resultando em alta concentração de elétrons livres, criando assim o plasma 
ionizado. 
 
Figura 5: Exemplos de plasma - Densidade elétrica pela temperatura 
 
17 
 
Através de uma grande diferença de potencial, pode-se gerar a ruptura 
dielétrica do gás, produzindo uma descarga elétrica (arco elétrico). A corrente 
desta descarga atravessando um meio normalmente isolante produz plasma, e este 
plasma produz luz visível. Através do controle de campos magnéticos aplicados 
ao plasma, é possível controlar sua estrutura, de forma a conseguir moldá-lo. 
 
Imagem 1: Arco elétrico ocorrendo no fechamento de chave seccionadora. A grande diferença 
de potencial na linha de distribuição faz com que ocorra o arco no momento de manobra da 
chave seccionadora. 
 
2.3. Plasma como meio de geração de sons 
A variação de pressão do ar devido à variação de temperatura gerada pela 
passagem do arco elétrico gera ondas de compressão e descompressão do ar, 
resultando em som. Esse princípio é utilizado para a criação do alto falante de 
plasma, onde a variação da frequência da descarga elétrica permite controlar o 
som produzido. 
Um alto falante de plasma varia o plasma através do controle do arco 
elétrico, de forma a produzir som utilizando um diafragma de massa praticamente 
nula e inércia nula. Isso permite redução da distorção ao anular as perdas físicas 
na reprodução do som, atingindo uma resposta transitória muito superior, 
principalmente para sons em alta frequência. 
Utilizando uma série de pulsos de alta tensão entre dois eletrodos, 
ionizando o ar em cada pulso, é criado um mecanismo capaz de concentrar a 
energia em uma área cilíndrica entre os eletrodos. O gás ionizado consiste 
principalmente de nitrogênio e oxigênio em moléculas diatômicas (N2 e O2), e é 
linear em sua variação de temperatura, de forma que: 
 
18 
 
Δ𝑇 =
2
3𝑅
∗ Δ𝑈 (6) 
Onde ∆T é a variação de temperatura, ∆U a energia interna do gás 
diatômico, e R a constante ideal do gás. Dessa forma, se uma certa quantidade de 
energia for depositada, a temperatura irá variar proporcionalmente. 
Ocorrendo entre os pulsos de alta tensão, o resfriamento do gás à 
temperatura ambiente se dá em uma escala de forma rápida o suficiente para que 
a variação de tensão gere uma série de impulsos na temperatura. 
Dessa forma, como o gás não possui tempo suficiente para se expandir, 
pode ser considerado um volume constante durante o processo, que permite uma 
aproximação através da equação da lei dos gases ideais: 
Δ𝑃 = 
𝑛𝑅
𝑉
∗ Δ𝑇 (7) 
Combinando as equações (6) e (7), temos: 
Δ𝑃 =
2𝑛
3𝑉
∗ Δ𝑈 (8) 
Dessa forma, conhecendo a variação de energia, sabe-se a variação na 
pressão. Isso permite que através de um controle da energia entregue, dado pelo 
controle dos pulsos de alta tensão, consiga variar a pressão na frequência desejada 
e reproduzir sons da faixa audível. (MICHAEL HOPKINS, 2012) (DAN 
PETERSON, 2016) 
 
Imagem 2: Performance artística da banda ArcAttack. A banda utiliza bobinas de tesla de 
grande porte como alto falantes para suas performances. 
 
19 
 
2.4. Histórico 
O físico britânico William Duddell foi o primeiro a se utilizar de um arco 
elétrico para geração controlada de sons, em 1899. Buscando solucionar o 
problema de ruídos gerados por lâmpadas a arco elétrico entre eletrodos de 
carbono, ele adicionou um circuito ressonante utilizando um indutor e um 
capacitor e, utilizando um teclado para variar a tensão, foi capaz de gerar 
diferentes tons através do arco. Para demonstrar seu experimento, ele tocou 
“Deus salve a Rainha” criando assim o que é considerado a primeira execução de 
música eletrônica. (CRAB, 2018) 
 
Imagem 3: William Du Bois Duddell 
Inspirado por Duddell, os físicos dinamarqueses Valdemar Poulsen e 
Peder Pedersen utilizaram, em 1902, um gerador que produzia arcos elétricos 
contínuos na frequência de mega-hertz para criar um transmissor de rádio. 
Apenas em 1946 foi criada a primeira patente de um dispositivo que utiliza 
de descargas elétricas para reproduzir sons acústicos. O francês Siegfried Klein 
utilizou um pequeno tubo de quartzo acoplado em uma corneta com um arco 
controlado em seu interior, podendo ser utilizado tanto como alto falante como 
microfone. Nomeou seu dispositivo de Ionophone. (RUSSELL, 2004) 
 
20 
 
 
Imagem 4: O Ionophone 
 
2.5. Estado da arte 
A tecnologia de reprodução sonora utilizando arcos elétricos já apareceu 
em alguns produtos comercializados ao público geral, geralmente como tweeters 
de alta qualidade e preço. 
Lançado em 1956, o Ionovac utilizava da tecnologia do Ionophone e tinha 
o preço de U$147,00. Sua primeira versão tinha uma vida útil de 200 a 300 horas 
devido ao desgaste do quartzo. Uma nova versão foi lançada em 1958 com vida 
útil de 1200 horas. (RUSSELL, 2004) 
 
Imagem 5: Alto falante Ionovac 
Em 1978 a CORONA Acoustic GmbH lançou o CORONA. Este plasma 
speaker também era baseado no Ionophone e teve três versões fabricadas. Teve 
seu nome difundido no mercado por possuir a melhor eficiência entre os alto 
falantes de plasma em sua época de fabricação. (HAUMANN, 2001) 
 
21 
 
 
Imagem 6: Alto falante CORONA 
A fabricante alemã Acapella produziu em 2001 o tweeter ION TW 1S, 
comercializado a U$2500,00. Com design e especificações de alto nível, permitia 
observar o arco elétrico dentro da corneta. 
 
Imagem 7: Alto falante ION TW 1S 
 
22 
 
A Vaughn Loudspeakers produz atualmente um conjunto de alto falantes 
com um tweeter de plasma chamado Plasma Signature. Comercializado por 
U$20.000,00, vem em conjunto com alto falantes tradicionais para os sons 
médios e graves. (REICHERT, 2018) 
 
Imagem 8: Alto falante Plasma Signature 
 
 
 
 
 
 
23 
 
3. Metodologia 
3.1. Modelagem do circuito 
O circuito a ser desenvolvido para este trabalho deverá converter um sinal 
de áudio entregue por uma fonte qualquer em uma saída em forma de arco 
elétrico entre dois eletrodos, modulado de forma a reproduzir o sinal de áudio da 
entrada como um alto falante. 
Este circuito está divido em dois módulos para melhor análise do mesmo: 
o primeiro módulo é referente ao circuito de acionamento e o segundo, referente 
ao circuito de potência junto ao circuito elevador de tensão. O circuito de 
acionamento deverá receber o sinal de áudio da entrada e gerar uma saída 
modulada para chaveamento dos transistores no circuito de potência, estes os 
quais comutarão um circuito magnético elevador de tensão para gerar o arco 
desejado. 
O circuito de acionamento é baseado em um gerador de sinal modulado do 
tipo Modulação por Largura de Pulso – Pulse Width Modulation (PWM). Para 
tal, serão estudados a utilização de um circuito oscilador composto por um 
circuito integrado dedicado para este uso. 
O circuito de potência é a interface entre o sinal PWM gerado pelo circuito 
de acionamento e o arco elétrico gerado. Ele consiste de transistores de potência 
diretamente comandados pelo sinal PWM, um circuito magnético elevador de 
tensão e um sistema que condiciona o pulso de alta tensão no secundário do 
elemento magnético. 
 
Figura 6: Fluxograma base do circuito 
 
Circuito de 
acionamento
CI dedidado para 
geração sinal PWM 
a partir de um sinal 
de áudio
Circuito de potência
Transistores 
chaveados pelo sinal 
PWM para controle 
do transformador 
elevador
Geração do arco 
elétrico
 
24 
 
3.1.1. O Circuito Base 
O circuito básico consiste de um circuito integrado modulador PWM para 
condicionamento do sinal de áudio. A saída do modulador acionaráum 
MOSFET, que irá realizar o chaveamento do transformador elevador de tensão. 
 
Figura 7: Circuito base 
A Figura 7 é uma representação esquemática do circuito base a ser 
projetado. As etapas de desenvolvimento serão explicitadas a seguir, junto com 
o dimensionamento dos elementos e possíveis melhorias no projeto. 
 
3.1.2. Circuito de Acionamento 
Modulação por largura de pulso (Pulse Widht Modulation, em inglês, ou 
PWM) consiste em se alterar a largura dos pulsos de uma onda quadrada de 
forma proporcional à amplitude de um sinal de referência. É uma técnica de 
modulação que permite sintetizar um sinal analógico de potência, tendo como 
dispositivo acionador um conversor estático que recebe apenas comandos 
digitais. A técnica é muito utilizada para acionamentos elétricos, iluminação, etc. 
(SILVEIRA, 2018) 
A modulação PWM consiste basicamente de se comparar um sinal 
analógico modulante (referência) com uma portadora triangular ed alta 
frequência, de modo que a saída do comparador será uma onda quadrada de 
frequência igual à portadora e ciclo de trabalho variável. O PWM é um sinal 
completamente digital, pois consiste apenas de estados ligado e desligado. Ao se 
 
25 
 
empregar o PWM no comando de conversores eletrônicos, os tempos de ativação 
e desativação são respectivamente os períodos onde a alimentação da carga está 
ligada ou desligada. Considerando uma razão de frequência entre portadora e 
modulante suficientemente grande e um circuito de potência com larga banda de 
passagem, pode-se converter qualquer sinal analógico em um sinal PWM. 
Para tal, considerando uma onda quadrada, deve-se variar a largura do 
pulso da onda. Dois parâmetros devem ser então considerados: a largura do pulso 
e o período da onda. A relação entre eles é chamada de Duty Cycle, e informada 
em pontos percentuais (%). 
𝐷𝑢𝑡𝑦𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 = 
𝐿𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑃𝑢𝑙𝑠𝑜
𝑃𝑒𝑟í𝑑𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑎 𝑂𝑛𝑑𝑎
 𝑥 100 (%) (9) 
 
Figura 8: Duty Cycle de um sinal 
Onde: 
 Pulso: Tempo em que o sinal está ligado; 
 Ciclo: intervalo entre a subida de dois pulsos consecutivos; 
 Período: intervalo de tempo de um ciclo da onda (dado em s); 
 Frequência: a taxa de ciclos no tempo (inverso do período, dada 
em Hz); 
 Duty Cycle (ciclo de trabalho): tempo em que o pulso está ativo 
em um período (dada em %). 
 
26 
 
A Figura 9 a seguir exemplifica alguns valores de Duty cycle: 
 
Figura 9: Exemplos de formas de onda com mesma frequência e diferentes Duty Cycles 
A tensão média fornecida pelo sinal PWM é dependente do Duty Cycle do 
mesmo, e para ser calculada em uma onda quadrada basta multiplicar o valor de 
pico pelo Duty Cycle: 
𝑉𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 ∗ 𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑒 (10) 
O sinal modulado pode ser recuperado, a partir de um sinal PWM, por 
meio de filtros passa-baixas. Um filtro normalmente aplicado na saída dos 
conversores estáticos consiste em um LC (indutor série e capacitor shunt). A 
Figura 10 a seguir mostra um exemplo dessa aplicação, onde a entrada (em 
vermelho) é comparada com o sinal dente de serra (em azul) gerando o sinal 
PWM (em rosa). 
 
27 
 
 
Figura 10: PWM na geração de um sinal analógico 
A utilização do PWM permite-se trabalhar com transistores em corte e 
saturação, permitindo sintetizar os sinais desejado com alta eficiência energética. 
Para o projeto desenvolvido neste trabalho, o circuito de acionamento para 
se gerar o sinal PWM é baseado na utilização do circuito integrado dedicado 
TL494. O TL494 é um circuito que incorpora todas as funções requeridas na 
construção do circuito PWM em um único CI. O chip consiste em dois 
amplificadores de erro, um oscilador, um flip-flop, uma fonte de referência de 
5V, um comparador de tempo morto, um comparador PWM e um controlador 
de saída. É um circuito de controle para sinais PWM de frequência fixa. A 
modulação dos pulsos de saída se dá pela comparação da onda dente de serra 
criada pelo oscilador interno nos capacitores de temporização de um ou ambos 
sinais de controle. (TEXAS INSTRUMENTS, 2017) 
 
 
28 
 
 
Figura 11: Diagrama de blocos simplificado do TL494 
O estágio de saída é ativado quando o sinal dente de serra do oscilador é 
maior que o sinal de controle. A medida que o sinal de controle aumenta, o tempo 
em que a onda dente de serra o supera reduz e, portanto, a duração do pulso na 
saída reduz. A Figura 12 demonstra um diagrama exemplo de tempos do TL494. 
 
Figura 12: Diagrama de tempos no circuito do TL494 
Para o circuito proposto, o TL494 é utilizado para alimentar em alta 
frequência o driver dos transistores, que por sua vez irão chavear a alimentação 
do primário do transformador elevador de tensão responsável por gerar o arco 
elétrico modulado pela entrada de áudio do circuito. Para tal, é preciso modular 
 
29 
 
a frequência de forma a produzir variações no arco, para este produzir as 
vibrações no ar gerando o som desejado. 
Existem duas formas de se variar essa frequência de controle do arco. A 
primeira forma consiste em variar o Duty Cycle do sinal da saída do PWM, 
enquanto se mantém uma frequência de oscilação constante. Isso permite uma 
variação na energia entregue ao primário do Trafo elevador, alterando a 
quantidade de energia do arco elétrico, resultando nas variações desejadas no 
arco elétrico e criando o som. Para se variar o Duty Cycle o sinal de áudio deve 
ser entregue à entrada referente do TL494 (pino 4 – DTC), enquanto os valores 
do resistor e capacitor utilizados para definição da frequência de oscilação são 
mantidos fixos após a calibração da mesma. 
Para a segunda forma, se mantém um valor fixo para o Duty Cycle do 
pulso, mas se varia a frequência de oscilação do mesmo através da inserção do 
sinal de áudio na seção RC do TL494. Assim o arco elétrico irá trabalhar com 
uma tensão constante, mas variando sua frequência de acordo com o sinal, 
variando a pressão do ar e criando o som desejado. Nesta forma, o resistor e o 
capacitor utilizados devem ser calibrados para uma frequência de oscilação a ser 
aplicada de forma constante, enquanto o sinal de áudio irá perturbar esse valor 
ao ser inserido na entrada do resistor no TL494 (pino 6 – RT). (BAKER, 2018) 
Neste caso, a frequência de comutação deverá ser igual à frequência do sinal de 
áudio, demandando o uso de um transformador de maior volume e custo. 
No circuito desenvolvido será utilizada a primeira forma, mantendo-se a 
frequência de oscilação em um valor constante e utilizando o sinal de áudio para 
alterar o Duty Cycle do PWM a ser entregue no circuito de potência. 
 
3.1.3. Circuito de potência 
O circuito de potência utiliza um transistor como interface entre o sinal 
PWM gerado pelo controlador PWM e a alimentação do primário do 
transformador elevador, realizando a ligação entre controle e carga de forma a 
manter os circuitos isolados eletricamente. 
 
30 
 
Idealmente, os transistores devem possuir perdas de potência nulas, para 
não afetarem o circuito. Como isso não é possível, utilizaremos transistores que 
possuam o menor consumo e, portanto, a menor perda. 
Para o projeto, deseja-se utilizar um transistor capaz de comutar em alta 
frequência com baixas perdas de condução e chaveamento. Como a tensão do 
circuito primário é baixa, optou-se por um MOSFET. 
MOSFETs são transistores que apresentam altas velocidades de 
comutação e são pouco sensíveis à temperatura quando operando em baixas 
tensões. Essas características são favoráveis à sua utilização para o circuito. (ON 
SEMICONDUCTOR, 2001) 
O sinal PWM será entregue a um circuito integrado de driver para 
alimentação do MOSFET. Este driver tem por função conferir ganho de corrente 
e adequar os níveis de tensão do sinal PWM para melhor chavear o gate do 
MOSFET. A utilização do driver também permite que o MOSFET atue com 
temperaturas menores, levando à maior segurança do circuito. (HUSSAIN, 
2001) 
Parao circuito de driver do MOSFET, será utilizado o CI TC4420. O 
TC4420 é um driver dedicado de MOSFET. Capaz de até 6 A, permite uma 
operação tranquila do transistor. Seus tempos de subida e descida são de 25 ns, 
permitindo a operação em altas frequências. Seu diagrama funcional está 
representado na Figura 13 a seguir. (VINSANT, 2002) 
 
Figura 13: Diagrama funcional do TC4420/4429 
 
31 
 
Não se sabe o valor de corrente do circuito e as características do trafo. 
Isso faz com que se utilize dispositivos superdimensionados por questão de 
segurança. 
Para o MOSFET, é necessária uma escolha capaz de aguentar uma corrente 
sendo chaveada em altas frequências. Tal funcionamento gera aquecimento no 
MOSFET, podendo levar o componente à queima. Se faz necessária então 
utilização de dissipador de calor para evitar problemas de aquecimento. 
Foram selecionados os MOSFETs IRFP250 e IRF840, que possuem 
atuação em altos níveis de potência. O primeiro é a opção a ser utilizada 
incialmente, devido ao seu encapsulamento que permite melhor dissipação de 
calor, evitando aquecimento prejudicial ao funcionamento. O segundo é uma 
escolha reserva com custo menor, necessária devido ao risco de queima do 
componente durante a calibração do circuito. O IRFP250 possui tensão de dreno-
fonte de 200 V, e uma corrente de dreno de 30 A operando à temperatura 
ambiente. O IRF840 possui tensão dreno-fonte de 500 V e corrente de dreno de 
8 A. Tais MOSFETs vão permitir que o circuito opere sem problemas de 
aquecimento elevados utilizando um dissipador de pequeno porte. 
 
Figura 14: IPRF250 – Encapsulamento e símbolo esquemático 
 
 
 
32 
 
3.1.4. Transformador elevador de tensão 
Para a geração do arco elétrico a tensão de saída do circuito de controle 
deve ser elevada até ser capaz de romper a rigidez dielétrica do ar, criando 
plasma ionizado. Para tal, um transformador elevador será utilizado de forma a 
elevar a tensão da entrada até uma tensão alta o suficiente para se criar o arco 
(dezenas de kilo-Volts). 
Um arco elétrico de maiores dimensões permite o alto falante trabalhar 
com uma maior intensidade, devido à maior massa de ar que é capaz de vibrar. 
A rigidez dielétrica é a tensão máxima entre dois pontos sem que ocorra 
centelhamento, onde o material deixa de ser isolante e passa a ser considerado 
um condutor para o circuito. Para o ar, esse valor é de 3*106 Volts por metro 
(V/m), ou 30 kV/cm. (BRAGA) 
Para este projeto, o transformador utilizado é um transformador tipo 
flyback. O transformador flyback é comumente utilizado em televisores de tubo 
(CRTs) ou monitores para criar tensão elevada o suficiente para alimentar o 
canhão de elétrons dos aparelhos. Um modelo típico no mercado pode ser visto 
na Imagem 9. 
 
Imagem 9: Típico transformador Flyback de circuito de televisão CRT 
O primário do transformador flyback é enrolado em torno de um núcleo de 
ferrite, e o secundário enrolado em torno do primário, e então uma armação de 
ferrite é colocada em volta de ambos os enrolamentos, fechando o circuito 
magnético. Para a utilização neste projeto, um novo enrolamento primário será 
feito com um número de espiras reduzido em torno do núcleo de ferrite, 
 
33 
 
permitindo uma relação de transformação maior para se obter uma tensão mais 
elevada no arco. (Flyback Inductor & Transformer Theory, 2018) 
O flyback atua como um conversor CC-CC tipo Buck Boost, com o 
transformador no lugar do indutor. Isso permite obter um isolamento das partes 
do circuito, assim como uma elevação na tensão para os valores desejados. 
Quando o MOSFET atua, a energia é armazenada no primário do transformador, 
enquanto o diodo interno ao flyback bloqueia a corrente de retorno vinda do 
secundário. Ao se abrir o MOSFET, a corrente no primário vai a zero e o 
secundário é capaz de energizar o arco elétrico, visto que o diodo estará em 
condução. 
Transformadores flyback são fáceis de se encontrar no mercado, mesmo 
com o desuso de aparelhos CRT, e possuem um custo baixo, os tornando ideias 
para este projeto. 
 
3.2. Melhorias no circuito 
3.2.1. Entrada de áudio 
Para garantir que a entrada de áudio do circuito possua uma alta 
impedância de forma a proteger o dispositivo fonte da música. Para isso serão 
utilizados um circuito de desacoplamento e um amplificador operacional no 
modo seguidor de tensão. (MUGGE, 2009) 
O capacitor de desacoplamento permite que o sinal seja referenciado em 
tensões diferentes para o sinal de áudio e a entrada do circuito. Isso gera maior 
robustez e estabilidade para o circuito. 
Um circuito integrado TL072 é utilizado para a montagem do seguidor de 
tensão. O circuito é projetado como um amplificador operacional não inversor 
de ganho unitário, cuja tensão de saída segue igual a de entrada, e tem seu 
esquemático base representado na Figura 15. 
 
34 
 
 
Figura 15: Circuito seguidor de tensão 
 
3.2.2. Circuito de alimentação 
O circuito protótipo será alimentado com uma fonte de bancada com saída 
de 0 a 30V e corrente até 3A. Para a versão a ser desenvolvida em placa de 
circuito impresso num trabalho futuro, deverá ser alimentada com uma fonte 
chaveada de 24V, valor de fácil obtenção no mercado. A alimentação será então 
fixada em 24V para que o dimensionamento do protótipo seja compatível com a 
fonte chaveada de tensão fixa. 
Buscando a utilização de apenas uma fonte externa para a alimentação do 
circuito, se faz necessário a criação de um circuito interno de alimentação com 
tensão reduzida, devido à diferença nas tensões de alimentação do transformador 
elevador (+24 Vcc) e dos circuitos integrados presentes (+12 Vcc). 
A utilização de um regulador de tensão L7812 permite a criação de um 
segundo circuito de alimentação, regulado em 12 Vcc, que alimenta os CIs do 
circuito. Capacitores nas entrada e saída do regulador permitem rejeição de 
ruídos vindos da fonte externa, ligados como na Figura 16. 
 
35 
 
 
Figura 16: Circuito regulador de tensão 
 
3.2.3. Proteção 
A indutância de dispersão do trafo armazena energia quando o primário 
estiver ligado. Quando o MOSFET é desligado, essa energia é liberada no 
circuito primário, produzindo altos picos de tensão. As amplitudes desses picos 
dependem da indutância de dispersão, do nível de corrente do primário e do 
tempo de comutação do MOSFET, podendo chegar a centenas de Vots e queima 
o transistor. 
Para absorver os picos de tensão enviados pelo flyback, um circuito 
snubber é inserido junto ao primário do transformador. O snubber é um circuito 
capaz de grampear os picos de tensão e reduzir o ruído do sistema. O circuito é 
composto por um resistor de alta potência, um diodo rápido e um capacitor, 
ligados como na Figura 17. 
 
Figura 17: Circuito Snubber de tensão 
 
36 
 
Em caso de apenas o snubber não ser eficaz para a proteção do MOSFET, 
é inserido em paralelo ao dreno um varistor do tipo Metal-oxide varistor (MOV). 
O varistor possui uma resistência proporcional à tensão aplicada sem seus 
terminais, de forma a proteger o MOSFET ao curto circuitar o dreno caso 
ocorram picos de tensão provenientes do transformador. 
O varistor utilizado é um MOV 14D201K. Ele possui um grampo de tensão 
máximo de 340 V e contínuo de 130 V RMS e pode ser visto na Imagem 10. 
(BOURNS, 2011) 
 
Imagem 10: Varistor MOV 14D201K 
 
 
 
37 
 
4. Resultados 
4.1. Circuito Final 
Após acrescidas as modificações e dimensionado os componentes do 
circuito, o esquemático a seguir foi executado: 
 
Figura 18: Esquemático do circuito finalizado 
 
38 
 
A frequência de oscilação do PWM é dada pelos valores de resistência e 
capacitância ligados às entradas RT e CT, respectivamente, e é calculada pela 
relação: 
𝑓𝑜𝑠𝑐 =
1
𝑅𝑇∗𝐶𝑇
 (11) 
O capacitor C9 ligado à CT foi fixado em 10 nF, enquanto RT possui um 
resistor R3 de 2,2 kΩ em série com um potenciômetro R5 de 20 kΩ, de formae 
permitir uma regulagem da frequência de oscilação numa faixa entre 4,5 kHz a 
45 kHz. Como não é desejável que o arco elétrico em regime permanente – sem 
a execução de um sinal de áudio – emita algum som, a frequência foi regulada 
para um valor aproximado de 30 kHz, fora da frequência da audição humana. 
O potenciômetro R4, de 10 kΩ, permite regular o Duty Cycle do sinal. Este 
foi regulado de forma a permitir um Duty Cycle aproximado de 50%. Isso 
garante que quando o sinal de áudio for inserido no circuito, o Duty Cycle possua 
uma margem para oscilar sem atingir os 100%. 
A alimentação externa foi fixada em 24 Vcc, de forma a permitir a 
utilização de uma fonte chaveada fácil de ser encontrada no mercado. 
 
4.2. Simulações 
Para realizar as simulações do circuito, foi utilizado o software LTSpice. 
Devido à complexidade do circuito e as limitações do software utilizado, 
o circuito foi simulado em blocos de forma a simplificar a visualização dos 
resultados e diminuir o tempo de execução de cada simulação. 
A ligação entre os blocos é feita através de fontes de tensão que emulam a 
saída do estágio anterior. 
4.2.1. Circuito de alimentação 
O circuito de alimentação auxiliar consiste no circuito integrado LM7812 
e os capacitores para redução de ruído. A tensão de entrada é uma fonte de 24 
Vcc e a saída esperada são 12 Vcc. A Figura 19 é o esquemático simulado 
 
39 
 
enquanto a Figura 20 o resultado da simulação. Observa-se em azul a tensão de 
entrada (24V) e em vermelho a tensão na saída (12V) do regulador. 
 
Figura 19: Esquemático do circuito de alimentação auxiliar 
 
Figura 20: Tensões na entrada e saída do circuito de alimentação auxiliar 
 
4.2.2. Circuito seguidor de tensão 
Consiste no amplificador operacional TL072 com configuração não 
inversora e ganho unitário. Um divisor de tensão referência a entrada com 6 V 
enquanto dois capacitores de 2,2 µF filtram os ruídos da entrada. A Figura 21 é o 
circuito simulado enquanto a Figura 22 os resultados da simulação. 
 
Figura 21: Esquemático do circuito seguidor de tensão 
 
40 
 
 
Figura 22: Tensões na entrada e saída do circuito seguidor de tensão 
 
4.2.3. Circuito de Acionamento (PWM) 
Composto pelo CI TL494 e os componentes para correta configuração do 
mesmo. Os potenciômetros são representados por resistores, regulados com 
valores calculados para se obter 50% de Duty Cycle e 30 kHz de frequência de 
oscilação quando ausente o sinal de áudio. 
Para o circuito simulado visto na Figura 23 foi utilizado um TL494 com 
valores de frequência de oscilação definidos pelos resistores R3, POT_RT e pelo 
capacitor C3, e Duty Cycle definido pelos resistores POT_DT1 e POT_DT2. Por 
limitações do software, são utilizados resistores para simulação dos 
potenciômetros, cujos valores devem ser alterados se necessário somente entre 
as simulações. 
 
Figura 23: Circuito PWM 
 
41 
 
A seguir estão apresentados diferentes resultados de simulações com 
entradas básicas para melhor exemplificar o funcionamento do circuito PWM. 
Na Figura 24 é mostrado o sinal PWM sem que tenha um sinal de entrada para 
modular o circuito. Observa-se o Duty Cycle definido em aproximadamente 
50%. 
 
Figura 24: Saída simulada do sinal PWM sem entrada de áudio, com frequência de oscilação 
fosc = 11 kHz 
Nas Figura 25, Figura 26 e Figura 27 temos o sinal na saída do TL494 para 
diferentes sinais na entrada (em vermelho). Pode ser observada a variação do 
Duty Cycle nos momentos em que ocorre uma alteração nos valores da entrada. 
 
Figura 25: Saída simulada do sinal PWM para uma entrada de onda quadrada com frequência 
de 500 Hz 
 
42 
 
 
Figura 26: Saída simulada do sinal PWM para uma entrada de onda senoidal com frequência 
de 500 Hz 
 
Figura 27: Saída do PWM para uma entrada de onda senoidal composta por três sinais (50 Hz, 
500 Hz e 5000 Hz) 
 
4.2.4. Circuito de Potência 
Devido às limitações do software, não foi possível simular o driver 
TC4420. Assim, o circuito modulado consiste no MOSFET e seu circuito de 
proteção, como visto na Figura 28. A Figura 29 mostra o resultado da simulação, 
com o sinal entregue ao primário do transformador flyback. 
 
Figura 28: Circuito de Potência 
 
43 
 
 
Figura 29: Tensões de entrada e saída (F1) do Circuito de Potência 
 
4.3. Construção do circuito 
A construção do protótipo foi realizada no Laboratório Integrado do 
Departamento de Engenharia Eletrônica da Universidade Federal de Minas 
Gerias. É um laboratório aberto aos alunos para desenvolverem seus trabalhos 
ao longo do curso. 
O circuito foi montado em protoboard, sendo a execução em placa de 
circuito impresso algo a ser desenvolvido em trabalho futuro. O MOSFET foi 
fixado em um dissipador de CPU Pentium com ventilador, de forma a prover o 
resfriamento necessário. 
 
Imagem 11: Circuito protótipo construído 
 
44 
 
O transformador flyback utilizado é da fabricante Phillips, modelo Ov 
2076/20593. Foi escolhido um transformador de custo baixo para construção do 
protótipo. O esquemático de um modelo equivalente do flyback é mostrado na 
Figura 30. Para a saída de alta tensão, são utilizados o fio vermelho ligado a um 
cone de borracha e o pino 8. 
 
Figura 30: Esquemático do Flyback 
Um novo enrolamento primário foi enrolado no flyback, com 10 bobinas 
(vide Imagem 12), de forma a permitir uma maior relação de transformação e, 
portanto, um arco elétrico maior na saída do transformador. 
 
Imagem 12: Transformador Flyback com novo enrolamento primário 
 
45 
 
Duas barras de metálicas são utilizadas como eletrodos, fixadas em uma 
caixa de papelão e ligadas ao secundário por pinos tipo jacaré, como visto na 
Imagem 13. 
 
Imagem 13: Transfomador flyback e eletrodos 
Com o circuito de potência desconectado, foram regulados os 
potenciômetros para definição da frequência de oscilação e Duty Cycle. A 
frequência foi fixada em 30 kHz, e o Duty Cycle o mais próximo possível de 
50%. As Imagem 14 e Imagem 15 a seguir são fotos da tela dos osciloscópio no 
momento da calibração do circuito. 
 
Imagem 14: Regulagem da frequência de oscilação 
 
46 
 
 
Imagem 15: Regulagem do Duty Cycle 
 
4.4. Funcionamento do Circuito 
O circuito foi capaz de gerar um arco elétrico entre os eletrodos, assim 
como especificado. A distância máxima entre os eletrodos que permitiu a 
geração do arco foi de 16 mm, o que nos permite estimar uma tensão de saída de 
50 kV. 
 
Imagem 16: Arco elétrico gerado 
Foi constatado que mantendo a máxima distância, o arco constantemente 
falhava, e o nível de ruídos ficou mais elevado. Foi estabelecida então a distância 
de 12 mm para execução do restante dos testes. 
 
47 
 
 
Imagem 17: Arco elétrico gerado no ambiente com pouca luz 
Inicialmente foram realizados testes utilizando um gerador de sinais com 
uma onda quadrada para emular o sinal sonoro. Após testes satisfatórios que 
garantiram o funcionamento do circuito entre 20 Hz e 20 kHz, foi inserido um 
sinal de áudio fornecido por um notebook. Na Imagem 18 pode-se observar as 
curvas entregue pelo gerador de sinais e gerado na saída do circuito de controle 
antes de se interligar a entrada do sinal do gerador no circuito. 
 
Imagem 18: Sinal de saída do PWM (curva 1) e sinal de entrada do gerador de sinais (curva 2) 
para testes 
 
48 
 
Através da modulação pela variação do Duty Cycle, com a inserção do 
sinal de áudio na entrada DTC do TL494, pode-se observar no osciloscópio a 
variação do Duty Cycle quando um sinal de áudio era enviado, como visto na 
Imagem 19. 
 
Imagem 19: Sinal PWM modulado pelo Duty Cycle. Nota-se a variação da proporção 
ligado/desligado na imagem atrasada do osciloscópio 
Utilizando o osciloscópio ligado na saída do sinal PWM e na entrada do 
primário do transformador foi possível observar a modulação do sinal sonoro 
entregue ao flyback, na Imagem 20. 
A saída do TL494,no canal 1, possui um valor de pico de cerca de 10 V, 
que é o valor esperado para o circuito alimentado em 12 V. No canal 2, observa-
se os picos de tensão de até 250 V na entrada do flyback devido ao retorno 
indutivo do transformador. 
 
49 
 
 
Imagem 20: Tensão na saída do TL494 (canal 1) e entrada do transformador flyback (canal 2) 
Com o circuito completamente montado e testado, um sinal de áudio foi 
inserido na entrada para que o alto falante possa reproduzir a música no plasma. 
A execução saiu como planejado, com a música sendo executada inteiramente 
pelo plasma entre os eletrodos e cobrindo uma ampla gama de frequência sonora. 
Alguns ruídos ainda se encontram presentes, e o volume do som não está 
satisfatório para execução em ambiente ruidoso, mas essas melhorias serão 
previstas em um trabalho futuro. 
 
 
50 
 
5. Conclusão e Trabalho Futuro 
O circuito proposto neste trabalho foi capaz de reproduzir música através 
de plasma gerado entre dois eletrodos, assim como desejado. Isso demonstra que 
é possível a construção de um circuito capaz de reproduzir sons sem a 
necessidade da influência de massa do diafragma, permitindo assim a 
reprodução acústica mais fiel de altas frequências sem problemas com a resposta 
em frequência. 
Com apenas tweeters de luxo em comercialização utilizando a tecnologia 
proposta, esse circuito mostra a possibilidade da criação de um alto falante com 
preço competitivo. Mas o circuito ainda necessita de melhorias para ser 
considerado um produto comercial. 
Alguns dos problemas encontrados foram a queima de MOSFETs durante 
a calibração do circuito, presença de ruídos e baixa intensidade sonora. O 
primeiro pode ser solucionado com um melhor dimensionamento do circuito de 
proteção. Os ruídos devem ter sua origem identificada para melhor dimensionar 
uma solução, mas boa parte dos mesmos se deve à qualidade dos eletrodos 
utilizados. A troca por eletrodos de Tungstênio com ponta afinadas (ao invés das 
pontas cilíndricas utilizadas) se mostra a provável melhor escolha. Diferentes 
materiais com diferentes geometrias influenciam diretamente na qualidade do 
arco gerado. 
A intensidade do som pode ser melhorada através do aumento da área 
ativa. Para isso é necessário um arco elétrico de maior porte, que pode ser obtido 
aumentando a tensão de saída do circuito. O transformador flyback utilizado 
deverá ser trocado por um de maior porte, para se obter melhores resultados. 
Trabalhos futuros são necessários para se realizar as melhorias no circuito. 
Outros trabalhos previstos são o desenvolvimento do circuito de controle 
utilizando a topologia push-pull e a substituição do TL494 por um 555, circuito 
eletrônico muito comum, barato e de fácil configuração. 
Este trabalho foi capaz de demonstras as aplicações práticas do plasma na 
reprodução acústica, ramo ainda com grande potencial a ser explorado. Alto 
 
51 
 
falantes de plasma são interessantes não apenas pela sua teoria, mas 
principalmente pelas qualidades acústica e estética. 
 
 
 
 
 
52 
 
6. Referências 
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