Amplificador de áudio 3W

Prévia do material em texto

Amplificador de audio 3W
	
Gustavo Paiva1,2 
Jonatas Nascimento1,2 
Mariana Pimentel1,2
1Escola Politécnica de Pernambuco, Universidade de Pernambuco, Recife, Brasil,
2Graduação em Engenharia Elétrica, Escola Politécnica de Pernambuco, Pernambuco, Brasil,
Resumo 
O projeto proposto em sala de aula teve como intuito colocar em prática os conhecimentos adquiridos na disciplina de eletrônica 2 a respeito do funcionamento de componentes como os amplificadores operacionais e os transistores. Os amplificadores utilizados foram de tensão no primeiro estágio e de potência no último conectando diretamente a carga utilizada: o alto-falante. Entre eles, um estágio de filtragem, onde o potenciômetro regula o grave e o agudo através do manuseio do usuário. Assim, com a montagem do amplificador de áudio na placa circuito universal e utilizando o método de soldagem de componentes, foi possível a amplificação do sinal de áudio trazido pela entrada do celular percebida na saída no alto-falante.
Palavras-Chave: amplificação; alto-falante; sinais. 
Abstract
The proposed project in the classroom was aimed at a practice acquired in the discipline of electronics for the operation of systems such as operational amplifiers and transistors. The amplitudes used were voltage in the first stage and power not the remaining connected directly to the load used: the loudspeaker. Among them, a filtering stage, where the controller regulates the bass and treble through the user's handling. Thus, by using the audio amplifier on the universal circuit board and using the component welding method, it was possible to amplify the audio signal at the cellular input at the output on the loudspeaker.
Key-words: amplification; speaker; signals.
Amplificador de Áudio 3W
	
Escola Politécnica de Pernambuco
4
	
5
Introdução
O amplificador é um dispositivo que utiliza quantidades pequenas de energia para controlar uma quantidade maior, tendo sua aplicação majoritariamente em aplicações de áudio e transmissão de rádio. 
Alguns dos tipos de amplificadores existentes são: amplificadores operacionais, correspondentes a amplificadores diferenciais DC de alto desempenho. Há também os amplificadores valvulados, mais utilizados no século XX, quando a válvula era o único dispositivo ativo na época, e os amplificadores transistorizados, que vieram para substituir a válvula pelo uso do TBj e dos MOSFETS. Por fim, o amplificador eletrônico, que será mais detalhado.
O amplificador de áudio, tema do trabalho, pode ser também chamado de amplificador integrado, uma vez que une o conjunto pré-amplificador e amplificador de potência para a transformação de pequenos sinais recebidos na entrada em altos que serão reconhecidos na saída através da carga colocada. 
Ao longo do trabalho, será descrito e calculado o que ocorrerá em cada estágio do amplificador de áudio, além de descrever seus componentes e o funcionamento deles com os sinais que entram e que saem do mesmo. 
2	Base teórica
Para construção do amplificador de áudio, foi necessário o aprendizado a respeito do funcionamento dos componentes utilizados para efetuar sua construção.
Diagrama elétrico
O circuito se inicia através de um amplificador de tensão, onde sua saída encontra-se ligada a um potenciômetro de volume. Em seguida, vem o controle de tom Baxandall, regulando o grave e o agudo, finalizado com um amplificador operacional. Por último, vem o amplificador de potência, formado por dois transistores: NPN e PNP, complementares. Tudo isso pode ser visto através do digrama elétrico a seguir: 
Figura 1: diagrama elétrico do amplificador de áudio 3W
Amplificador de tensão 
O circuito utilizado para realizar a amplificação da tensão é o somador ponderado inversor. Sua saída é conectada diretamente no potenciômetro de controle do volume.
Figura 2: amplificador de tensão
A tensão encontrada em sua saída é equivalente a soma das tensões aplicadas na entrada multiplicada pela razão entre as resistências R1 e R2, conforme a equação (1):
 (1)
Controle de tom Baxandall
O controle que vem em seguida, logo após o potenciômetro do volume é o controle de tom Baxandall. Corresponde a um circuito apenas com elementos passivos: resistores, capacitores e potenciômetros, o que gera uma certa atenuação pequena.
Através do uso de potenciômetros logarítmicos, é realizado o ajuste dos níveis de grave e agudo. Após o controle de tom, segue-se um amplificador operacional. 
 Figura 3: controle de tom Baxdall
 
Amplificador de potência
Logo após o amplificador operacional que vem depois do controle de tom, encontra-se um capacitor (C3) de 47µF.
O estágio do amplificador de sinais foi importante para o aumento da tensão de entrada, porém, a potência não é suficiente para fazer o alto-falante funcionar, para isso, é necessário um amplificador de potência.
O amplificador trazido é da classe AB e apresenta uma configuração push-pull, contando com dois seguidores de emissores (um NPN e outro PNP) complementares entre si e dois capacitores de desacoplamento: um na entrada e o outro na saída do circuito, ligando-se diretamente ao alto-falante.
Figura 4: amplificador de potência
Metodologia 
Para a realização do trabalho, foi-se realizado previamente um estudo prévio sobre os componentes utilizados e os circuitos com ele formados, conforme descrito anteriormente.
Posteriormente, foram comprados os componentes que seriam utilizados na Rua da Concórdia, descritos a seguir.
Lista de materiais utilizados e custos
A seguir, encontra-se relatado todos os itens comprados na Rua da Concórdia para uso da equipe, juntamente com seu valor unitário e total.
	Material
	Qtd
	Preço
	Bateria 9V
	2
	R$15,00
	Cabo P2xP2 estéreo
	1
	R$5,20
	CI LM358N
	2
	R$1,66
	Conector Jack P2
	1
	R$2,60
	Capacitor 2.2nF
	1
	R$0,95
	Capacitor 22nF
	2
	R$0,65
	Capacitor 220nF
	1
	R$0,75
	Capacitor 47uF
	1
	R$0,40
	Capacitor 100uF
	1
	R$0,60
	Diodo 1N4148
	2
	R$0,60
	Placa de circuito universal
	1
	R$20,00
	Potenciômetro de 100kΩ
	3
	R$10,00
	Resistor 1kΩ
	2
	R$1,00
	Resistor 3,3kΩ
	2
	R$0,60
	Resistor 4,7kΩ
	1
	R$0,30
	Resistor 10kΩ
	2
	R$0,60
	Resistor 12kΩ
	1
	R$0,60
	Resistor 33kΩ
	1
	R$0,30
	Speaker 8Ω/3W
	1
	R$11,00
	Transistor TIP 122
	1
	R$4,00
	Transistor TIP 127
	1
	R$5,40
	TOTAL
	30
	R$82,2
Tabela 1: relação e custo dos materiais utilizados 
 
3.4 Recursos humanos utilizados e custos
	Foram empregadas três pessoas na execução do projeto. O custo por hora de mão de obra considerado foi de engenheiros eletricistas com encargos complementares, extraído de tabela do SINAPI (Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil), no valor de R$ 68,93. No calculo do custo total do projeto, avaliou-se o gasto com materiais e o custo total com mão de obra.
	Mão de obra
	Custo
	Gustavo Paiva
	R$ 172,32
	Jonatas Nascimento
	R$ 137,86
	Mariana Pimentel
	R$ 103,39
	Total
	R$ 413,57
 Tabela 2: mão de obra e custo
Resultados 
Para a montagem, foi escolhida a placa de circuito universal ao invés do protoboard por conta da redução de ruídos.
Na montagem, foi utilizado apenas um sinal de entrada uma vez que o amplificador é mono e para minimizar os prejuízos caso um sinal de entrada prejudicasse o outro. 
Conforme a imagem a seguir, pode-se observar a montagem na placa de circuito universal, ligando a sua saída diretamente ao alto-falante.
Figura 5: montagem do circuito
Conclusão 
	Através do desafio proposto da elaboração de um circuito amplificador de áudio, diversos conhecimentos prévios a respeito do assunto foram necessários ser postos em prática. 
Depois de aprendido em sala de aula a respeito dos transistores e amplificadores, além de ter realizado listas de exercícios, utilizou-se dos mesmos cálculos para o dimensionamentodos componentes necessários na montagem dos circuitos. Em seguida, veio a compra dos componentes, que visou a relação custo-benefício além do pensamento de qual elemento melhor se adequaria ao circuito.
Na hora da montagem, foi necessário o cálculo das freqüências de corte além da montagem e dos testes na placa de circuito universal, elemento nunca usado anteriormente. 
Dá-se, então, a importância da realização do projeto para que os alunos observem como elementos eletrônicos que foram estudados em sala de aula podem ser parte de sistemas de controles cotidianos, sendo este o próprio amplificador de áudio. Trazendo, assim, a engenharia elétrica para um cenário extremamente palpável e mostrando, através de um simples circuito, como esse controle pode ser feito de maneira fácil e de baixo custo. 
Referências
BRAGA, Newton C. Somador com amplificador operacional. Disponível em:
<http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-para-eletronica/636-somador-com-amplificador-operacional-m023.html>
Controle de tom ativo Baxandall. Disponivel em: 
<http://amantesdeamplificadores.com.br/2018/09/controle-de-tom-ativo-baxandall-esquema>
WIKIPEDIA. Configuração Push Pull. Disponível em:<https://pt.wikipedia.org/wiki/Conversor_Push-Pull>