Prévia do material em texto
1 Sumário 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 2 2. MATERIAIS ......................................................................................................................... 2 3. METODOLOGIA ................................................................................................................. 3 4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ....................................................................................... 4 4.1.1- Resistores ............................................................................................................... 4 4.1.2 – Capacitores ........................................................................................................... 4 4.1.3 – Diodo ...................................................................................................................... 4 4.1.4 - Led .......................................................................................................................... 4 4.1.5 – Transistor .............................................................................................................. 5 4.2 - Circuito pré–amplificador ..................................................................................... 5 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... 6 6. CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 9 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 10 2 1. INTRODUÇÃO O medidor de volume de áudio, mais conhecido como VU (unidade de volume) é um dispositivo de medição de áudio. Ele é projetado para medir visualmente a “potência” de um sinal de áudio. VU é a abreviação de “unidades de volume” e é uma medida de potência de áudio média Existem dois tipos de vuímetro, os de ponteiro normalmente constituídos por um microamperimetro ajustado aos níveis máximos do circuito, e os vuímetros com leds. Este relatório tem por objetivo abordar o processo de montagem e discutir o funcionamento de um VU de LEDs que acende em função do nível de ruído, com utilização de componentes discretos (capacitores, transistores e resistores, alimentação entre 12 a 15 VDC). 2. MATERIAIS Os materiais necessários para confecção do circuito, estão listados abaixo: Resistores 01 Resistor 1MΩ, 01 Resistor 470Ω, 02 Resistores 4,7kΩ, 02 Resistores 33kΩ, 02 Resistores 39kΩ, 02 Resistores 47kΩ, 04 Resistores 10kΩ, 09 Resistores 330Ω. Capacitores 01 Capacitor 100 nF e 02 Capacitores 4,7 µF LEDs 03 LEDs Vermelhos, 03 LEDs Verdes e 03 LEDs Amarelos Transistores 01 transistor BC557 e 10 Transistores BC547 Diodos 09 Diodos 1N4148 Microfone 01 Microfone eletreto (2 fios) Placa fenolite perfurada Bateria de 12V Jumps Ferro de solda 3 3. METODOLOGIA Iniciou-se com pesquisas na internet de circuitos semelhantes, com o intuito de conhecer e entender o seu funcionamento. A partir de então, começaram os testes para confecção do circuito com as especificações dadas pelo professor. Feito o estudo, desenvolveu-se um esquema do circuito que pode ser observado na Figura 1. Em seguida, os testes e simulações foram realizados no software Proteus para verificar se as especificações dadas poderiam ser alcançadas pelo circuito. Figura 1 – Esquema inicial do circuito Fonte: Elaborado pelos autores Após a comprovação, iniciou-se a compra dos componentes necessários para a montagem do circuito. O circuito foi montado na placa de fenolite, onde todos os componentes foram especificamente colocados seguindo o esquema previamente estabelecido na figura 1. Para estabelecer a conexão e fazer o circuito funcionar todos os elementos foram devidamente soldados e no final seu funcionamento foi testado. 4 4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 4.1 Componentes discretos (capacitores, resistores e semicondutores) 4.1.1- Resistores Resistores são componentes que tem por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. Eles são necessários do modo a evitar que determinados componentes eletrônicos recebam uma tensão ou corrente maior do que eles podem suportar evitando, desta forma, que os mesmos sejam danificados. (OLIVEIRA, 2008). São componentes não polarizados, ou seja, podem ser instalados em qualquer sentido no circuito elétrico, sem preocupação com os polos negativos ou positivos. 4.1.2 – Capacitores Para Boylestad (2012) os capacitores são componentes responsáveis pelo armazenamento de carga elétrica, o capacitor apresenta duas placas isoladas com dielétrico, esse armazenamento de carga é de forma eficiente, obedecendo à relação, chamada Capacitância, onde capacitor é um dispositivo e capacitância é uma propriedade dada em Farad (F). 4.1.3 – Diodo O diodo semicondutor é um componente que pode comportar-se como condutor ou isolante elétrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais (MALVINO, 1997) Para Malvino (1997) o diodo é formado pela união de dois tipos de material semicondutor N e P, os diodos são produzidos com germânio ou silício sendo um componente eletrônico com dois terminais, que conduz corrente elétrica em um único sentido e bloqueando a passagem no outro sentido. 4.1.4 - LED Os díodos emissores de luz (LED, acrónimo de Light Emitting Diode) são fontes de luz baseados em materiais semicondutores, que apresentam uma elevada eficiência, longo tempo de vida e elevada robustez. São diodos que emitem luz, por ser composta de material semicondutor, organizado em chips, o 5 circuito elétrico dos quais estes chips fazem parte estimulam a circulação dos elétrons de forma que seja liberada luminosidade. (LORENZ, 2014) 4.1.5 – Transistor Os transistores formados pela junção de 3 camadas de semicondutores são chamados de bipolares, existem dois 2 tipos: os NPN e os PNP. Nos transistores NPN, possuem duas camadas N são unidas com uma camada P no meio e os PNP, possuem duas camadas P são unidas com uma camada N no meio. (BOYLESTAD, 2012) Os transistores são utilizados, principalmente, como elementos de amplificação de corrente e tensão, ou como controle on-off (liga-desliga). Tanto para estas, como para outras aplicações, o transistor deve estar polarizado. Polarizar um transistor quer dizer escolher o seu ponto de funcionamento em corrente contínua, ou seja, definir a região em que vai funcionar. Um transistor encontra-se a funcionar na zona ativa se tiver a junção base-emissor (BE) diretamente polarizada (VBE > tensão limiar), a junção base- coletor (BC) inversamente polarizada e 0 < VBC < Vcc e 0 < VCE < Vcc (tensão Corrente Contínua). Para os transistores de Sílicio o valor típico para a tensão limiar das junções PN é de 0.6V. (SEDRA, 2005) Sedra, (2005) ainda salienta que na zona de saturação (interruptor fechado). Registra-se uma tensão coletor-emissor VCE praticamente nula (tipicamente da ordem de 0.2V para transistores de Sílicio), atingindo a corrente de coletor o seu valor máximo, limitado apenas pela resistência de coletor RC (IC = VCC / RC). Para garantir a saturação é necessário que Ic << βCC * IB e o valor da tensão base-emissor (VBE) é tipicamente 0.7V (para os transistores de Sílicio). 4.2 - Circuito pré–amplificador É um circuitoque consegue controlar sinais de volume, graves, agudos e médios emitidos na entrada dos amplificadores de potência, este circuito é prático e de custo baixo. 6 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Abaixo tem-se a representação do circuito eletrônico realizado no software Proteus para melhor visualização e discussão dos resultados. Figura 2 – Representação do circuito do VU de LEDs que acende em função do nivel de ruidos Fonte: Elaborado pelos autores O microfone de eletreto quando capta a voz, ocorre uma pequena variação na tensão do circuito pré-amplificador. O circuito pré-amplificador representado na figura 3 vai receber o sinal do microfone, o capacitor 3 de 100nF irá filtrá-lo, e este sinal será então, pré amplificado no transistor BC547. Os resistores R22 (1MΩ) e R21 (10kΩ), polarizam o transistor, deixando na região ativa. O resistor R23 (10kΩ), desempenha a função de polarizar o microfone, ele tem uma tensão constante, no entanto, o capacitor 3 está filtrando, e com a tensão constante, o sinal não vai passar pelo caminho indicado pela seta laranja na figura 3. Quando ocorre um ruído, há variação da tensão e essa variação é que vai passar pelo filtro. A tensão irá variar na base do transistor, consequentemente, variar a tensão do coletor para o emissor (Vce). Existe uma diferença de tensão do ponto 1 para o ponto 2, essa variação de tensão será amplificada, no microfone de eletreto. O sinal será o mesmo do ponto 1, porém amplificado, com tensão maior. 7 Figura 3 – Representação da parte do circuito que se comporta como pré-amplificador Fonte: Elaborado pelos autores Figura 4 – Representação da parte do circuito que se comporta como amplicador de entrada Fonte: Elaborado pelos autores Na figura 4 está representado um outro filtro, uma parte do circuito que se comporta como um amplificador de entrada, desempenhando a função de receber a pré-amplificação vista na figura 3, e amplificar mais uma vez. Uma vez amplificado, ocorrerá uma variação da tensão na base do transistor BC557, essa variação de tensão fará com que haja variação da tensão do emissor para o coletor (Vec), uma vez que o transistor é pnp. Comportando- se também como um divisor de tensão com o resistor de 4,7 kΩ, ora tendo tensão maior, ora tensão menor. Ou seja, a variação de tensão no transistor, está dividindo tensão com o resistor, consequentemente, a variação de tensão no ponto 3 será enviada para dos diodos. Cada transistor representado na figura 5 tem na sua base um resistor de valor diferente para regular a corrente que está sendo injetada na base. Uma vez que os transistores são do tipo npn, a corrente injetada na base, irá permitir a passagem da corrente de coletor. Na figura 5, também está representado uma sequencia de diodos. Para o primeiro, não há uma queda de tensão de diodo, o sinal que vem do ponto 3, já aciona direto o primeiro LED, então para um sinal baixo, o primeiro LED é acionado, neste caso, na cor verde, visto que a ordem das cores foram determinadas pelos autores do circuito. 8 Para acionar o restantes dos LEDs, é necessário ter um sinal maior para vencer a queda de tensão e o resistor. Pode-se observar que os valores dos resistores são de valores proximos. O ultimo resistor R10 de 4,7kΩ é menor, porque a queda de tensão grande nos diodos. Portanto, cada transistor vai saturar e acender o LED de acordo com o sinal que receber na base. Para que não ocorra riscos de danificar os LEDs, o circuito apresenta os resistores R1 ao R9 de 330Ω que desempenham a função de limitar a corrente, que chega neles. Figura 5 – Representação da parte do circuito que contém os transistores npn, diodos, resistores e LEDs. Fonte: Elaborado pelos autores A disposição das cores dos LEDs que acendem em função do nível de ruido podem ser observados na figura 6. Figura 6 – VU de LEDs Fonte: Elaborado pelos autores 9 6. CONCLUSÃO O experimento prático de montagem do VU de LED teve seu objetivo alcançado, visto que, o LED verde foi acionado em nível de sinal baixo, e conforme o nível de ruído aumenta, os LEDs acionam em sequência. O projeto ganhou relevância, uma vez que possibilitou o aluno enxergar o funcionamento real dos componentes e fixar a teoria vista em sala de aula. Além de obedecer alguns procedimentos necessários para a prática com componentes eletrônicos como: testar o material a ser utilizado, criar um passo a passo, realizar as ligações sempre estando atento a possíveis falhas de conexão e por fim, conferir toda a montagem. Vale ressaltar que além do contato com os componentes, houve também o contato com software de simulação Proteus, o qual é uma ferramenta de ensino aplicado a circuitos e que ajuda a desenvolver conhecimentos técnicos através da aplicação prática em testes de circuitos elétricos e eletrônicos. 10 REFERÊNCIAS BOYLESTAD, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos. ED. Pearson; 2012; 12 Edição LORENZ, Katharina. Diodos emissores de luz e iluminação. Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Campus Tecnológico e Nuclear. Vol.39. 2014. MALVINO, Albert Paul. Eletrônica - Vol. 1. 4ª ed. São Paulo: Pearson. 1997. OLIVEIRA, Cláudio. ZANETTI, Humberto. Conceitos Fundamentais de eletrônica. São Paulo. 2008 SEDRA, A. S. e SMITH, K. C., Microeletrônica, 5a. Edição, Makron Books, 2005.