Relatorio Amplificador Sonoro Transistorizado

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ETEC TAKASHI MORITA
4°Bimestre
RELATORIO AMPLIFICADOR
Christian Eiki; Flavio Midea; Guttemberg Oliveira; Gustavo Teixeira
Turma A, 2EIM	
			
São Paulo
						 2019
Objetivo:
Colocar nossos conhecimentos sobre amplificadores de potência aprendidos no decorrer do ano de 2019 em prática, tendo que montar um amplificador sonoro que contenha um pré-amplificar, controle de graves e agudos, e por fim um amplificador transistorizado de qualquer tipo.
Introdução Teórica:
O amplificador é o coração de um sistema de sonorização porque é responsável por distribuir energia às caixas acústicas. Os equipamentos de áudio trabalham internamente com baixos níveis de corrente e tensão no processamento do sinal, que não são suficientes para excitar um sistema de alto-falantes ou caixas acústicas.
Os amplificadores classe AB foram desenvolvidos de modo a aliar o que ` apresentam de melhor os amplificadores classes A e B. Reuniu-se o princípio de funcionamento do classe A, que amplifica o sinal sem introduzir sinais não lineares, juntamente com o do classe B, que utiliza dois dispositivos para amplificar o sinal, cada qual em um ciclo, proporcionando um alto rendimento. Realiza-se isso mantendo os dois dispositivos ligados simultaneamente, por um curto período de tempo. Isso garante que cada um deles conduza por mais de 180 graus, sobrepondo-se no momento que a onda cruza o zero, eliminando assim o efeito crossover e reconstruindo o sinal original de maneira fiel. O rendimento do amplificador classe AB aproxima-se de 75%, bem próximo do valor alcançado pela classe B, mas sem o prejuízo da distorção que este introduz ˜ no sinal de saída. Esse alto rendimento deve-se ao fato de a corrente de polarização, diferentemente da classe A ser a mínima possível para manter o dispositivo amplificador ligado. A Figura 5 apresenta o circuito básico do amplificador classe AB.
Materiais Utilizados:
• Resistores
- 1x 1M
- 1x 560 K
- 1x 220 K
- 1x 22 K
- 1x 18 K
- 1x 6.8 K
- 2x 3.3 K
- 1x 2.7 K
- 2x 2.2 K
- 2x 10 K
- 2x 12 K
- 2x 5 K
- 3x 1 K
- 1x 150 R
- 1x 200 R
- 1x 100 R
- 1x 22 R
- 2x 1 R
• Capacitor Eletrolítico 
- 1x 330 uF
- 1x 220 uF 
- 4x 100 uF
- 1x 22 uF
- 3x 10 uF
- 5x 4.7 uF
- 3x 2.2 uF
• Capacitor de Cerâmica 
- 2x 47 nF 
- 2x 6.8 nF 
- 1x 390 nF 
• Potenciômetro 
- 1x 100 K
- 1x 47 K
- 1x 10 K
• Diodo 
- 6x 1N4007
• Transistor 
- 3x BC549
- 1x BD139
- 1x TIP31
- 1x TIP32
- 1x TEP C945
• 1x Speaker
• 1x Caixa 21x11 de MDF
• 1x Porta fusível
• 1x Botão liga/desliga
• 1x P2 Fêmea
• 1x Cabo P2 auxiliar
• 1x Fusível 250mA
• 1x Transformador 6+6V 250mA
• 1x Led Pisca-Pisca
Circuito:
Para este trabalho foi utilizado o pré-amplificador do site (https://www.circuitlib.com/index.php/projects/product/82-simple-audio-preamplifiers/category_pathway-29 ), com a base na imagem a baixo:
O mesmo site deu as especificações técnicas, segue as mesmas a baixo:
Tensão nominal:  12V
Consumo atual: 1.2mA
Ganho de tensão:  50-55
Nível máximo do sinal de entrada: 150 mV p / p
Nível máximo do sinal de saída: 8 V p / p
Resposta de frequência:  20 Hz a 200 KHz
Embora a tensão de alimentação recomendada seja de 12 volts, o pré-amplificador também pode ser alimentado por qualquer fonte de tensão que varia de 9 a 15 volts. Se você optar por usar 9 volts, a amplitude máxima do sinal de entrada será limitada a 120 mV p / p. Pode haver distorção significativa se você exceder esse limite.
Vale lembrar que, para converter o valor de uma tensão expressa em volts pico / pico em uma tensão expressa em volts (rms), você deve dividir o valor p / p no número fixo 2,82. Assim, 150 mV p / p são equivalentes a:
150/ 2.82 = 53 mV rms
A tensão máxima de saída de 8 volts p / p corresponde a um valor eficaz de: 
8 / 2,82 = 2,8 V rms
Na figura 1, também incluímos as tensões de polarização nominais em determinados pontos do circuito (dada uma tensão de alimentação de 12V). Como existem tolerâncias nos valores dos componentes, não se preocupe se você medir tensões ligeiramente diferentes das apresentadas na figura acima.
Porém no circuito utilizado por nós, não foi usado o transistor BC172, e sim o transistor BC549 pois é mais em conta pelo preço e para encontra-lo sendo também que sua amplificação possui menos ruído do que os demais e as suas tensões de operação são maiores assim sendo mais seguro.
O controle de graves médios e agudos foi utilizado o circuito da revista Saber Eletrônica número 183/88
Para o nosso projeto foi retirado o controle de médios e adaptado para ter apenas o controle de graves e agudos, pois o circuito não suportaria mais de um tipo de controle e poderia ocasionar em defeitos graves e um não funcionamento do conjunto todo 
Para o circuito do amplificador em si foi utilizado o projeto do indonésio Wahyu Eko Romadhon, que foi publicado no site ( https://www.elcircuit.com/2018/04/diy-mini-12volt-power-amplifier.html ), segue abaixo uma imagem do circuito:
O site nos diz que para realizar a montagem do circuito podem ser utilizados os potenciômetros de 10K ou 100K ohms para o controle de volume, os transistores C945 ou C828 para a primeira amplificação, o BD139 para filtragem de som, e os TIP31, TIP32 ou D1763, B1186 para realizar a função de push-pull da amplificação de classe AB e 2 diodos 1N4007 para modificar a tensão em cima destes mesmos transistores na função push-pull para ade 0,7V e assim terem um pleno funcionamento, e por ultimo componente a ser pontuado com clareza é o resistor de realimentação de 6K8 ohms que sai do emissor do primeiro transistor e termina no final do circuito.
Para a fonte 12V não foi utilizado nenhum circuito pronto, foi produzido a partir dos conhecimentos que os componentes do grupo já tinham e com as ajudas dos professores técnicos da escola, segue o circuito do mesmo na imagem a baixo:
Para montar esta fonte de 12V foi utilizado um transformador 6+6V de 250mA pois o custo beneficio era melhor e seu tamanho era mais compatível com a caixa aonde o todo seria montado, para retificar foi utilizada uma ponte de diodos do tipo 1N4007, sendo conectada nos dois polos de 6V do transformador, não sendo utilizado o frio preto do terra que sai no secundário do mesmo. Para a filtragem foi utilizado um capacitor de 1000uF pois já era o suficiente para suprir a tensão de ripple do circuito, que não necessitava de muita corrente, assim não fazendo a tensão cair tanto, e por fim foi utilizado um LM7812 para confirmar a certeza de que o circuito seria de 12V e estabilizar ainda mais a tensão de saída. Segue a baixo uma imagem do desenho utilizado na PCB:
Nós na hora da montagem pensamos no melhor layout possível para a fonte, pois queríamos que ela ocupasse o menor espaço possível e ainda sim fosse de qualidade, conseguimos um tamanho de 6cm por 3cm e isso nos ajudou muito.
Segue abaixo um modelo em 3d da fonte para um melhor entendimento:
Circuito Amplificador:
Para fazer o circuito geral de amplificação geral, pegamos os três outros desenhos de circuitos citados a cima, o de pré-amplificador, controle de graves e agudos e por fim o amplificador classe AB, preferimos não utilizar a fonte na mesma placa pois economizaríamos mais espaço e poderíamos utilizar outras vezes este mesmo circuito de fonte 12V. Para realizar os testes deste circuito completo foi utilizado o programa Isis, onde no mesmo foi testado as tensões, foi gerado os gráficos e desenhado o layout para a placa e o desenho do circuito, segue o mesmo a baixo:
Alguns componentes neste circuito devem ser devidamente pontuados como:
· C11 - Atuando como a filtragem de sinais vindo de fora que podem interferir no circuito;
· C17, C14, C1 e C6 – Atuam como passagens para a corrente alternada que possui o sinal sonoro possa fluir pelo circuito;
· RV2 – Como o potenciômetro que controla os sinais graves;
· RV3 – Como o potenciômetro que controla os sinais agudos;
· R15 – Um resistor para a proteção do controle de sinais agudos, ele atua no limite do total que você pode controlar, pois se não houver esta proteçãoos sinais agudos podem danificar todo o circuito;
· R13 e R14 – Resistores de proteção funcionam da mesma maneira do R15 citado a cima, porém agora estão no controle de sinais graves;
· RV1 – O potenciômetro que rege o controle do volume no sistema, este potenciômetro diferente dos outros é logarítmico;
· R1 – Resistor de realimentação que esta ligado no coletor do transistor C945;
· R2 – Também de realimentação porem utiliza dos sinais deixados pela base do mesmo transistor e está ligado ao final do circuito, na saída de áudio.
· Q6 e Q7 – Dois transistores BC459 que são os pré-amplificadores do circuito;
· Q1 – O principal transistor do circuito é um TEP C945;
· Q2 – Um transistor que filtra e amplifica sinais que não foram devidamente amplificados e os prepara para o push-pull feito pela classe AB;
· Q4 e Q3 – Os ativos do circuito, eles que realizam a maior parte da amplificação, sendo o Q4, um TIP31, realizando a amplificação positiva e o Q3, um TIP32 realizando a amplificação da parte negativa;
· D2 e D1 – Dois 1N4007 que forçam a tensão de VBE e VBC em 0,7V respectivamente dos transistores que realizam o push-pull;
· C3 – Capacitor para a filtragem específica para a parte do amplificador de classe AB;
· C4 – Realiza a passagem dos sinais melhores amplificados para a amplificação push-pull;
· R6 e R10 – Dois resistores que fazem com que a corrente e tensão que irá para os dois diodos 1N4007 não seja tão grande assim não danificando-os tanto;
A baixo temos o layout utilizado para a PCB do circuito, que possui um tamanho de 15cm x 8cm, vale ressaltar aqui que para a conexão das entradas e saída foram utilizados pins machos, assim facilitando a conexão e desconexão dos mesmos, assim não tendo que solda-los diretamente na placa, sendo não usado apenas nos casos onde iria ser recorrida grande quantidade de corrente, como no polo negativo e positivo, segue a baixo o layout:
E também um modelo em 3D para exemplificar melhor o descrito a cima:
Aqui podemos comparar com o montado na realidade, sendo muito iguais, assim comprovando a nossa certeza na montagem e a fidelidade que o programa utilizado tem com a realidade.
Medições e Gráficos:
No Isis, o programa utilizado para fazer a montagem de circuito e layout, temos a ferramenta de teste, onde podemos testar virtualmente o funcionamento do amplificador, isso foi realizado e o resultado segue abaixo:
Aqui temos o gráfico da entrada do circuito, onde podemos ver o espectro do áudio ao decorrer de 10 segundos, e sua tensão de entrada que chega a pelo menos 30mV de pico, ou 60mV de pico a pico. Neste gráfico podemos ver com clareza os picos de som que temos em sua entrada e os ruídos que a mesma possui, junto com a tensão que cada som reproduzido tem, e também as partes mais graves e agudas e suas respectivas tensões em cada área onde o som é reproduzido.
Aqui temos o gráfico final após a amplificação e nele podemos ressaltar alguns fatores:
· A saída chega a pelo menos 1,4V de pico, ou 2,8V de pico a pico;
· Podemos concluir que ouve um ganho de 46 vezes a entrada;
· Os sinais mais graves estão mais esticados, condizendo com a configuração onde o teste foi realizado, que era para mais tensão nas partes graves;
· O ruído não foi totalmente eliminado e ainda estando presente no circuito, junto com ruídos vindos de outras áreas;
· A leve elevação do 0V sendo que a entrada estava centralizada nesta tensão, porem à amplificação elevou em pelo menos 2mV este sinal, mas ainda não alterando completamente ele, sendo quase imperceptível a nossos ouvidos;
· Não linearidade entre a parte negativa e positiva, vemos que a parte positiva não alcança os +1,6V, em quanto a parte negativa passa dos -1,6V, mostrando assim um defeito de nosso circuito;
· E por fim temos que em locais isolados do gráfico podemos perceber a amplificação de ruídos, coisa que não deveria estar ocorrendo, pois, estes ruídos deveriam ter sido limpos pelo circuito e não amplificados por ele.
Conclusão:
Podemos concluir o funcionamento do nosso circuito amplificador de sinais como OK, pois ele cumpre com sua função, porém não do jeito que deveria, ele possui algumas falhas em relação a seu resultado final, como a amplificação de ruídos e a pequena distorção do sinal e elevação do mesmo em relação à o 0V.
Ele possui problemas de montagem que dificultam o funcionamento dele, como o seu layout que é imenso e difícil de montar, possuindo diversos resistores numa mesma placa junto com transistores que fazem o circuito ficar muito junto assim possibilitando problemas como ESD ou interferência de sinais, porém foi compensado com o uso de pins para fazer as ligações onde vários fios seriam conectados.
Mas suas vantagens são muitas também, pois possui um baixo custo de corrente elétrica, o que possibilita o uso de componentes com menos carga para altas correntes, tornando assim o custo mais barato e também a tensão de 12V que pode ser facilmente encontrada ou montada, fazendo assim com que seu custo seja ainda menor.
Para finalizar e destacar que ao nosso ver o circuito possui alguns defeitos e vantagens, porem cumpre com o que foi pedido e funciona amplificando sinais de celular e outros, assim tornando o perfeito para o uso caseiro e com baixa potência.
Fonte:
https://www.elcircuit.com/2018/04/diy-mini-12volt-power-amplifier.html
https://drive.google.com/file/d/1CMo9TwQohegWK_rReDW5xgNdHvgRFIc-/view
https://www.circuitlib.com/index.php/projects/product/82-simple-audio-preamplifiers/category_pathway-29
https://www.youtube.com/watch?v=Uvd3D2ozvCI
http://socircuitos.blogspot.com/2014/07/pre-amplificador-com-cotrole-de-graves.html
https://www.youtube.com/watch?v=ATtK_nebF7Q
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/8516/1/PB_COELT_2017_1_02.pdf
https://web.fe.up.pt/~ee99137/tese_amplificador_de%20audio_classe_dprovisoria.pdf
https://www.docsity.com/pt/classes-de-amplificadores-de-potencia/4711099/
https://blog.premiershop.com.br/modulo-classe-ab-ou-classe-d-qual-escolher/
http://cee.uma.pt/edu/el2/acetatos/AmpPot.pdf
https://pt.slideshare.net/andreandrew1998/amplificador-classe-ab-teoria
https://musicaeadoracao.com.br/25571/amplificador-o-coracao-do-sistema-de-som/
https://musicaemercado.org/classes-de-amplificacao/