Projeto_Eletronica_Basica

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO 
Dayvid Pretti 
Gabriel Scherr 
Luiza Pin 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AMPLIFICADOR SONORO 
Circuito de amplificação sonora com push pull 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SERRA 
2015 
 
 
Dayvid Pretti 
Gabriel Scherr 
Luiza Pin 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AMPLIFICADOR SONORO 
Circuito de amplificação sonora com push pull 
 
 
Projeto de um amplificador de som 
apresentado ao curso de Engenharia de 
Controle e Automação do Instituto 
Federal do Espírito Santo, sob a 
orientação do Mestre Gabriel Tozatto 
Zago. 
 
 
 
 
 
 SERRA 
 2015
 
 
3 
 
Resumo 
O trabalho implementa um amplificador sonoro baseado em dois circuitos: 
acionador de push pull e um PDT. Faz uma breve incursão nos aspectos 
conceituais dos circuitos. O objetivo do trabalho é obter uma potência desejada 
através das impedâncias calculadas. A conclusão apresenta um amplificador de 
som com as resistências atendendo o objetivo do projeto com o ganho desejado 
e o sinal de entrada amplificado. 
 
 
 
4 
 
SUMÁRIO 
Introdução..........................................................................................................05 
Especificações do projeto..................................................................................06 
Arquitetura do projeto........................................................................................07 
Dados do projeto................................................................................................08 
Av (Ganho do acionador do push-pull)..............................................................11 
Av (PDT)...........................................................................................................12 
Eficiência............................................................................................................15 
Simulação no TINA............................................................................................16 
Gráfico da corrente e da tensão de saída..........................................................17 
Ganho x Frequência .........................................................................................18 
Distorção Harmônica ........................................................................................20 
Fotos do trabalho montado ...............................................................................21 
Conclusão..........................................................................................................22 
Referências Bibliográficas.................................................................................23 
 
 
5 
 
Introdução 
O objetivo deste trabalho é elaborar um amplificador sonoro, baseado nos 
circuitos estudados na matéria de eletrônica básica lecionada pelo Mestre 
Gabriel Tozatto Zago. No intuito de facilitar a compreensão, elaboramos um 
conjunto de procedimentos, equipamentos e softwares utilizados para a 
realização do projeto. 
 
 
6 
 
Especificações do projeto 
Resistência da carga : 8Ω 
Potência de saída: 2,5w 
Tensão de Saída : 
 P = V ∗ I 
 P = I2 ∗ R 
 I2 =
2,5
8
 
 I = O, 56 A Corrente da carga 
 𝑉 = 𝐼 ∗ 𝑅 
 𝑉 = 0,56 ∗ 8 
 𝑉 = 4,47𝑉 Tensão da carga 
No projeto usamos quatros transistores, um transistor pnp e três 
transistores npn, quatro capacitores, onze resistores, uma protoboard, uma fonte 
de corrente contínua, eletreto e um alto falante. 
Resistores: 47Ω, 330Ω, 15Ω , 2.2K Ω , 22K Ω, 3.3K Ω, 4.7K Ω, 47K Ω, 22K Ω 
e 122 Ω . 
Capacitores: todos apresentam valores de 1m F. 
Transistores: dois do tipo npn BC 337, um npn TIP 31C e um npn TIP 32C. 
Alto falente: potência de 2,5W e com uma resitência de 8 Ω. 
Eletreto : esse componente apresenra um transistor de efeito de campo 
(FET) interno que precisa ser polarizado por um resistor externo que depende 
da tensão de alimentação. 
 
 
 
Figura 1- Circuito de funcionamento do eletreto. 
 
 
 
7 
 
Arquitetura do projeto 
 
Figura 2 - Arquitetura do Projeto 
No projeto usamos um circuito conhecido como acionador de push-pull, 
que o seu estágio acionador é um amplificador com realimentação parcial cuja 
saída amplificada e invertida aciona as duas bases dos transistores de saída 
com o mesmo sinal. Em grande parte, a impedância de entrada dos transistores 
de saída é muito alta e podemos aproximar o ganho de tensão dada pela 
expressão: 
Av =
𝑅1
𝑅2
 ( Os resistores R1 e R2 são mostrados na figura 5.) 
 
Figura 3 – Acionador de push-pull 
 
 
8 
 
Figura 5- Representação do circuito acionador de push-
pul usado no projeto. 
Dados do projeto 
Para a simulação do proejto usamos o software TINA, 
gratuito destinado para área de eletrônica, através da 
simulação e análise de circuitos eletrônicos. 
 
Regra de projeto 
 𝐼1 = 10% ∗ 𝐼𝑙 → 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 
𝐼1 = 0,1 ∗ 0,56 
𝐼1 = 0,056 𝐴 
𝐼1 = 56 𝑚𝐴 
 
Análise da Tensão E1 ao ponto Vd 
 𝐸1 = 𝐼1 ∗ 𝑅3 + 𝑉𝐷1 + Vd 
 Pela regra de projeto Vd tem que ser metade de E1 
 24 = 𝐼1 ∗ 𝑅3 + 0,7 + 12 
12 − 0,7 = 𝐼1 ∗ 𝑅1 
12 − 0,7 = 0,056 ∗ 𝑅1 
𝑅1 = 201,7 Ω 
 Pela regra de projeto VR2 = 10% * E1 
 𝑉𝑅2 = 0,1 ∗ 24 = 2,4 𝑉 
Calculando o R2 
 R2 =
𝑉𝑅2
𝐼1
=
2,4
0,053
= 42,8 Ω 
 Sabemos que Vbb = VR2 + Vbe 
 𝑉𝑏𝑏 = 2,4 + 0,7 = 3,1 𝑉 
 𝑉𝑅6 = 20,9 𝑉 
Calculando R6 e R4 por divisão de tensão 
 𝑉𝑏𝑏 = 𝐸1 ∗ 
𝑅4
𝑅4+𝑅6
 
Adotando uma valor para a resistência (R6) = 22 K Ω (valor baseado nas 
espeficações solicitadas pelo projeto), temos que: 
 3,1 = 24 ∗ 
𝑅4
𝑅4+22 000
 
 
 
9 
 
R4 = 3 263,15 Ω. 
 
 
Figura 6 – Representação do circuito PDT. 
Para fazermos o casamento de impedância Rc deve ser igual ao paralelo 
de R4 com R6 
 Fazendo o parelelo de R4 e R6: 
 R4||R6 = 
𝑅4∗𝑅6
𝑅4+𝑅6 
= 
3300∗22000
3300+22000
= 2 869,56 Ω 
 RC = 2 800 Ω 
Sabemos que a Tensão de saída tem que ser de 4,47V e adotamos a 
tensão de entrada de 1mv. 
Sabemos que o E1 = 24V e o ganho Av = 44,7 , pois : 
 Av= 
𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛
 = 
4,47
0,1
= 44,7 
 Av = (Rc|| R4||R6)/r’e 
r’e = (Rc|| R4||R6)/Av 
 
 
10 
 
r’e = 
1400
44,7
 = 31, 32 Ω 
Sabemos outra fórmula de encontrar r’e: 
r’e = 
25𝑚𝑉
𝐼𝑒
 
Ie = 
25𝑚𝑉
31,32
 = 0,79 mA 
Ie = Ib + Ic 
Ie = Ib + 𝛽Ib 
Ie = 101*Ib 
Ib = 
𝐼𝑒
101
= 7,9𝑥10−6𝐴 
Ic = 0,79mA 
Pelo projeto: 
Ve = 10%*E1 
Ve = 2,4V 
Ve = Ie*Re 
Re = 
2,4
0,79𝑚
 = 3 038 Ω 
Re = (Re1 + Re2) 
Re1: Realimentação CA do emissor, meio utilizado para estabilizar o 
ganho de tensão, foi determinado no projeto a partir das simulações pelo 
software TINA. 
 Adotando um valor para a resistência (R8) = 47K Ω e (R7) = 22K Ω 
(valores baseados nas especificações solicitadas pelo projeto, foram testados no 
software TINA para atingir o ganho necessário). 
Usamos os capacitores com o valor de 1mF, adotamos esse valor pois 
foram feitas simulações do software TINA e obtivemos bons resultados. 
 
 
 
 
11 
 
Av (Ganho do acionador do push-pull) 
 O estágio acionador é um amplificador de tensão com realimetação 
parcial que produz um sinal maior para o amplificador simétrico da saída. 
 Como vimos na arquiteturado projeto o ganho do acionador de push pull 
é dada por : 
Av =
𝑅1
𝑅2
 (os resistores são citados na figura 5) então o ganho é : 
Av =
330
47
 = 7,02 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
Av (PDT) 
 
Figura 7 – Circuito PDT 
Análise CC 
 𝑉𝑡ℎ =
𝑅2
𝑅1+𝑅2
∗ 𝐸1= 
22𝑘
47𝑘+22𝑘
∗ 24 = 7,6𝑉 
 𝑅𝑡ℎ =
47𝐾∗22𝐾
47𝐾+22𝐾
 = 15K Ω 
 
 Figura 8 – PDT com o Vth. 
 
 
13 
 
LKT na malha de entrada: 
(𝑅5 + R4)*Ie + Vbe + Rth*Ib = Vth 
3K*Ie + 0,7 + 15K*Ib = 7,6 
Sabemos que: 
𝐼𝑒 = 𝐼𝑏 + 𝐼𝑐 
𝐼𝑐 = 𝐵 ∗ 𝐼𝑏 
𝐼𝑐 = 100 ∗ 𝐼𝑏 
(𝑅5 + R4)*Ib*(B+1) + Rth*Ib = Vth – Vbe 
3K*Ib*101 + 15K*Ib = 7,6 – 0,7 
 𝐼𝑏 = 
7,6 − 0,7
15𝐾 + (100 + 1)(3𝐾)
= 2,1 ∗ 10−4𝐴 
 
LKT na malha de saída: 
𝑉𝑐𝑒 = 𝐸1 − (𝑅5 + 𝑅4 + 𝑅3) ∗ 𝐼𝑐 
𝑉𝑐𝑒 = 24 − (3𝐾 + 4,7𝐾) ∗ (𝐼𝑏 ∗ 𝐵) 
𝑉𝑐𝑒 = 24 − (3𝐾 + 4,7𝐾) ∗ (2,1 ∗ 10−4𝐴 ∗ 100) 
𝑉𝑐𝑒 = 24 − (3𝐾 + 4,7𝐾) ∗ (2,1 ∗ 10−4𝐴 ∗ 100) 
 𝑉𝑐𝑒 = 7,83 𝑉 
 
Análise CA 
 Modelo 𝝅 : 
 
 
 
 
 Figura 9- Modelo 𝜋 𝑑𝑒 pequenos sinais. 
 
 
14 
 
 𝑟′𝑒 =
25𝑚𝑉
𝐼𝑒
= 
25𝑚𝑉
 101∗Ib
=
25𝑚𝑉
 0,21mA
= 119Ω 
 𝑣𝑖𝑛 = 100𝑚𝑉 
 𝐴𝑣 = 
𝑣𝑜
𝑣𝑖𝑛
= 39,5 
 
 
 
 
15 
 
Eficiência 
Eficiência 1 = 
𝑃𝑎𝑐1
𝑃𝑑𝑐1
∗ 100% 
𝑃𝑎𝑐 1 =
𝑉2𝑜𝑢𝑡1 
8𝑍𝑖𝑛2
=
(890𝑚)2 
8 ∗ 2,8𝐾
= 39,7𝜇𝑊 
𝑃𝑑𝑐1 = 𝐸1 ∗ 0,79𝑚 = 24 ∗ 0,79𝑚 = 18,96𝑚𝑊 
Eficiência 1 = 
39,7𝜇 
18,96𝑚
∗ 100% = 0,0003% 
 
Eficiência 2 = 
𝑃𝑎𝑐2
𝑃𝑑𝑐2
∗ 100% 
 𝑃𝑑𝑐 2 = 𝐸1 ∗ 𝐼𝑐2 = 24 ∗ 22 ∗ 10−3 = 528𝑚𝑊 
 
𝑃𝑎𝑐 2 =
𝑉2𝑜𝑢𝑡1 
8𝑍𝑖𝑛2
=
(4,47𝑉)2 
8 ∗ 8
= 312,2𝑚𝑊 
Eficiência 2 = 
312,2𝑚
528𝑚
∗ 100% = 59 % 
 
Eficiência Total = 1,0003 * 1,52 = 52,1% 
 
 
 
16 
 
Simulação no TINA 
Projetando o amplificador no software TINA, com essas resistências 
encontradas, gerou uma distorção na onda de tensão de saída, para resolvermos 
esse problema alteramos alguns valores de resistência, umas modificamos 
aumentando os valores da sua impedância e outros diminuindo a sua 
impedância, até chegar no formato da onda desejada. 
 
Figura 10 – Arquitetura do Projeto no Software TINA. 
 Realizamos experimentos e identificamos que em vez de utilizarmos os 
diodos foi melhor substituí-los por uma resistência pois a queda de tensão nos 
diodos tem que ser igual à dos transistor que é de 0.7 V, mas como em um 
circuito real não há essa precisão, substituimos por uma resistência. 
 
 
 
 
17 
 
Gráfico da corrente e da tensão de saída 
 
Figura 11 – Gráfico implementado pelo software TINA do circuito da figura 7. 
AM1 : Corrente da carga 
VF1: Tensão de saída da carga 
Ve: Tensão de Entrada 
 
 
 
 
18 
 
Ganho x Frequência 
Com as análises feitas no osciloscópio, alterando a frequência de 1KHz 
para 20Khz obtemos esse resultado: 
 
Figura 12 – Gráfico do ganho x frequência 
Não apresenta um bom resultado como mostrado no gráfico, pois os 
equeipamentos de medição estavam em péssimas condições. Com os testes 
realizados no amplificador deu para perceber que obteve um ganho bom. 
Exemplo das fotos tiradas no osciloscópio para obtermos a tensão de 
entrada e saída para o calcularmos o ganho: 
 
 
Figura 13 - Frequência de 11KHz 
 
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ganho X Frequência
Av
 
 
19 
 
 
Figura 14 - Frequência com 8KHz 
 
 
Figura 15- Frequência de 17KHz 
 
 
 
 
20 
 
Distorção Harmônica 
Usamos o software TINA para calcularmos a distorção harmônica que o 
circuito apresenta. Ele gerou os seguintes valores: 
Para uma frequência de 1KHz apresentou uma distorção harmônica de 
2,6547%, para a de 5KHz apresentou uma distorção de 72,487% e a de 10KHz 
apresentou uma de 71,964%. 
 
Figura 16 – Distorção Harmônica realizado pelo software TINA. 
 
 
 
21 
 
Fotos do trabalho 
 
Figura 17- Foto tirada de lado do projeto montado. 
 
 
Figura 18- Foto tirada de cima do projeto montado. 
 
 
 
22 
 
Conclusão 
No final deste trabalho foi possível realizar o amplificador sonoro de acordo com 
as especificações dadas, foram feitas simulações com base dos dados 
calculados, análises dos gráficos gerados, montagem com os equipamentos 
analisados e análise do ganho dos circuitos. As simulações feitas no software 
tiveram um ajuste na montagem real, pois em um circuito real não apresenta 
uma precisão por causa de fatores externos. 
 
 
 
23 
 
Referências Bibliográficas 
BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L.; Dispositivos Eletrônicos e Teoria de 
Circuitos. 8ª edição. São Paulo: Person Education, 2004. 656 p. 
MALVINO, A.; BATES, D. J.; Eletrônica. 7ª edição. Porto Alegre: AMGH, 2011. 
672 p.