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Áudio Amplificadores__Sergio Antunes

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A M P L I I C A D O R E 9 '\j~J? l . . . J P J , C . ; , DO;l~:2)

Q)~ i \!J0JCJ

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SERBia R. ANTUNES

Caixa Postal 14641

Sao Paulo - SP

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Direitos reservados da presente edlcao.

Reproduyao total au parcial e expressamente

proibida sem a previa autorizacao por escnto,

Printed in Brazil

Impresso no Brazil

tmpressao CUNHA FACHINI

COPYRIGHT BYEDITORA FITTIPALDI LTDA

©1997

R. Major Angelo Zanchi, 303 - CEP 03633-000

Sao Paulo - SP

CGC.52.983.293/0001-78

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Pensando sempre nos nossos leitores, cujo perfil e 0 de estudantes,

tecnicos de reparacao e hobistas, estamos apresentando mais um trabalhodidatico-pratico sobre reparacoes.

Desta feita, escolhemos um tema cuja literature e bastante escassa, a

saber, os amplificadores de potencia de Audio (Powers).

Este livro ensinara 0 principio de funcionamento dos Powers, objet-

ivando preparar 0 tecnico para efetuar reparacoes com testes e diagnosticos.

Os esquemas aqui apresentados sao reais, 0 que torna esta obra uma

verdadeiro manual de service que servira para todas as marcas de amplifica-

dores, pois todas obedecem 0 mesmo principio basico da Eletr6nica.

Aparentemente. 0 tema "Audio" pode parecer simples. Mas quando se

trata de uma aparelhagem profissional, sobretudo de potencia, 0 circuito

eletr6onico se lorna crftico e comp.lexo.

A tim de passarmos estes conceilos aos nossos leitores, descrevemos

tambern neste livro todos os circuitos que devem ser muito bern verificados

durante a reparacao,

Aprove.ito a oportunidade para desejar muito sucesso aos nossos lei-

teres.

Sergio R..Antunes

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 3

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TEORIA DOSA'MIPLIFICADORES DE

POTENCI,A (POWERS)

" " " d b , . C -Os amplificadores de potencia, tambern chamados de Powers, sao des·tinados a excitar ou movimentar a bobina mover de urn alto-talante ou de urncomplexo sistema de caixas acusticas, e para issoe necessarlo disper-se deuma consideravet potencla,

Quande tatamos em Pewers, lege imaginames transistores de potenciacom seus dissipadores termicos ..Em alguns cases, .0 proprio chassi de aluml-nto de aparelho e utilizado para servir de dissipader de calor,

Estes e outros assuntes serao abordados neste eapltulo.

8S3J1: iCA$AiWGJ?ARftiliMi'I!Y-Os amplificadores de potencia costumarn ser classificados de acordo

com .0 ponte deoperacao escolhido, A classiticacao geral e : classe A, classeB e classe AB.

Na operacao em classe A . a Iorrna de onda do sinal na salda de arnpli-ficador (pnrnarl.o de transtormador de safda) deve ser uma reproducao exatade sinal aplieado a entrada; isto, e'bviamente, ebriga .0 transistor a eonduzirdurante todo .0 clclo de sinal de entrada. Para que se censiga uma salda livrede distorcoes, e absolutamente necessaric que a. tensao e a corrente decoletor variem na porcao mais linear possivel da curva caracterfstica do tran-sistor. Por apresentar um ganho de potencia 'bern mais elevad'o, e quase sern-pre escolhida a confiquracaoemissor comum nos estaqios de potencia,

A figura 1 mostra .0 funcionamento em classe ANa figura 2 e mostrado .0 clrcuito tlpico de um amplificador de potencla

classs A..Os reslstores iRb1e Rb2, como ja virnos, atuam como divisores de ten-

sao para polarlaacao de base. 0 resister ,Reestabiliza as cerrentes devidas asvariacoes de temperatura, enquanto .0 capacitor Ce mantem constants a ten-sa.o deemissor, evitando a realhnentacao negativa.

Na ausencia de sinal, a corrente de coletor que atravessa. 0 prirnario de

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1 Ib (uA)

VARI ACAO 60

2,4 Eb (V)

I I

~

/N~SINAL APlICADO /'A BASE

POLARtZA~AO

DE BASE

2 vee

Rbi

SINAL

f\;- AMPLIFICADO

.Q(jc

O---II~-+--~ENTRADA DE

SIN~ f\;

1Ce

-

CONSEATOS DE AMPLIFICADOAES 5

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3 lc(mA)

transformadcre constante, nao produzindo, por esse motivo, nenhuma queda

de tensao nosterminals do prirnario e nem do secundario.

Quando se aplica urn sinal na entrada, este faz varier a corrente de

coletor. Essa corrente variavel de col'etor, ao circular pelo prirnano do transfer-

mador, induz no secundario uma ten sao cuja forma de onda sera uma repro-

dUl;:ao exata do sinal aplicado (figura 3). A ten sao induzida no secundario

prouuzlra uma corrente que movirnentara a bobina movel do alto falante, a fimde reproduzir 0 sam.

60

20

EC

(V) I

II

I1 HNSAO

L __.. . ._POR r c

r

NO PR IM AR10 PROOUZIDA

VAR I AVEL

T E M 'PO

Consideremos, agora, a grafieo mostrado na figura 4, que se refere aocireuito anterior.

AVec fomeeida pela bateria ou fonte de alimentacao, multiplieada pelacorrente de coletor Ic, determina a potencia que a bateria ou fonte esta forne-

cendo ao circulto, Entretanto, a potencla do sinal entregue ao alto-Ialante,

desprezando-se as perdas no transformador de safda, sera:

P s = Vee

'-I2x

Ie

'ff. on de Vee e Ie sao respeetivamente,

a tensao e corrente elieazes do

eoletor.

Vee x Ie

2

Vemos assim, que a potencia utilizada em classe A e igual a metade da

potenoia forneeida pela bate ria ou fonte; 0 rendimento maximo, entao, e de

50%. Porern, esse rendimento de 50% somente se consegue se a tensao de

pico a pico de coletor (entre 0 maximo positive e 0 maximo negativo) for igual

a duas vezes a ten sao da bateria, se a tensao do sinal de entrada for senoidal

e se 0 transformador de saida nao ofereeer nenhuma perda. Na pratlca, devi-

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4 Ie [rnA)

CORftENT'E

DE COLETQR

( ZX'e)

I b 40 uA

I b 20 uA

6 el~ IZ I 'Ii , I

I - "<, II C c ' . '.<C: i ':iI~·',

T'ENSAO MAXIMA DE

COLETOR [2' Vee)

20EM

REPOUSO

EC [VI

do aos motivos que acabamos de expor, 0 rendimento dos amplificadorestransistorizados classe AI§: urn pouco mais baixo, na ordem de i:: 45%.

Os graficos das figuras anteriores fornecem uma visao completa do sinalde entrada e de safda no amplificador. A tensao do sinal aplicado nao ultra-passa a secao reta daeurva caracterfstica, a fim de evitar distorcoes, e nestascondiooes, a corrente de base Ib varia proporcionalmente com 0 sinal. 0 pontode repouso da corrente de coletor Ic correspondea tensao de coletor Vee.Quando se apllca 0 sinal, a tensao de coletor corneca a excursionar em tomede Vee. Essa excursao devera alcancar 0 dobro da tensao de repouso Vcc,conlorme ja vimos. A corrente Ie tarnbem e igual a duas vezes a corrente derepouso. Observe que as varlacces da corrente de base Ib tarnbem sao rnos-

tradas, coincidindo quando a caracterfstica corresponde, respectivamente, a Ib= 20 uA e Ib = 120 uA.

@8f'Sf8EfJA"~s§B~~IQ'fnSAIDA

A relacao de espiras, que determina a relacao das irnpedancias entre 0

prirnario e 0 secunda rio do transformador de salda, depende da impedanciade safda do eoletor e da lrnpedancia do alto-lalante. Para evitar-se que aarnplltlcacao possa diminuir nas frequencias mais baixas da faixa de audio, 0primario do transformador deve apresentar uma lndutancia nao inferior a umcerto valor, que na pratica esta em torno de 0,3 Henry. Essa queda de ampli-

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5

ficayao se deve ao fato da reatancia do enrolarnento primari.o ser menor quail"doa frequencia do sinal tern valores rnals baixos (sons rnais graves).

Nosauto-radics costuma-se, tarnbem, usar urn auto-transtormador emsubstituiltao do transtcrmador de saJda convencional. Nesse caso, 0 primarioe representad'o pelo total do enrolamento 1:-3,.enquanto 0 secundarioe r,epre-sentado pela seyiio 2 - 3 doenrolamento, como mostra a flgura 5.

o autotransformador e mais econemlco, alem de proporcionar maior ren-dimento e menor dispersao de fll.lxo magnetico.

o amplificador classe A, nao obstante a sua sirnplicidade, apresenta aprincipal desvantagem de oferecer baixo rendimento e alto consume de po-tencia eletrica. Num equipamento que trabalha alimentado par pilhas ou bate-ria, como ocorre normalmente com as radio-receptores e fon6grafos portateis,auto-radios, etc., seria de todo desejavel que a consumo de energia das pi-Ihas acontecesse somente nos momentos de excitaQao, 01.1 seja, com aplica-Qaode sinal. Pais bern, e exatamente isto a que ocorre quando as amplifica-dares operam em classe B. 0 fato de consumir muito pouca potencia e ofere-

cer um alto rendimento Iaz com que 0 amplificador classe B seja 0 de empre-go mais generalizado na maloria das apli.cac;oes.Nessa classe de amplifica-cao, a base do transistcre polarizada de modo tal que, na ausencia de sinal,a corrente de coletor seja quase igual a zero, isto e , a corrente de co:letoropera quase no ponto de corte. Nessas condic;oes,a corrente que flui pelocoletor depends do sinal e varia proporcionalrnente com ele, aumentando ediminui!ndoconforme 0 sinal aumente au diminua. Conforrne se observa pelafigura6, a corrente de base - e portanto, a corrente de colstor - flui somentedurante urn semicici'o, isto e, 0 transistor somente conduzira durante 0 primeiro

semiciclo do sinal, uma vez que 0 semiciclo seguinte 0 colocara no corte.. 0resuhado disto sera uma grande distoryao no sinal de salda, sendo este 0

motive pelo qual, nao se pode montar uma etapa de saida em classe B comurn unico transistor paraempliflcacao de audiofrequencia (AF).

Diante do exposto, temos que, a tim de recompora forma de onda origi·nal do sinal, utiliizar outre transistor cuja func;ao sera a de amplificar 0 outresemiciclo do sinal.

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6 I b( jJAJ

Ib _

CARACTERISTICA

DE ENTRADA

----~--~--~~~~-~~------~-Eb( V I

SINAL

PO NTO DE CORTE

o circuito assim rnontado recebe 0 nome de ampliticador "push-pull",

cuja configurat;:ao mais simples e apresentada na figura 7.

7

- vee

o sinal e aplicado no prlrnario de Tt. Como 0 secundario possui urna

derivacao central ligada a massa, nas duas rnetades desse enrolarnento tere-

mos dois sinais em opcsicao de tase, que serao aplicados as bases dos

transistores de safda. Nas condicees indicadas, durante 0 prirneiro semiciclo,

somente eonduzha 0 transistor TR2, pois sua base esta recebendo 0 semiciclo

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negativo, enquanto TR1 pennanece no corte (observe que os transistores saodo tipo PNP).. No semiciclo seguinte as condic;oes se inverteme a base deTR1 sera negativa em relac;ao ao emissor, portanto, somente ele conduziraenquanto TR2 perrnanecera no corte, e 0 processo continua.

. Nota-se que no prlmario do transformador de safda (T 2) as correntes decoletor circulam em sentidos opostos, 0 que produz duas tensoes opostas,

que induzidas no secundario se recornbinarao, reproduzindo 0 sinal de entra-da ja amplificado.Dois transistores em "push-pull" operando em classe B podem entregar

uma potencla muitas vezes maior do que uma salda simples em classe A, eisto porque, a amplitude do sinal que pode ser aplicado num classe 8 podeser varias vezes maior que 0 aplicado num classe A.

o rendimento que uma etapa em "push-pull" - classe B pode oferecer ebastante elevado, podendo chegar a 80%.

Uma desvantagem apresentada pela tuncionamento em classe B deuma etapa "push-pull" a a que se conhece como distorcao cruzada (do ingles,

Cross-Over Distorsion), originada quando as bases dos transistores operamabaixo ou no ponto de corte.

A distorcao cruzada se apresentara como mostra a figura 8 a-b, sendo queela sera tanto mais acentuada, quanto menor for a amplitude do sinal de entrada.

CJ

8 f\{\f\

V \JV(0) SINAL DE GRANDE AMPLITUOE

(b) SINA L DE PEQUENA AMPLITUOE

Em ambos as casos mostrados na figura, a distorcao a a mesma, porern,como 0 sinal mostrado em (b) a de amplitude bem menor, nele a distorcao amais notada. A tim de contornar essa dificuldade [distorcao cruzada), aplica-se as bases dos transistores uma pequena potarizacao (Eb = 0,6V) de modo

que, mesmo sem sinal aplicado exista uma pequena corrente de repouso.Desse modo, 0 ponto de polarizacao a afastado para 0 ponto de corte, au urnpouco alem deste. Este processo de polarizacao a mostrado na figura 9.

Nesta figura, nota-se que os resistores R1 e R2 formam urn divisor detensao que proporciona a citada polarizacao,

Em alguns casos, 0 resistor R1 e aiustavel, permitindo ajustar as corren-les de base para 0 valor desejado..

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9 - Vee

A distorcao que comentamos se explica, porque entre zero e 0 valor detsnsao que corresponde a parte nao tinear inicial da curva caracterfstica, naoha.circulacao de corrente no circuito de coletor. Caso nao seja eliminada, taldistorcao sera facilmente detetada pelo ouvido, na reproducao sonora.

Nesse tipo de amplificador, a fim de que a resposta de trequencia sejarazoavel e a distorcao cruzada seja baixa, os transformadores (driver e safda)usados no circuito devem ser da melhor qualidade posslvel. A qualidade dostransformadores normalmente esta relacionada com a indutancia dosenrolamentos, com 0 tipo de enrolamento adotado e com 0 tipo de nucleoempregado.

A figura 10 mostra 0 circuito completo de uma etapa de safda "push-pull" em ciasse 8 com 0 respectivo estaqio excitador.

v

10

- V ee

ENTRADA

r u

1 • 7

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Os resistores Rb1 e Rb2 polarizam a base do transistor TR1 e Rb3 e

Rb4 polarizam as bases de TR2 e TR3.

Ca e um capacitor de acoplamento.

Ce, capacitor de desacoplamento, rnantsrn constante a tensao de emissor.

o transformador driver T1 inverte 0 sinal para as bases dos dois transis-

tores de salda.o resistor Re2 estabiliza as correntes na varlaeao da temperatura.

Circuito "Push-Pull" sem Transformador de Saida.

Na operacao "push-pull" convencional -que estudamos, os transistores

em questao sao alimentados em paralelo pela corrente continua da bateria,

enquanto que 0 sinal e fornecido em serie, promovendo 0 funcionamento

alternativo dos transistores.

Existe, entretanto, um rnetodo no qual os transistores sao dispostos em

sene, para efeito de alimentacao. lsto permite obter-se baixos valores de car-

ga e ate mesmo a ligac;ao direta do alto-falante, dispensando-se 0 emprego

do transformador de saida. Eliminar 0 transformador de salda significa reduzir

custo, dlstorcao e peso, aumentar a estabilidade, etc.o sistema de alimentacao pode ser realizado por meio de duas fontes,

ou de uma unica fonte. 0 primeiro caso, ilustrado na figura 11-a e preferfvel, e

isto porque, quando se emprega uma unica fonte, como ilustra a figura 11-b,o capacitor C em serie com 0 alto-falante apresentara sempre uma reatancia

nas frequsncias baixas (50 a 200 Hz), na faixa de AF. Por isso, 0 valor do

capacitor C deve ser suficientementegrande, e tanto maier quanto menor for a

impedancia do alto-falante. Assim, com um alto-falante de 16 ohms 0 capacitor

devera ser de 1.000 uF; com alto-falante de 8 ohms, um capacitor de 1.000 a

2.000 uF e com alto-falante de 4 ohms, um capacitor de 2.000 a 4.000 uF, eisto para nao alterar a irnpedancia total de saida.

11

(a J (b J

Observa-se pela figura, que 0 driver devera possuir no secundario do is

enrolamentos separados. Os circuitos de polarizacao das bases tarnbern sao

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independentes. A amplitude do sinal em uma das bases devera ser absoluta-mente igual a da outra base, a fim de evitar distorcces.

Em muitos casos, os transistores de saida sao protegidos contra umasobrecorrente, que pode ocorrer quando a propria saida e ligada em curto.Para esse fim, emprega-se um simples fusfvel ou urn resistor de baixo valor(0,3 ohm a 1 ohm) no circuito de emissor.

o transformador de entrada (driver), alem do alto custo, pode apresentarfalhas tecrucas, principalrnente no que se refere a centralizacao exata da de-rivacao central; isto acarreta graves distorcoes, pois ambos os semiciclos dosinal nao terao a mesma amplitude. A substituieao desse transformador porum transistor inversor de fase elimina todos estes inconvenientes. A figura 12mostra urn circuito inversor de fase.

-812

x P - ,I • SA IDAN T RADA

1No coletor e no ernissor aparecem duas tensoes opostas. Isto porque,

conforme mencionamos no estudo do emissor comum, 0 sinal no coletor estaem contrafase com 0 sinal aplicado a base, 0 que nao acontece com 0 sinalpresente no emissor, que estara em fase com 0 sinal aplicado a base.

Uma das condicoes a ser rigorosamente respeitada e que a tensao decoletor devera ser absolutamente igual, em termos de amplitude, it tensao deemissor.

Se a entrada dos estaqios de potencia que seguem 0 inversor de fasefor de baixa lmpedancia, entao os resistores Rc e Re serao de baixo valor. Nocaso dessa impedancia ser relativamente alta, entao esses resistores teraovalores mais elevados, e sera tambern acrescentada, em alguns casos, umaresistencia adicional Re1 cujo valor sera aproximadamente igual ao de Rc.

As setas indicam as safdas que serao ligadas as respectivas bases doarnplificador "push-pull", 0 qual podera ter ou nao um transformador de safda,

E interessante observar que, quando alimentamos um amplificador clas-

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se B por maio de uma fonte retificadora, a resistencla intema dessa fonte deveser bastante baixa, e isto porque a variacao de corrente em functao do sinalsera muito grande, e se a fonte contiver muita resistencia ela apresentara umaqueda de tensao, tanto rnaior quanto maior for a corrente. A tim de que naohaja variacao da tensao na safda da fonte em funcao da corrente, e necessa-rio, entao, que 0 transformador da fonte possua enrolamentos com baixa resis-

tancia, que0

valor de capacitancia para0

filtro seja bastante elevado (2.000uF ou mais) e que se elimine 0 "choke" ou qualquer outra resistencla entre afonte e a carga.

Em certos casos, a fonte e regulada por processo adequado permitindoque a tensao em sua safda se mantenha estavel, mesmo quando 0 amplifica-dar recebe a maxima amplitude do sinal.

No circuito em simetria complementar as duas bases sao ligadas emparalelo; nesse caso nao se necessita do transformador driver, e isto porque,os dais transistores serao perieitamente identicos em caracterfsticas, porem,um do tipo PNP eo outre do tipo NPN.

Existem dois circuitos fundamentais que se pode adotar, conforme 0 tipode fonte de alimentacao usado, como se observa pela figura 13.

13

Nota-se que em ambos as casos, os capacitores eletrollticos sao cons-tantemente atravessados por uma corrente de coletor sempre num mesmo

sentido; isto permite 0 usa de capacitores de grandes capacitancias, que eli-minam quase totalmente as distorcoes nas trequenclas mais baixas.As fontes requeridas para os dais casos serao diferentes. No circuito

mostrado necessita-se de uma fonte que forneca duas tensoes, uma negativae outra positiva em relacao a massa, enquanto que no circuito mostrado nafigura 14 uma fonte comum alimenta ambos os transistores (PNP e NPN).

Os dois circuitos mostrados nao contsm os componentes complementa-

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14

res normalmente empregados na pratica, pols destinam-se apenas a apresen-

tar 0 principio de funcionamento ..

Observa-se nesses circuitos que, quando 0 semiciclo assume polarida-

de positiva, circula corrente somente pelo transistor NPN e, ao contrario, nos

semiciclos negativos somente 0 transistor PNP conduz.

Como se observa, foi eliminado 0 transformador de entrada (driver), ou 0

circuito inversor de fase, que seria empregado numa saida em "push-pull".

Conforme virnos, 0 amplificador classe A apresenta uma fidelidade supe-

rior ao amplificador classe S. Por outro lado, este ultimo possui urn rendimento

muito maior, alern de proporcionar uma grande economia das pilhas da bateria.

E possfvel, entao, realizar um compromisso entre essas duas classes de

operacao, montando 0 amplificador para funcionar em classe AB. 0 ponto de

operacao, nesse caso, sstara situado entre as classes A e B conforme mostraa figura 15.

Por esta figura, percebe-se que mesmo sem sinal aplicado, existe nos

transistores de safda uma corrente de repouso que, no caso em questao, e de

aproximadamente 10 uA.

Evidentemente, estando 0 transistor recebendo uma polarizacao maior

do que a correspondente a classe A, ocorrera que no seu funcionamento ete

nao utilizara somente a parte linear de sua curva caracteristica, e isto resultara

numa dlstorcao do sinal amplificado. Por esse motivo, os amplificadores de AF

que ope ram em classe AS tarnbem empregam, obrigatoriamente, circuito"push-pull". 0 rendimento dessa classe de amplificacao e de aproximadamen-

te 60%.

Dissipa~aode Calor nos Transistores

o transistor possui uma temperatura de funcionamento relativamente

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15

20

I

2-Eb( V I

Ib (uA)

40

30

50

10

o

baixa da ordem de BO°C a 100°C para os de germanio, e 160°C a 200°C para

os de silicio.

Quanto mais um transistor operar em altas temperaturas, menor sera a

sua vida util, E logico que um aumento de temperatura alern das caracterlsti-

cas, destroi irremediavelmente 0 transistor.

Os fabricantes indicam a temperatura maxima de juncao, em graus cen-

tfgrados, e 0 coeficiente de radiaQao termica. A primeira representa a maxima

temperatura suportavel, e a segunda indica a resistencia termica entre a jun-

Qao e0

dissipador. Considerando que0

contatonao

sejaperteito,

mesmo coma aplicacao de mica e graxa de silicone, havera sempre espacos vazios que

contrfbulrao para aumentar a resistencia terrnica. Essa resistencia terrnica re-

presenta a dificuldade de transmissao de calor entre a junyao e 0 ambiente.

Controle de Volume

o controle de volume e um dispositivo que permite uma regulagem ma-

nual da intensidade do som reproduzido pelo alto falante.

Fundamentalmente, esse controle e constitufdo por um resistor variavel

que opera como um divisor de tensao num determinado ponto do circuito.Nos receptores de radio e televisao, na grande maioria das vezes, 0

controle de volume e o efetuado pela variacao da intensidade do sinal aplicado

a entrada do pre-arnplincador de AF.

Na figura 16 apresenta-se 0 circuito amplificador de audio de urn recep-

tor, utilizando um transistor amplificador de tensao e um amplificador de po-

tencia.

16 GONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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16

Na entrada do pre-amplificador encontra-se 0 potenciometro Rv (contro-

Ie de volume), onde e aplicado 0 sinal de AF. A entrada do sinal faz-se pela

extremidade superior do potenci6metro; a extremidade inferior acha-se ligada

diretamente a rnassa. 0 cursor do potenciornetro vai dar a base do transistor

pre-ampliticador, atraves de C1. Para taeilitar a compreensao, varnos conside-

rar 0 potenciornetro Rv dividido em duas partes, cujas reslstenclas valem R1 e

R2. Essas duas resistencias formam um divisor de tensao do sinal de AF para

a base de TR 1.Deslocando-se 0 cursor para cima, R1 diminui e R2 aumenta; 0 volume

e aumentado. Quando 0 cursor desJoca-se para baixo, acontece 0 inverso; R1

aumenta e R2 diminui, diminuindo 0 volume.

Quanto rnais para cirna estiver 0 cursor do potenciornetro, maior sera. 0

sinal de AF presente na entrada do amplificador. Obtern-se, portanto, 0 maxi-

mo volume do som quando a cursor estiver junto a extremidade superior do

potenci6metro, 0 que corresponde ao controle de volume todo aberto.

Com 0 cursor junto a extremidade inferior, 0 capacitor C1 tem um de

seus terminais ligado a massa e, nestas condicoes, nenhum sinal de AF sera

aplicado a entrada do arnplificador, a que equivale ao controle de volume

estar todo fechado. Como se percebe, 0 nlvel sonora desejado sera obtido em

posicoes interrnediarias entre um extremo e outro.

Nos receptores de radio, geralmente 0 potencicrnetro de volume acha-

se localizado entre os estaqios detetor e pre-arnplificador. Por ocasiao do

estudo dos circuitos detetores, voltaremos a nos referir a ele.

o controle de volume apresentado, embora bastante pratico e econ6mi-

co, apresenta varias deficiencias de funcionamento como, porexemplo, altera-

gao da resposta de Irequencia durante a atuacao do controle, e tambem um

deslocamento do ponte de operacao (polarizacao de base) do transistor, queproduz uma distorcao de nao linearidade; apesar disto, esse e 0 tipo de con-

trole de volume mais largamente empregado nos radio-receptores comuns.

Pode-se, entretanto, evitar as deficiencias tecnicas citadas no paraqrafo

anterior, introduzindo mais um capacitor (C2) no circuito e modificando a liga-

gao do potenciornetro conforme mostra a figura H.

o capacitor C1 constitui 0 capacitor de acoplamento do estaqio anterior,

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 17

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17

·ENTRADA

1Re

enquanto C2 bloqueia a tensao de polarizacao de base. Nessas condicoes, 0controle e realizado somente para 0 sinal que e regulado atraves dopotenci6metro Rv.

Controle de Tonalidade

o controle de tonalidade, como 0 pr6prio nome indica, e 0 dispositiveque permite, dentro de certos limites, uma variacao na tonalidade do somreproduzido no alto-falante.

Inicialmente, recordemos 0 seguinte: 12) Os sons mais agudos sao defrequencies altas e os sons mais graves sao de Irequencias mais baixas. 22) Areatancia capacitiva oferecida pelo capacitor nao e a mesma, conforme atrequencla seja mais alta ou seja rnais baixa.

o funcionamento do controle de tonalidade baseia-se exatamente nofato de que, a reatancia oferecida por um capacitor sera tanto menor quantomaior for a trequencla do sinal de audio.

o controle de tonalidade simples, mais comumente empregado, consistenuma irnpedancia formada por urn capacitor em serie com um potenci6metro,conforme ilustra a figura 18.

o capacitor Ct do controle de tonalidade oferece baixa reatancia para asfrequencies mais altas da faixa de AF.

o cursor do potenciornetro estando colocado na extremidade A, 0

capacitor Ct fica ligado diretamente entre 0 coletor do pre-arnplificador e amassa, proporcionando urn caminho de tacil escoamento para as frequenciasmais altas, correspondentes aos sons mais agudos. Nessas condicoes, osagudos sao desviados para 0 chassi, e os graves, nao encontrando caminhode tacil escoamento em Ct, VaGpara 0 ampliticador de safda, recebendo am-plificacao, e sendo reproduzidos no alto-falante.

Entao, com 0 cursor do potenci6metro na extremidade A, os agudos sao

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1 :8

ENTRAOA

OE SINAL

AO !MPLIF.

POTENCIA

- 6

bastante atenuados e OS graves sao tavorecidos; 0 som reproduzido pelo alto-

Ialante, portanto, sera mais grave.

A medida que 0 cursor do potenci6metro vai sendo deslocado para a

extremidade B, a irnpedancia do circuito de controle de tonalidade vai aumen-

tando tarnbern para as frequencias mais altas, de modo que os agudos., sendo

menos atenuados, seguem para 0 amplificador de saida e dar para 0 alto-

falante. Quando 0 cursor estiver na extremidade 8, a reproducao dos agudos

sera mais favorecida.

Em alguns tipos de receptores portateis transistorizados (normalmente

com duas faixas de onda), existe um controle de tonalidade que atua por meio

de uma chave comutadora de duas posicces, que se destinam, respectiva-mente, aos agudos, indicado com "H" e aos graves, indicado com "L", Esse

tipo de controle de tonalidade e mostrado na Hgura 19.

Evidentemente, as capacitores C1 e C2 sao de valores diferentes, sendo

19PARA 0 AMPL .

.----- .... -~ ------~ - ... --_ . D E POH~NC IA

1 1_ , " " " { L '

que C2, que corresponde aos graves, possui capacitancla pouco maior que

C1, a fim de desviar mais facilmente as trequencias mais altas da faixa de AF

para a massa.

Os controles de tonalidade formados de capacitores em serie com

potenci6metros sao dispositivos que atuam sempre favorecendo os graves,

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 19

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em funcao de uma maier ou menor atanuacao imposta aos agudos. Entretan-

to, nao e desejavel que os agudos sejam prejudicados em favor dos graves,

principalmente quando se exige a melhor qualidade posslvel na reproducao

do som.

Por esse motivo, os circuitos de audio melhor elaborados utilizam con-

troles de tonalidade, nos quais, os agudos e os graves sao controlados sepa-

radamente. Os equipamentos de alta fidelidade e som estereof6nico sao obri-gatoriamente dotados de controles separados para os graves e agudos. Um

exemplo desse tipo de circuito e dado na figura 20.· .

20 .

- 8 R6

IG R . V £ S Q R 7 T '.

-8

o controle dos graves e formado pelo conjunto R6, C2, C3 e R7.

Quando0

cursor de R6 estiver rnais para baixo,0

capacitor C2 em seriecom R7 proporcionam um caminho de facil escoamento dos tons rnais graves

para a massa, 0 que corresponde a uma atenuacao dos graves. Observe que

ness as condicoes 0 capacitor C3 esta em curto.

Quando 0 cursor de R6 for colocado rnais para cima, sera a vez do

capacitor C2 ficar em curto; 0 capacitor C3 em conjunto com R7 proporciona

um referee dos graves.

o controle dos agudos e constitufdo pelo conjunto C4, R8 e C5.

o cursor de R8 estando mais para cirna, os agudos passam atraves de

C4 para a base do transistor de safda (TR2) sendo, portanto, favorecida a

rsproducao dos tons mais agudos.

20 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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CIRCUITOS AUXILIARES NOS

ESTAGIOS DE POTENCIA

Os circuitos principais de um amplificador de potencia sao aqueles que

formam a etapa do Driver e da safda, que sera acoplado aos alto-falantes.

Estes estaqios sao complementados com alguns outros circuitos, cha-

mados de auxiliares, na maioria com funcao de protecao, como veremos adi-

ante.

o regulador de ten sao utiliza um diodo Zener que vai em paralelo com a

carga. A figura 21 ilustra este circuito.

VENT .

R L

21R I R2 V S A W A

Pode-se conectar reguladores em cascata, formando-se um regulador

de duas ou mais etapas.o primeiro diodo absorvera 0 efeito das variacoes de tensao da entrada:

o segundo, as variacoes de corrente da carga. A queda de tensao sobre RZ equase constante.

A tensao de Z1 devera estar em um valor interrnediano entre as tensoes

de entrada e de saida. nao sendo nscessario um valor medic exato.

Uma vez escolhida a tensao zener de Z1, calcula-se individualmente

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 21

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cada uma das etapas. 0 tator de estabilizacao total calcula-se, multiplicando-se os tatores de establllzacao de cada uma das etapas. Por exemplo se S1 =0.,03e S2 "" 0,02, S = S1 x S2 = 0.,03x 0.,02 = 0,0.0.0.6.

Vemos que com duas etapas ja se obtern urna estabilizacac excepcionalcontra variacoes de tsnsao de entrada. Subsistem as variacoes devidas airnpedancia do ultimo zener, ao variar a corrente de carga.

Reg:ulador Para Tensoes Multiplas

Conectando os diodos zener em serie, nao so somam-se as tensoes,como pode-se derivar tensoes parciais. E uma solucao pratica para baixascorrentes.

A tensao de cada safda com relacao ao ponto comum (aqui representa-do como massa comum) e a soma da queda de tensao nos diodos ate esseponto, como ilustra a figura 22.

SAIOA 2

22 RSA(OA

I'

SAl DA 4

Assim, a tensao na safda 4 a a do diodo 4, enquanto que para a salda 3a tensao e soma de tensoes zener dos diodos 3 e 4; etc. Neste circuito devecuidar-se especialrnente que nao se produza urn excesso de consumo embaixa tensao, e muito menos, baixar 0 cotovelo de regulagao (cair abaixo datensao zener). Sobre R cairia mais corrente. 0 excesso de correntereaqueceria os diodos superiores ate que estes se curtocircuitassem, produ-zindo-se uma reacao em cadeia. E muito mais segura e estavel 0 uso dereguladores em cascata.

Recortador (Clamp)

Em todas as apllcacoes estudadas para 0 diodo normal, comorecortador e limitador a uma determinada tensao, 0 diodo zener pode substi-

22 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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tuir a tonte de allrnentacao usada como reterencla para 0 recorte, ja que 0

proposito era receber corrente ao inves de qera-la,

Na figura 23 substitufmos a tonte de alimentacao que utilizamos anteri-

ormente, por um diodo zener.

23 SAioA

R

01

ZI

Por exemplo:

4,7 V Tensao zener.

0,7 V Tensao de umbral do diodo normal.

5,4 V Tensao de corte (pico a pico).

Se nao colocarmos 0 diodo normal, obtemos um duplo recortador de

cristas positivas e negativas; as positivas ao chegar a ten sao zener e as nega-

tivas ao chegar a tensao de umbral.

Na figura 24 podemos ver os valores de um exemplo para um tensao

. zener de 4,7 V e uma ten sao de umbral de 0,7 V.

R ,1----+--- SA I DA

4

ZI

ESTAS CRISTAS NAO

CHEGAM NA SAIDAi«tilzWI-

+4 ,7 V

TEMPO

-O,7V

CONSERTOS DE AMPUFICADORES 23

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Retificador Limitador

Em algumas aplicacoes pode ser util um retificador com diodos zener,que atuem par sua vez como limitador de tensao.

A 1igura 25 rnostra a forma da onda da safda sem 0 capacitor de filtro.Ao chegar ate a tensao zener, os diodos que estao polarizados em sentidoinverse cornecam a conduzir, limitando a tensao maxima.

SAIDA TEMPO

25 TEN SAO SEM CAPAC ITOR DE

R Fl lTRO

f\ . .,

o resistor R limita a corrente; sabre ele se desenvolve uma tensao ma-xima igua,la diferenya entre a tensao de crista de safda do transformador e atensao zener.

AgJegando um capacitor de filtro a saida, a tensao limitada sera contl-nua (suave, sem pulsos). 0 "Ripple" que produz sera do dobra da frequenciade linha (100 ou 120 Hz), sempre e quando as diodos sao de tens6es"apareadas" (casados); senao, se produzira um "Ripple" da mesma frequenoiaque a alimentacao (50 ou 60 Hz), mas diffcil de filtrar.

Nesta aplicacao, R pode ser um resistor; para maiores correntes, sesubstitui por um indutor. E imprescindfvel limitar de alguma forma a corrente,pols a poteneia do transiente na linha pode ser grandee se nao se limitar acorrente, ocorrera 0 dano dos diodos. Podem-se utilizar diodos zener normais

ou especiais, chamados supressores de transientes.

Em amplificadores de e.G., 0 diodo zener e utll para acoplar circuitos.Qualquer deslocamento de tensao em um extrema chega ao outro, mantendosempre uma tensao fixa como diferenca. Assim, podem-se acoplar etapasamplificadoras sem recorrer a capacitores de passagem que isolam uma eta-pa de outra em corrente continua, porern aplicando aos transistores, niveis de

tensao que Ihes permitem trabalhar corretamente.

Quando as tontes de afimentacao alimentam um equipamento eletr6nicocomplexo, e importante proteqe-lo contra falhas da fonte de alimentacao,

24 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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A falha mais grave, depois da inversao de tensao, e 0 excesso de ten sao.

Na figura 26, temos uma fonte de alimentacao tfpica, com 0 regulador

de tensao representado em um bloco. Se um componente do regulador de

tensao poe em curto-circuito a entrada com a sa fda, colocaria nesta safda 0

total da ten sao sem regular, causando danos a grande quantidade de circui-

tos. Esta falha pode ocarrer par um defeito proprio de um componente do

regulador ou, mais comumente, como resultado do excesso de temperatura

por escassa ventilacao da fonte de alimentacao, devida por exemplo, a um

ventilador parado,

26PRorq:AO CONTRA

INVERSAO DE

TENSAO

REGUl.DE

TENSAO

Em sua forma mais simples, 0 protetor de sobretensao e um diodo

zener. Sua tensao zener e de 10 a 20% superior a tensao de trabalho, segun-

do a tolerancia dos circuitos que deve proteger. Ante urn curto-circuito do

regulador, como a tensao retificada e superior a do zener, este conduz. Como

nao existe nenhum resistor limitador de corrente, esta e excessiva, rompendo

o fusfvel.

Observemos a poslcao do fusfvel, entre 0 capacitor de filtro e 0 regula-

dor. 0 diodo zener deve suportar, sem danificar-se, toda a corrente que passa

ate que 0 fusfvel esteja efetivamente aberto; se tivesse ademais que descarre-gar 0 capacitor de filtro, seu tamanho deveria ser demasiadamente grande.

Supondo que um unico zener fosse suficiente, nao necessitarfamos de outro

tipo de regulador de tensao (figura 27).

E interessante notar que 0 diodo zener como protecao de sobretsnsao

cumpre, depois de se haver rompido 0 fusfvel, a funcao de protecao contra

inversao de tensao, porque se se produz uma tsnsao inversa (atraves dos

circuitos que a fonte alimenta), conduz como um diodo normal.

Quando, todavia resulta muito "grande" 0 diodo zener como protetor de

sobretensao, recorre-se a outra disposlcao, trabalhando esse como umdisparador de um dispositive de curto-circuito, geralmente um tiristor (circuitoda figura 28). .

Ao circular corrente pelo diodo zener, a tensao produzida sobre 0

resistor R aparece tarnbern entre os terminais 1 e 3 do tiristor, disparando-o,

fazendo-o conduzir, produzindo um curto-circuito entre 1 e 2, as extremos de

safda da fonte.

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 25

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27

28

Neste caso 0 curto-circuito e total, nao cessa a corrente ao voltar atensao ao nlvel de protecao, atraves desse tiristor de curto-circuito se descar-regam todos os capacitores que eontern os circuitos, e que cumprem a tuncao

de suavizar as bruscas variacoes de consumo de corrente, no mesmo circuitoonde se produzem essas varlacoes.

Ainda assim, pode ser preferlvel 0 tiristor por seu pequeno tamanho, ji l

que a prcducao de calor no tlristor que conduz e baixa, pela baixa tensaoentre seus terminais. A energia disslpa-se, nao s6 no tiristor como em todo 0

caminho da corrente. Tarnbern pode-se colocar urn resistor de baixo valor (ouuma tira de cobre fino em serie com 0 terminal 2 do tiristor).

As vezes se completa esse disparo de protecao com urn circuito deinterrupcao total, ou parcial, do equipamento. Este circuito adicional toma, em

ingles 0 nome de "Crow bar" (em rnecanlca, "Crowbar" e uma barra usadapara travar, em caso de perigo ou acidente, urn dispositivo mecanico).

Detetor de Tensao

o diodo zener, como acabamos de ver, pode detectar quando a tensaopassa de urn determinado limite. Observe a figura 29.

26 CONSERTOS DE AMPLlFICADQRES

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(0 )

RELE

29TENSAO A

CONTROLAR

+--------------- +

AO CIRCUITO

......----1~CONTROLADO

R

Ao chegar a uma certa tensao pode ativar-se outro circuito au um rele.

(Um rele pode ter muitos cantatas, que se abrirao au se techarao, ao acionar-

se a rele, cumprindo diversas fungoes).o circuito (a) e especialmente util como "sequenciador' de tontes de ali-

rnentacao, assegurando-se que a tensao de uma fonte tenha chegado, par

exemplo, a 80% do seu valor de trabalho antes de iniciar 0 acionamento de

outra fonte de alirnentacao, assegurando-se assim que na maquina que se esta

ativando, nao se acionem mecanismos antes do desejado, por descontrole.

o circuito (b) po de detectar sobretensao para cortar a carga de uma

bateria, etc.

~~~~iPBft'il!!~8fu=RD~m'Oi'U'rnt:;'Oot:l";'I:~;r=*'TnMftCJtTVn111:7~\d:unco:11I:Tvl-U'C'~"'"

LlNHA DE ALiMENTACAO

Chamamos de transit6rios (ou surtos, ou transientes) as cristas de tensao,

que nao formam parte normal do sinal nem da alimentacao, e que sao indese-

javeis, pols podem danificar dispositivos semicondutores. Podem ser provenien-

tes de dentro do circuito, donde podem-se prognosticar e tratar adequadamen-

te, ou de fora do circuito donde j a e mais diffcil sua predlcao, apesar de poder-

se preveni-Ios. Ja estudamos urn retificador que, empregando diodos zener,

elimina transientes. 0 fundamento da ellrninacao de transientes e :

1 - Um dispositivo "descarregador" que conduz quando a tensao da

linha torna-se maior que a normal (por exemplo, 20 ou 30 %).

2 - Uma resistencia ou impedancia em serie com a linha que protege °elemento "descarregador", pols a energia do transiente poderia ser muito alta

(devido por exemplo a um raio) e danificar 0 descarregador (figura 30):

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES27

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300

~

i

0

LINHA APLI CA~AO

0 0

o desearregador pode eonsistir em:

a) Um par de pontas separadas por uma certa distancia ("gap" em in-gh3S),muito utilizado para proteger linhas de transrnissao de alta tensao ou deantenas de transmissores. Uma das pontas conecta-se a linha e a Dutra ao"terminal de terra".

b) Um par de blocos de grafite, separados por um decimo de milimetroou menos, utilizados antigamente em sistemas de cornunicacao, Sua tensaode ruptura esta entre 300 a 1000 volt.

c) Tubos de descarga gasosa, constltuidos de um par de eletrodos sepa-rados de uns 0,25 a 0,4 mm, em uma ampola de vidro que contern um gas abaixa pressao: ultrapassada certa tensao, 0 gas se tontza e conduz.

d) Um par de diodes zener conectados em oposicao, conduzirao soquando a tensao seja superior a de ruptura zener; abaixo desta tensao aseorrentes sao desprezfveis.

e) Varistores de metal-oxide. Fabricam-se par sintentizacao de uma mis-tura de oxides rnetalicos, em sua maior parte de zinco, e apresentam caracte-rfsticas muito parecidas a urn par de diodos zener conectados em oposicao.

Mesmo que esta seccao trate apenas de diodos zener, os outros dispositi-vos nao sao desprezfveis. Os mais simples e de tens6es mais elevadas podemser utilizados como protetores primarios, usando-se os mais delicados, proximoaos pontes de utilizac;:ao,com uma resistencia ou impedancia entre uns e outros.

A Resisteneia ou lmpedancia em serie com a linha pode consistir em urnou uma combinacao de:

a) A propria impedancia de linha, devido a sua extensao que produzindutancia ,e a resistencia do condutor. A indutancia aumenta ao passar-se oscabos por tubos de ferro.

b) Resistores colocados com tal proposito,c) Indutores, bobinados sobre nucleo de ferro ou terrlte, seja toroidal ou

em ferradura.A capacidade ou (capacitancia) propria da linhae as conex6es ern geral

ajudam a amortecer as crtstas dos transientes, mas se 0 transiente e de muita

energia, a capacitancia somente distribui essa energia em mais tempo.

Ao cortar-se a corrente de um elemento indutivo (por exemplo., urnsolenoide ou 0 bobinado de urn rele), essa corrente tendera a seguir circulando.

28CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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A energia armazenada no indutor sera:

J= 1/2 x Lx i 2

onde

J = Energia, medida em "joule".

L = tndutancia, medida em "henry".

i = Corrente no instante do corte, em "ampere".

Ao cortar a corrente do citado solenoide, digamos com um interruptor, a

corrente inicial ou de crista vai ser a mesma corrente do solenoids antes do

corte. Veja a forma de onda da figura 31. No interruptor, devido a alta tensao

W

I-

Z

I NTERRUPTOR ,~

~ SQLENOIDE 8

~f _ t - JTEMPO

31

que se gera no sole no ide, produz-se uma Iatsca, Esta Iaisca e a queda de

tensao no solen6ide absorve energia, gerando um valor, enquanto se rnantern

separados os contatos da chave, chegando ao ponto que a tensao desenvol-

vida nao chega a manter a talsca. A partir de sse ponto, se produz no

solen6ide uma onda amortecida; a corrente do solencide carrega as

capacitancias distribufdas do solen6ide e os cabos de conexao (marcado no

esquema como um capacitor, de linha-pontilhada).

Ao cessar a corrente no solen6ide, esta capacitancia esta carregada asua maxima tensao; a partir daqui, a energia armazenada nas capacitancias

volta na forma de corrente ao solenoids. Nao s6 se descarregam essas

capacitancias, como tambern a tensao entre os extremos do solen6ide se

inverte (ATEN<";AO: essa inversao de tensao pode ser prejudicial para alguns

semicondutores, se estao conectados neste circuito).

o conjunto "solenoide-capacitancias parasitas" atua como um circuito

oscilante amortecido. A amortizacao se deve a resistencia do bobinado do

solenolde:

- Par que se eleva tanto a tensao no contato, a ponto de produzir falsca?

- Ao produzir-se uma variacao de corrente num indutor, seja 8ste uma

bobina, transformador, rete, solen6ide ou inclusive a indutancia de um s6 fio

largo, gera-se uma ten sao entre seus extremos que obedece a seguinte f6r-

mula:

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 29

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v = L. .s.Ld t

Para quem nao conhece 0 significado de di/dt, esclarecemos que signi-fica a relacao (divisac) entre a variacao de corrente e 0 tempo em que ocorreuessa varlacao,

Nao e posslvel cortar instantaneamente a corrente que circula por umindutor; somente pode diminuir com maior ou menor velocidade ate chegar azero.

Se 0 tempo em que queremos cortar a corrente e muito curto, a tensaose tornara multo elevada. Esta tensao elevada provocara urna talsca nos con-tatos de uma chave ou rele. Se 0 que controla a corrente for um transistor, irase danificar. (Os transistores mais comuns podem trabalhar com 40 a 60 V;somente os especiais podem trabalhar ate 800 ou 1000 V, e poucos podemtrabalhar com maiores tens6es).

A solucao e prolongar 0 tempo de corte da corrente. Veremos um exem-plo no lema seguinte.

Quando um rele a acionado com corrente continua e deseja-sedesarrna-lo, 0 efeito indutivo do mesmo faz com que siga circulando corrente,ate que a energia que se acumulou no rela na forma maqnetica seja dissipa-da, precisamente em um elemento que abre 0 circuito.

Os eletrons tendem a seguir circulando, como indica a figura 32 (a)produzindo uma tensao negativa no extremo superior do rele, esta tensaosera tao alta a ponto de seguir conduzindo ate dissipar a energia.

CHAVE, CIRCUITO ELETRONICO

+ ou CONTATO DE OUTRO RELE'

.r.> ~J...

{ U K '.

KI

32

-(a I b)

No circuito (b), ao abrir-se 0 contato a corrente circulara pelo bobinadodo rele e pelo diodo. Como a queda de tensao no diodo polarizado em senti-

30CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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do direto e muito baixa, a tensao que deve produzir 0 contato ao abrir-se e soa tensao da fonte mais a ten sao do diodo em sentido direto.

A energia acumulada no campo rnaqnetico do bobinado do rele vai dis-

sipando-se na resistencia do bobinado, transformando-se em calor. 8aixou-se

a tensao, prolongando 0 tempo de circulacao da corrente. Esta corrente ira

diminuindo ate dissipar toda a sua energia.

Este circuito e adequado sempre que, nao nos prejudique 0 aquecimen-

to produzido pelo bobinado, nem a demora no tempo de abertura do rele.

No circuito (b) temos um diodo zener em serie com 0 diodo normal. Aqui

a queda de tensao no bobinado soma-se a queda de tensao no diodo zener,

e esta soma e pelas conex5es do circuito, exatamente igual e de sentido

oposto a tensao produzida pela dimmuicao do campo maqnetico.

Ao abrir-se 0 contato (ou rnais provavelmente, ao deixar de conduzir 0

transistor de cornutacao), a tensao que deve cortar-se e a de acionamento

mais a do diodo zener. A maior parte dessa energia dissipa-se no diodo

zener; parte del a dissipa-se tarnbern na resistencla do bobinado do rele (figu-

ra 33).

WI-

ZW

a:a:

ou

CORRENTE COM

\ D 10DO NORMAL

CORRENTE COM

010 DO ZENER

33

Usando essa disposicao junto com reles "reed" (de fechamento aciona-

do magneticamente, em banho de mercuric), e possivel operar 0 rele as

frequ€mcias de audio.

Quando 0 acionamento e por meio de transistores, estes colam-se por

simplicidade de circuito, entre 0 rele ou elemento acionador e a conexao

comum (massa).

Veja na figura 34, circuitos praticos quando 0 rele e acionado por um

transistor.

Temos em (a) 0 mesmo circuito onde substituimos a chave ou contato

por um transistor; aqui 0 transistor opera em cornutacao, quer dizer, como uma

chave; conduz ou nao conduz, sem estados lnterrnediarios. Ao conduzir acto-

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 31

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34

+ +

ZI

01

01

(a) - = - (b)

KI

na a rele; ao deixar de conduzir,0

diodo zener ajuda a descarregar a energiado campo rnaqnetico e ademais evita um excesso de tensao sabre a transis-

tor. A tensao que 0 mesmo deve suportar e pouco maior que a soma de

tensao da fonte mais a do diodo zener.

32 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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TRANSISTORES: FET E DE

POTENCIA

Os transistores de efeito de campo, ou UNIPOLARES, possuem um fun-

cionamento completamente diferente dos transistores bipolares ou de juncao.

Estes transistores unipolares baseiam seu funcionamento nas proprie-

dades das juncoes PN polarizadas em sentido inverso.

Dentro da familia de efeito de campo temos dois grupos: transistores

JFET e transist.ores MOSFET. Cada um destes grupos se subdividem em tipo

N e tipo P (N equivale a NPN e P ao PNP dos bipolares).

Os transistores bipolares convencionais apresentam uma baixa

irnpedancia de entrada. Ja os transistores de efeito de campo apresentam alta

impedancia de entrada. Outras vantagens:

- sao imunes ao ruido;

- ganho de potencia bem superior ao bipolar;

- ganho de potencia tende a aumentar com a capacidade da corrente.

i~~":"MCT'n!fE'M>lI'>5t1rTJ.U:j~

FET: Field Effect Transistor - ou transistor de efeito de campo.JFET: Junction Fet - ou Fet de juncao,

MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Fet- ou transistor de efeito de

campo de metal-oxide semicondutor.

IGFET: Insulated Gate Fet - efeito de campo com porta isolada, 13outro

nome dado ao MOSFET.

FET

Um transistor FET unipolar pode ser considerado como uma estrutura

semicondutora, cuja resistencia 13modulada pela aplicacao de um campo ele-

trico transversal. Enquanto os transistores bipolares possufam dais tipos de

portadores, lacunas e eletrons, 0 FET possui apenas um unico tipo de porta-

dores majoritarios de corrente.

Como vimos, classificamos os FET em duas categorias quanto ao seu

elemento de controle (porta). No JFET, 0 elemento de controle e obtido difun-

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 33

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dindo, numa barra de sillcio dopada, uma impureza do tipo oposto, formando

deste modo uma juncao PN.

No MOSFET, a porta e obtida construindo sobre uma barra de silicicdopada, uma camada de oxido de sillcio isolante, e sobre esta camada, depo-

sitando metal. Oaf 0 nome de MOS.

JFET

o JFET, ao receber polarizacao inversa nas portas, controlara 0 fluxo de

corrente que circula por uma regiao chamada de canal.

A regiao de canal (figura 35) e formada por siilcio (P ou N) em forma de

barra, tendo em seus extremos dois contatos 6hmicos que sao fonte e dreno

(Source e Drain). A fonte tarnbern e cham ada de supridouro, assim como a

porta tarnbem e cham ada de gate ou galilho. As impurezas sao criadas pelo

processo de difusao.

35

D

N

G

o funcionamento do JFET se baseia na

rnodulacao da resistencia 6hmica do canalN, que existe entre 0 dreno e 0 supridouro

por meio do canal P da porta.

Para entendermos isto, devemos lem-

brar que a largura da reqiao de transicao de

uma juncao varia com a tensao inversa apli-

cada a esta juncao. Logo, quanto maior a

tensao inversa aplicada, maior a largura da

reqiao ou do canal. No JFET, quanto maior a

tensao inversa aplicada, maior a largura daregiao de transicao e nesta regiao nao he.

portadores livres. Esta reqiao de translcao se

estendera para dentro do canal N, aumen-

lando a resistencia entre dreno e fonte.

Na figura 36 ilustramos como a varia-

gao da tensao inversa conduz a urn

estreitamento do canal, aumentando conse-

quenternente a sua resistencia, uma vez que

a area da secao transversal diminui. Observe

na figura que a area do canal diminuiu, au-

mentando a resistencia.

o JFET e subdividido em dois grupos:

- JFET de canal N (0 canal e N e 0 dreno e Pl.- JFET de canal P (0 canal e P e 0 dreno e N),

Na figura 37 represenlamos os dois tipos - a esquerda lemos 0 JFET

canal N. Na figura 38 vemos a simbologia do JFET.

Em aplicacoes normais, 0 JFET de canal N (0 mais usado) devera ter 0gate inversamente polarizado em relacao a fonte.

Sao necessaries duas polarizacoes: a tensao VDS que faz com que uma

corrente circule pelo canal, e a tensao VSG que faz com que as duas juncoes

fiquem inversamente polarizadas, formando uma reqiao de deplexao, que ejustamenle 0 estreitarnento do canal com 0 consequents aumento da resisten-

cia.

34 CONSERTOS DE AMPLlFICADORES

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360

0+

I+ I

+ 01~02

N N

\l\II

--I~~ 1 --, \ ~ r-

IL21 PVOS

piLi 1 P os

v : ~ n _ -v : ~ Ls s

( b)(0)

37(

FONTE (S)ONTE (S)

CORENO ( O J

-::-;-:-

~

r : - - - - - - : - ,....--I·· .-

"

, ;

P': N p 'N P t i l ,t

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GATE ( G) GATE (GJ r , l:,. "

,,

"

~ t . . : . . . . . _ _ _ : _ ~ . . . . . . . ; , . . _ _ ; _

)ORENO ( DJ

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 35

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I.lFET DE CANAL up"

38

JFET DE CANAL "N"

G

Como 0 tamanho da reqiao da deplexao e controlado pela tensao VSG,

cada acrescirno em VSG resulta na dirninuicao da corrente de dreno (10).

Conclufmos com isto que a tensao VSG controla a resistencia do canal e ao

mesmo tempo controla a corrente de dreno. 0 JFET inversamente polarizado

possui uma lrnpedancla de um rnilhao de megaohms.

Ja numa polarizacao direta, 0 JFET podera se danificar, pols produzira

quase um curto circuito, gerando intense calor.Um JFET pode ser configurado da mesma forma que os transistores

bipolares: montagem em dreno comum (dreno ao terra), montagem em fonte

comum (fonte ao terra) e montagem gate comum (gate aterrado). A montagem

mais utilizada e a fonte co mum.

Caracterlsti ca Dreno-fo nte

Na figura 39 vemos a polarizacao adequada de um JFET - a esquerda

para cada canal N e a direita para canal P.

Aumentando VGS, 0 canal produzira uma reqiao de deplexao, de formaque a corrente de saturacao sera menor. A tensao da porta age como controle,

reduzindo a corrente do dreno.

Para 0 JFET de canal P, a corrente do dreno diminui quando VGS fica

positive. Aumentando-se VGS, com 0 nfvel de corrente baixo, chega-se a um

valor apes 0 qual nao rnais havera corrente de dreno, independente da tensao

VDS.

Caracterlstica de Transferimcia

Um outre pararnetro e a caracterfstica de transterencia, que e um grafico

da corrente de dreno 10 em fungao da tensao porta-fonte, VGS, para um valor

con stante da tensao de VDS. A caracterfstica de transterencia pode ser obtida

diretamente a partir de medidas da operacao do dispositive, ou desenhada a

partir das caracterfsticas de dreno.

A caracteristica de dreno mostra que ocorre a saturacao da corrente

36 CONSERTOS DE AMPLIFICAOORES

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39

VR

V D ' S

quando se veri fica estrangulamento do canal " este estrangulamento repre-senta 0 aumento da resistencia.

Normalmente, 0 JFET e polarizado para operar ap6s 0 estrangulamento

na regiao de saturacao da corrente.

Entre as principais aplicacoes de JFET, temos as arnplificacoes de

radiofraquencias, em seletores de canais de TV e sintonizadores de FM.

MOSFET

Tarnbsrn conhecido por transistor de efeito de campo com porta isolada(IGFET), se comporta no seu funcionamento de forma analoqa ados transisto-

res JFET.

o MOSFET e um dispositive controlado por tensao (lernbre-se que os

transistores bipolares sao controlados por correntes e que as valvulas erarn

controladas por tensao).

A principal aplicacao da tecnologia MOSFET e na construcao de circui-

tos integrados.

o processo de construcao esta ilustrado na figura 40: no lado esquerdo,

ternos 0 cristal e 0 sfrnbolo do MOS canal P e no lado direito, canal N.

o processo e iniciado partindo-se de um elemento de silicic de elevada

resistividade, denominado substrato. Este dispositive e entao farmado pela im-

plantacao de um canal tipo N dentro de um substrato tipo P. Sobre este conjunto

e depositada uma fina cam ada de 6xido de sillcio (Si02). Seus terminals sao

deixados expostos, recebendo os nomes de fonte (SOURCE) e dreno (DRAIN).

Um tereeiro terminal e conectado no substrato at raves de deposicao de

uma tina cam ada de aluminio sabre a camada do isolante (6xido). Este termi-

nal e a porta (GATE).

Observe, na simbologia, que a seta do transistor e a oposto do transistor

bipolar. Assim sendo, 0 MOS de canal P, a seta sai. 0 motivo e que emtransistor de juncao, adotou-se 0 sentido convencional da corrente (do + para

o -). No FET, adotou-se 0 sentido real da corrente (do· para 0 +).

Vamos explicar 0 principio de funcionamento reportando-nos a figura41.. Estando a tensao de porta nula, nao temos formacao de canal. Com isso,

temos apenas duas jung6es PN, uma contra a outra, resultando entre fonte e

dreno uma corrente multo pequena.

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40 CANAL N

CANAL P

0)DRENO

P O R SUBSTRATO

ONTE

0)

b)b)

RENO

P SUBSTRATO

FONTE

41

Se no entanto aplicarmos uma tensao positiva a porta, teremos a gera-

((aO de um canal. A tensao de porta (VP) deve ser maior do que a tsnsao de

polarizacao VPT.

A tensao de polarizacao VPT e a tensao que, aplicada entre tonte e

porta produz uma densidade de portadores no canal, de sinal contrario aos

portadores do substrato. Oaf 0 fen6meno denominar-se inversao de popula-

( , f a a de portadores.A espessura do canal onde tem lugar a inversao de populacao e muito

estreita. Afigura 42 ilustra a situacao quando a tensao de dreno e zero.

A aplicaeao de ten sao posit iva no dreno, em relacao a fonte, taz com

que esse elemento passe a absorver portadores negativos, com a tonte repon-

do os portadores absorvidos. Estabelece-se assim um equilfbrio dinamico (fi-

gura 43).

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42

p

43

p

Maiores aumentos na tensao de dreno levam a um ponto em que 0

nurnero dos portadores negativos junto ao dreno seja zero. Temos dar a

"Constricao" do canal (figura 44). Maior tensao entre dreno e fonte aumenta a

constrtcao do canal.

44

A constricao e a apertura ou estreitamento do canal, como se observa

na figura 45.

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 39

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45

A partir do estreitamento do canal, ele passa a operar como um emissor

de portadores, injetando-os na zona de deplexao de dreno. Como os portado-

res injetados atravessam uma zona de deplexao, 0 dispositivo passa a apre-

sentar impedancia elevada.

. A figura 46 mostra 0 circuito equivalente do MaS:

46

~ PORTA

e e l l CFI l e sSU'BS-rnATO

o~----~~------~----_.------~o

- GMV: representa a condutancia do dispositive.

- GFS: representa a capacitancia do dispositive. Esta capacitancia con-

siste de 5 partes.

- CFJ: capacitancia da juncao da reqiao N, de tonte para 0 substrata.

- CPO e CPF: sao capacitancias devido a superposlcao de porta com as

regi6es de tonte e dreno. A capacitancia CPO e a responsavel pela realimen-

tagao do dispositivo.

- CE: capacitancia de entrada.

- CS: capacitancia de safda.

Em termos de contiabilidade, os transistores MOS estao acima dos

blpolares. Evidentemente que a probabilidade percentual de um dispositivo

apresentar defeito, depende em muito dos processos de Iabricacao. E ha inu-meros fabricantes de transistores MOS. Mas de um modo geral, a vida util do

MOSFET e bem longa.

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AS transistores de potencla sao projetados com um fator Beta mais bai-

xo, mas com uma capacidade de ganho de potencia multo elevada. Sua fina-

lidade e de obter uma potencia suficiente para excitar um alto-falante ou um

cinescopio de um televisor.

Como js . e de nosso conhecimento, quanto maior for a potencia de tra-balho do transistor, mais elevada sera a temperatura do involucre do transis-

tor. De fate, 0 fator que limita a potencia de trabalho e a temperatura de juncao

do coletor do transistor.

as transistores de potencia sao montados em grandes capsulas de me-

tal, a tim de ter uma area grande para dissipar 0 calor gerado pelo dispositivo.

Via de regra, os transistores de potencia devem ser montados com um

dissipador terrnico.

Quando se usa um dissipador de calor, 0 calor produzido pela potencia

dissipada pelo transistor tem uma area maior de radiacao,

Um transistor corneca a perder 0 rendimento de sua operacao, a partir

do momento em que aumentou a temperatura e ultrapassou seu limite.

Este tema se faz apropriado quando estudamos transistores de potencia,

Em todo semicondutor se produz calor em suas juncoes, 0 qual eradiado ao exterior por meio de conveccao. 0 calor radiado e tanto maior,

quanto maior for a temperatura do corpo.Para que a energia calorifica possa transmitir-se de um ponto a outro de

urn corpo, deve haver uma diferenca de temperatura entre estes pontos.

Quando existe dificuldade de transrnissao de calor, dizemos que existe uma

resistencia terrnica.

Nos semicondutores existem diversos niveis de temperatura, que sao:

(TJ - TAMB) = (TAMB - TR) + (TR - TFB) + (TFB - TC)

- TJ = temperatura da juncao

- TFB = temperatura do fundo do involucra

- TAMB = temperatura ambiente

- TR = temperatura do radiador terrnlco

- TC = temperatura da capsula

De todas as temperaturas, a mais elevada e a da [uncao e nela e que se

inicia 0 calor.Nos semicondutores, ja e de nosso conhecimento que 0 calor constitui

perda de energ.ia. Para melhor entendermos, consideraremos 0 circuito equi-

valente da figlilra 47, on de estao representados os fatores terrnicos de um

semicondutor. Sao eles:

- RTHJ-FB: resistencia terrnica entre jungao e fundo da capsula.

- RTHFB-R: resistencia termicaentre lunda da capsula e dissipador.

- RTHR-AMB: resistencia termiea entre dissipador e ambiente.

- RTHFB-AMB: resistencia terrnica entre inv61ucro e ambiente.

A Lei de Kirchoff aplicada a terrnica do semicondutor e :

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RTHF8-R

47 TJ

RTHJ ·FE

RTHR-AM8

t-----4>---- TR

T

- RTHJ-AMB ;; (RTHJ - FB) + (RTHFB - R) + (RTHR - AMB)

Deduzimos que a reslstencia total termlca sera a soma de todas as re-

sistencias internas e externas devidas as dissipacoes ..

A lei de Ohm aplicada a terrnica e :- TR = TAMB + P X RTHJ - AMB

Deduzimos que a temperatura a ser dissipada pelo radiador sera a tem-

peratura ambiente somada com a potencia dissipada em watts, multiplicada

pela soma de lodas as resistencias terrnicas internas.

Sao tres tipos: pianos, de aletas e perfilados.

Todos eles tern a mesma tuncao, que e evacuar a calor do transistor

para 0 meio ambiente, minimizando a sobrecarga tcrrnlca do dispositivo.

Na f!igura 48 ilustramos um dissipador com tados seus elementos.

Silicone

o silicone e uma pasta terrnica que deve ser colocada entre 0 corpo do

transistor e 0 dissipador, permitindo uma melhor conveccao do calor do tran-

sistor para 0 dissipador. 0 silicone (pasta) reduz a elevada resistencia terrnica

do conjunto e ainda constitui-se urn isolante eletrico,

Material do Dissipador

Os materiais rnais utilizados sao 0 alumfnio e 0 cobre. 0 alurnfnio e 0

mais utilizado e pode ser usado em duas vers6es: 0 anodizado brilhante e

anodizado enegrecido. 0 enegrecido necessita de uma menor area para man-

ter a mesma dissipacao terrnica, [a que 0 corpo escuro possui maior poder de

radiacao de calor.

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48

E muito comum encontrarmos aparelhos eletr6nicos cujo chassi e de

aluminio e foi criteriosamente projetado para servir como dissipador de calor,obtendo-se mantagens extremamente compactas.

Uma pergunta geralmente feita a respeito dos dissipadores de calor € I se

nao poderia usar dissipadores grandes, superdimensionado, desprezando os

complexos calculos de dimensionamento. Do ponto de vista funcional, pode-

ria. Existe, no entanto, 0 fator comercial, pois quanta maier for a dissipador,

mais caro ele sera, contribuindo para a elevacao do custo final do aparelho.

Como no mercado da eletr6nica existe uma competitividade muito grande a

nivel mundial, deve-se tomar cuidado de nao superdimenciona-Io no

dissipador e perder no preco do mercado.

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ANALISE DE CIRCUITOS DE

AMPLIFICADORES DE POTENCIA

lniciarernos analisando 0 circuito da figura 49 que e um amplificador

mono (a versao estereo e 0 dobro dos componentes).

r--I

II

II CI

I

I

II IIL _ _ T_J

49

02 R9

o transistor Q1 e 0 pre-arnplificador, recebendo sinal do potenciornetro

de volume.

Q1 possui um tator Beta elevado e opera na classe "A n e esta configura-do no modo coletor comum. Este estaqio possui alta irnpedancia de entrada e

baixa irnpedancia de safda. Isto equivale a um elevado ganho de corrente.

Q2 e 0 proximo transistor, tarnbem operando em dasse A. Ele prepara 0

sinal para sofrer uma maior amplificacao nos estaqios formados por 03 e 04.

03 e 04 estao configurados como emissor comum, classe B. 03 fornece

o sinal positive e 04 0 sinal negativo para 0 alto-tal ante.

44 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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Destaque importante para os componentes C4 e 01. C4 prove uma bai-

xa irnpedancia para a safda. 01 limita 0 sentido do sinal para os transistores.

Na figura 50 vemos um circuito amplificador de potencia que utiliza um

CI e transistores:

o IC 1401 e 0 pre-amplificador estereo.

o 1401 e 0 1402 formam 0 driver (excitador) estereo.

o 1403 e 0 1404 formam a etapa de saida,

Os diodos CR 1401 e CR 1402 protegem os transistores contra retornos

de corrente dos alto-falantes.

Observe que 0 circuito dispoe de um estaqio de protecao formado pelo

rele e indutor L 1401, que desarma 0 circuito caso ocorra curto circuito nasaida. Vejamos como opera 0 circuito de protecao.

o circuito de protecao no estaqio de safda contra excesso de corrente

ou de voltagem. A figura 51 ilustra esle esquema.

Se a voltagem desenvolvida no circuito de protecao for posltiva, 0 709

conduz, levando 0 711 e 0 712 ao corte. Estas condicoes leva 0 713 ao

chaveamento, desativando 0 rele K 701.

Ouando os contatos do rele K 701 estiverem desativados, os alto-falan-

tes ficam desconectados e, portanto, protegidos.

Todos os diodos desle circuito foram colocados para proteger os transis-

tores. Os resistores tem tuncao de polarizacao.

Outra analise de circuitos de potencia a a que usa transistores comple-mentares com contiquracao Darlington (figura 52).

Este circuito e do tipo push-pull onde um transistor conduz durante 0

cicio positive e 0 outro durante 0 cicio negativo.

o transistor 01 e 0 primeiro amplificador cuja funyao a preparar 0 sinal

para os estaqios seguintes.

02 e 04 formam 0 Darlington NPN enquanto 03 e 05 formam 0

Darlington PNP.

Por operarem em classe AB, estao livres da distorcao crossover.

Os resistores tem uma funcao muito importante de polarizar e fazer de-

senvolver a corrente certa sobre cada transistor, evilando distorcoes.

Para compreendermos claramente 0 funcionamento de um amplificador

Power de audio, vamos nos reportar ao diagrama em blocos da figura 53.

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 45

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50 Z

"tIc : :~

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-~~-::0

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46 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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51cvo 7 Q70a CURRENT DET,

R747

~PISAfOA DE AUDIO 110 ESTAGIO SPEAKERS

DE S AIDA

52

CONSERTOS DE AMPUFICADORES 47

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53T013 Tag T29 T27 T3T4

~

1"PRE

H2· PRE

GERADORDRIVER SAioA

CORRENTE POTENCIA

Lour

T52 T85 T35 T33 T1 T2

- - - - { > 1· PRE - 2· PRE 1-GERAOOR

- DRIVER r--- SAiDA

CORRENTE POTENCIA

J t M >ur

06. D7 D16 15

~ I R C T I F I C A - I~ I E S T A ~ I L I- - - { > OOR ZAf;AO

TODOCIRCUITO

Trata-se de um amplificador estereo que tarnbern incorpora uma secao

pre-arnplificadora. 0 esquema completo do circuito sera apresentado nos pa-raqrafos seguintes.

Observando 0 esquema eletrico da figura 54, temos a primeira etapa

que e 0 pre-arnplificador. 0 sinal proveniente de um receptor de AM ou FM, ou

proveniente de um toea-disco, ou de um gravador cassete, e acoplado ate a

base do transistor de n2 53 via capacitor 54 de 100K. Este transistor nQ53 e 0

primeiro pre-arnplificador, 0 sinal sai pelo coletor, passa pelo capacitor de

acoplamento nQ50 de 2,2 microfarad e e desenvolvido atraves de dois cornpo-

nentes: 0 resistor de 18K e 0 capacitor nQ49, 3K3. Atraves destes dois cami-

nhos que 0 sinal pode percorrer sera feita a separacao entre graves e agudos.

o potenciornetro de nQ 43 de 100K e 0 potenciometro de graves e 0

potenciornetro nQ47 tarnbern de 100K e 0 controle de agudos.

Atraves dos capacitores nQ44, nQ42 e at raves do resistor nQ48 e feita a

separacao entre graves e agudos. Todos esses sinais desenvolvidos a partir

do resistor nQ 48 e serao acoplados ate a base do transistor nil 37, via

capacitor nQ38.

Este transistor nQ37 e 0 segundo pre-arnpliticador e e at raves dele que

efetua-se 0 controle de volume. 0 sinal entra pela base e sai pelo coletor,

sen do acoplado atraves do capacitor eletrolitico nQ34 ao potenciornetro nQ40,

que e 0 controle de volume. A partir dai 0 sinal e injetado ate 0 amplificador depotencia. As componentes adjacentes a estes dois transistores tem as seguin-

tes fungoes: os resistores de polarizacao nQ 51, 41, 36 e 55; resistores de

alirnentacao nil 15, nil 26; capacitores de filtragem nil 16, 46.

A etapa de potencia ou amplificador de saida esta esquematizada na

figura 55. 0 sinal proveniente do pre-arnplificador e injetado ao resistor nQ28 e

capacitor nQ26, atingindo a base do transistor nQ22. Este transistor nil 22 tem a

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5416 ZZO

•:r 25V

lOOK

~OK y ; ; '

IKB !5

55+ 26 vee

XIOm A

I

ITlP31

II

I

lOOK

'~20100 ',ISV'

330K 68

30 r9

-~

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

49

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funcao de gerador de corrente ou seja, ele vai melhorar 0 ganho produzindo

uma corrente suficiente para ativar os estaqios posteriores. 0 sinal sai pelo

coletor desse transistor e e injetado ate a base do transistor nQ23, cuja funyao

e de excitador da etapa de salda. Este sinal saira pelo coletor e sera injetado

respectivamente nos transistores TIP 31 e TIP 32. 0 TIP 31 e 0 TIP 32 formam

uma etapa de safda em classe B, simetria complementar. Sao transistores de

potencia e cada um deles tem par funcao amplificar um semiciclo do sinal.

Por serem transistores de potencla, eles devem ser colocados em um

dissipador terrnico. Sao os transistores que podem gerar defeitos. A maxima

potencia que um transistor pode dissipar, depende da maxima temperatura

que ele pode alcancar sem se danificar e do seu encapsulamento. as transis-

tores de potencia podem ter varies tipos de encapsulamento, sendo que os

mais comuns sao 0 tipo T05, T066 e T03.

Podemos mostrar graficamente a relacao entre a temperatura ambiente

ou a temperatura que 0 transistor vai trabalhar e a quantidade de potencia a

dissipar. A curva que ilustramos na figura 56 mostra a relacao entre a poten-

cia dissipada e 0 aumento de temperatura.

a 2~ 50 100 I~ 200

TEMPERATURA (eel)

56

12~

15

1 \.--I ~! 5

I \-,

a I

1\

~5I \

«

u 5Z

(11.1

I-

o2Q_

Os amplificadores classe B utilizam dois transistores, urn deles amplifica

a parte positiva do sinal de entrada e 0 outro a parte negativa. Na ausencia de

um dos dots, teremos na safda uma grande distoryao. Na figura 57 ilustramos

urn arnplificador classe B. Para estabilizar a operacao de funcionamento, a

polaridade da base de 02 esta a 1800 fora de fase em relayao a base de 01.

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1 1-7

No primeiro semi ciclo a base de Q1 e positive com relacao ao terminal

de emissor. Assim, 0 transistor T1 conduzira.

No segundo semiciclo a jungao base-emissor do transistor estara inver-

samente polarizada (T1 nao ira conduzir, passando a conduzir T2). Destaforma, consegue-se um excelente ganho de amphficacao.

No esquema anterior, a inversao de fase foi feita at raves do diodo BA

316 colocado entre os transistores TIP 31 e TIP 32. Observe que 0 anodo

deste diodo esta colocado na base do TIP 31. Consequenternente, tara com

que 0 TIP 32 receba somente os semiciclos positives, enquanto que 0 TIP 31

recebera os negativos.

A fungao dos componentes adjacentes sao:

- 0 capacitor nQ4 tem a fungao de filtragem.

- 0 capacitor nQ8 faz 0 acoplamento ate 0 alto-falante.

- 0 resistor nQ13 tern a funcao de polarizar os emissores do par de safda.

- os resistores nQs 9 e 10 fazem a polarizacao do par de safda.

- 0 capacitor nQ47 tem por funcao estabilizar 0 ganho do transistor nQ23.

- 0 capacitor nQ 20 junto com 0 resistor nQ 19 faz a estabilizacao do

gerador de corrente (transistor 22).

Finalmente, para completar a etapa de arnplificacao, temos a fonte de

alimentacao esquematizada na figura 58.

Atraves de um transformador de torca sera produzida a tensao de 19 V AC.Com dois diodos retificadores (1N4001) temos a conversao em tensao continua

que, com a aeao da secao estabilizadora, atinge 0 valor de 26 V CC. Temos uma

retificacao onda completa. 0 eletrolftico nQ7 tara a filtragem da fonte.

o transistor BD 135, junto com um Zener de 12 V tara a geragao da

tensao de 12 V, que pode ser utilizada para alimentar 0 receptor AMJFM ou

ainda um pre-amplificador. Esta tensao de 12 V e estabilizada.

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 51

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58IN4001

17111.5

o19V

_L AC

IN4001

Zent. 12V

220 100 1000 x25V

I~V·l

II

r7 J 6 V- -: -

+ 12Vee

Os eletroliticos de 220 uF e 100 uF servem para filtrar a ten sao de 12 V.

Agora que ja temos uma descricao das funcoes dos principais compo-

nentes, vamos analisar os defeitos e os rnetodos de repara-los. Nos reportare-

mos aos circuitos descritos nos ultimos paragrafos. Se 0 transistor n2 53 que eo primeiro pre-arnpliticador apresentar-se defeituoso, teremos 0 sintoma de

ausencia total de som.

Se 0 transistor nQ 37 apresenta 0 mesmo sintoma - ausencia de som -deve estar deteituoso.

Se 0 transistor nQ 22 apresentar defeito, tarnbern teremos ausencia de

som. 0 transistor n2 23, quando defeltuoso apresenta um som ruidoso com

volume baixo.

Os transistores TIP 31 ou TIP 32, quando defeituosos, produzem um som

com distorcao, zumbidos excessivos no alto-falante e tarnbern ausencia total

de som. Pode, inclusive, queimar 0 fuslvel da fonte de alirnentacao. Isto se

deve, porque estes transistores sao de potencia e consomem toda corrente da

tonte quando entram em curto.

Os potenciometros de graves (43) e de agudos (47) pode apresentar 0

sintoma de falta de graves ou de agudos, respectivamente.

o potenciornetro de volume (40), quando defeituoso, pode produzir chi-

ados no som, ausencia de som e som muito baixo.

Se 0 resistor nQ15 estiver aberto, Ialtara som.

Se um dos seguintes capacitores estiver aberto, teremos excesso de

ruidos no alto-falante: nQ4, nQ 16, nQ33 e nQ46.

Se um dos resistores (14, 24, 45 e 26 estiver aberto, nao teremos som

ou 0 som sera muito baixo.

Se os capacitores 26 ou 54 estiverem abertos, Ialtara som.Se 0 diodo SA 316 estiver defeituoso, 0 som saira distorcido e muito

baixo.

Se 0 capacitor nQ8 estiver em curto ou aberto, nao teremos ampliticacao.

Para testarmos 0 ampliticador, devemos recorrer ao seguinte criterio:

vamos injetar sinal na base dos transistores, partindo do tim em direcao ao

corneco. Portanto, injetaremos 0 sinal no par de saida. Em seguida injetare-

52 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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mos 0 sinal na base do driver (23). Se aparecer um apito no alto-falante, elndicio de que 0 par de sa fda e 0 driver estao bons.

Nao aparecendo, suspeite dos componentes 23, do (par de sa fda) e do

diodo BA 316.

Injete um sinal na base do transistor gerador de corrente (22). Se apare-

cer 0 sinal no alto-falante, deste transistor para frente esta bom. Nao apare-

cendo, suspeite dos transistores 22 e 23.

Injete um sinal no segundo pre-arnpllflcador. 0 diaqnostico sera sempre

idantico: nao saindo 0 sinal no alto-falante, 0 defeito esta nele ou na frente.

Saindo 0 apito no alto-falante, este transistor esta bom. 0 defeito esta para tras,

Continue a injetar sinal ate localizar a ausencia - justamente a causa do

deteito. Verifique sempre os componentes adjacentes aos transistores

(resistores, capacitores e potenci6metros).

Sempre que suspeitar de um componente, retire-e do circuito e meca-o

com 0 ohmfmetro.

As rnedicoes com 0 voltfmetro, medindo tens6es CC, sao de grande

valia. Verifique primeiro se a fonte de alirnentacao esta fornecendo as tens6escom valores corretos. Para esta venticacao, voce, obrigatoriamente, tera que

ter em maos 0 esquema eletnco do aparelho. A tolerancia admissfvel e de

mais ou menos 10%.

Pode-se tambern fazer rnedicoes de tensoes no proprio transistor, com 0

aparelho ligado.

Medindo-se entre basee emissor teremos um valor baixo. Medindo en-

tre base e coletor teremos uma ten sao media e entre emissor e coletor, uma

tensao alta. Nao importa os val ores, desde que sejam mantidas estas proper-

goes.Sempre que, em um dos pontos principais encontrarmos um resultado

que nao esteja de acordo com as exiqencias do circuito, devemos deter-nos

imediatamente e realizar as provas secundarias com a finalidade de obtermos

uma indicacao mais objetiva do componente causador do defeito. Portanto,

com esses testes, poderemos isolar 0 componente defeituoso que, antes de

ser substituido, sera testado com 0 ohmimetro fora do circuito.

A cornpetencia do profissional se revela na sua capacidade de saber

distinguir perteitamente quando urn resultado deve ser considerado normal ou

anormal. E muito importante ter sempreem maos 0 esquema eletrico para

poder analisar 0 diagrama esquernatico antes de mexer no aparelho.

Resumindo a etapa de reparacao em amplificador de audio, tern os como

componentes mais provaveis a dar defeitos os seguintes:

- transistores de potencia

- transistores normais

- diodos

- capacitores eletrolfticos

- capacitores poliester/cerarnico

- resistores de maior wattagem- resistores normais

Se os resistores foram projetados com dissipacao elevada (2, 5, etc.,

watts), e porque naquele ponto do circuito deve passar uma corrente alta. E a

corrente alta que faz interromper 0 carbono de urn resistor, ou alterar sua

resistencia,

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES 53

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DEFEITOS E SOLUCOES EM

AMPLIFICADORES DE POTENCIA

A reparacao de powers de audio e basicamente a mesma tecnica em-

pregada nos demais aparelhos eletrcnicos, exceto pelo fato de se trabalhar

aqui com elevado ganho de corrente, 0 que nos leva a tomar alguns cuidados

durante as rnedicoes.

lniciaremos este assunto estudando a tecnica do pesquisador de sinais.

Uma das mais eficientes tecnicas na busca de defeitos em equipamen-

tos de som e a que tem por base 0 emprego do pesquisador de sinals de som.

Esta tecnica de pesquisa de defeitos baseia-se no acompanhamento do

sinal no circuito por meio de um instrumento apropriado que nao influa no

comportamento do aparelho em prova, mas que seja suficientemente sensivel

para poder captar todos os sinais.

A grande vantagem da tecnica de pesquisa de sinais e que efetuamos

testes dinarnicos do aparelho, possibilitando comprovar cada estaqio. Em

suma, um pesquisador de sinais e uma especie de "osciloscopio acustico",

pois em vez de vermos os oscilogramas tal qual um oscilosc6pio mostra, nos"escutamos" 0 sinal atraves dos circuitos do pesquisador.

Possibilita determinar um ponto qualquer onde 0 sinal de som deixe de

ser amplificado, onde seja introduzida distorcao ou zumbido, localizando rapi-

damente a etapa defeituosa para, dai em diante, utilizar 0 multimetro e chegar

ao componente defeituoso.

Enfim, 0 pesquisador de som capta para ele proprio, fazendo ouvir em

seu proprio alto-falante, 0 som que pode ser do amplificador, utilizando uma

fonte sonora qualquer (toea-discos, tape deck ou gerador de audio).

A ligar;:ao do pesquisador de sinais e feita conectando-se a garra jacare aoterra do aparelho sob prova e a ponta viva nos componentes do amplificador.

Inicie sempre com 0 controle de volume do pesquisador no maximo,

pois em certos pontos 0 ganho do circuito e muito fraco. Assim, abaixe 0

volume de tal forma a ter um nfvel suportavel.

Na analise de cad a ponto 0 tecnico utilizando 0 pesquisador de som,

deve ter em mente 0 seguinte:

54 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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a) se 0 sinal sonoro estiver presente na entrada da etapa analisada,

mas nao esta na saida desta etapa, 0 defeito provavelmenteencontra-se no

companente responsavel pelo pracessamento deste estaqio. Verifique trans is-

teres, diodes e cornponentes de polarizacao. Medic;:oes de tensao em seus

elementos revelarao a anormalidade.

b) se nao hauver sinal na entrada da etapa analisada, a deflciencia

estara para tras, provavelmente em algum componente de acoplamento.

c) se na salda da etapa 0 sinal estlver presente, mas na entrada da

seguinte nao, novamente a falha pode estar no componente de acaplamenta.

De qualquer maneira, na sequencia indicada deve haver algum ponte

em que alqurnaespecie de anarmalidade seja detectada e a etapa que nao

funciona corretamente separada para analise.

Quando estiver pesquisando sinais em amplificadores, a presenc;:a ou

ausencia do ruido tambern sera acompanhada e ouvida no alto talante.

Sempre que localizar uma interrupeao, zurnbido, distorcao, etc, no sam,

em determinada parte do circuito, proceda a medicao dos componentes nessamesma etapa. Nao esquec;:a de verificar tambem as componentes adjacentes

a etapa supostamente defeituosa.

Orientando-se pel a circuito do Power da figura 59.Iniciamos pelo ponto 1 que corresponde a entrada do pre-arnpliticador,

Esta rnedicao com 0 pesquisador ou com osciloscopio, i,ra determinar se 0

defeito esta no pre (circuito anterior) au no proprio Power.

No teste 2 definimos se a transistor 53 esta born ou nao, ja que estamos

medindo a coletor. Suger,imos ter como fonte geradora de sinal urn gerador de

1 KHZ, senoidal.No teste 3, se9uimos a trajeteria do sinal passando pelo capacitor de

acoplamento n!1 50. As vezes 0 capacitor esta born com a medlcao 6ilmi.ca,

mas no teste dlnamico nao eaprevado.

No teste 4,. verificamos a saida do pre, passando pelo controle de tona-

lidade, resistor 48 e capacitores 42 e 44.

No teste 5, acompanhamas a sequfmcia do sinal de audio apos passar

palo potenciornetro de controls de agudos e capacitor 38. Este sinal sera

!injetado na base do transistor 37, 0 22 pre.No teste 6, checamas a saida do transistor, Na teste 7, checamos a

acaplamenta formado par C 26, R 28 e controle de valume ..

No teste 8, testamos 0 coletar do transistor Driver n2 22. Em seguida,

partimos para 0 teste 9 do transistor gerador de corrente I'll! 23.

Finalmenle, chegamas aos transistares de potsncla TIP 31 e TIP 32. No

teste 10,. pesquisarnos a entrada do sinal na base do TIP 32, 0 que la agiilizara

o diaqnostlco, definindo oestado do diode n2 3 - BA 316,

o teste 11 veriflcara a salda flnal, form ada pelos dais transistores. Reco-

mendamos que, no caso de substituicao, 0 par de transistores deve ser trocado.

o teste 12 tara a checagem do acoplamento para 0 alto-falante

(capacitor n9 8)..

Mediyao dos Transistores

Um transistor pode apresentar os seguintes defeitos.:

-em curta;

- uma das junyoes abertas;

CONSEATOS DE AMPLIFICADORES 55

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59

+: ; ;<g

+N

<nn

z

. . .'" ~

o

56 CONSERTOS DE AMPLlFICADORES

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- com fuga:

- com valor Beta baixo.

Qualquer urn destes quatro defeitos provoca mau funcionamento do cir-

cuito, ja que 0 transistor e urn elemento ativo no circuito.

Para medir 0 transistor, usa-sa 0 "ohmiter" na escala X 100. Deve-se,

sempre que posslvel, desconecta-lo do circulto.

Mede-se de base a coletor. Num senti do deve conduzir e invertendo-se

as pontas de prova nao devers conduzir.

Em seguida, mede-se de base a emissar, adotando 0 mesmo procedi-

menta.

He. uma pequena diferenr;:a nas medir;:6es entre os transistores de silfcio

e de germanio. Nos de germanio, per possufrem maier corrente de fuga, asresistencias entre emissor e caletor sao interiores as encontradas nos transis-

tores de silicio.

Hecornenda-se evitar ohmfmetros de baixa sensibilidade ou que usem

bateria intema de alta valtagem, pais uma tensao excessiva pode danificar a

junr;:ao do transistor.

Quanto a medieao do fatar Beta do transistor, he. aparelhos apropriados

para isto. Lembramos que 0 fator Beta e uma relacao de amplificacao do

transistor. Nao dispondo deste aparelho e certlficando-se de que as rnedicoes

ohrnicas estao boas, mas a sintoma e caracterfstico do transistor, substitua-o

por outro de igual codigo au equivalente.

o teste feito com 0 ohmfmetro a chamado de teste estatico. Ja 0 teste

feito com 0 voltimetro, medindo as tens6es nos elementos do transistor, echamado de teste dinarnico.

Em qualquer tipo de transistor, a polarizacao de base-ernissor e sempre

direta e a polarizacao base-coletor a inversa.Este conceito nos ajuda a efetuar as medicoes do transistor, E , contudo,

imprescindfvel saber se ele a tipo PNP au NPN. Daremos urn exemplo de

PNP.

As rnedicoes sao:

a) ernissor-base: sendo PNP, a ponta de prova negativa deve ser aplica-

da na base. a tensao lida e pequena.

b) base-coletor: sen do PNP, a ponta de prova positiva deve ser aplicada

na base. Tensao media,c) emlssor-coletor: sendo PNP, a ponta de prova positiva deve ser apli-

cada no emissor. Tensao grande.

Das leituras obtidas, a de maior valor correspondaa rnedicao entre

coletor-emissor.

Na rnedicao de base-ernissor deve-se saber de anternao que se trata de

uma ten sao bastante pequena, da ordem de decirnos de volts.

CONSERTOS DE AMPUFICADORES 57

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A maiona dos amplificadores de potsncia possuem circuitos de prote-

cao, como mostra 0 diagrama em blocos da figllra 60. Observe que 0 amplifi-

cador principal (Power) esta interligado a um circuito limitador de corrente

que, uma vez detetando alguma anormalidade na tensao ou na corrente, aci-

onara 0 Drive do rele de protecao e 0 mesmo tara abrir 0 contato do rele K1,

interrompendo a safda de audio para os alto-falantes.

8

VR I(L l V RlIR l

NIVEL

ALTO -FALANTE

A

INOICADOR

As seguintes causas sao provaveis para atuacao do circuito de prote-

9ao:

1- Curto-circuito nos terminals dos atto-falantes.

2- Excesso de corrente no circuito do amplificador.

3- Detei.to no cireuito limitador.

4- Defeito no Drive do rete, ou ajuste do ponto de operacao do mesmo.

Os ajustes .poderao ser feitos com um voltfmetro AC e urn gerador de

audio, ligados conforme itustrado na figura 61. Geralmente, 0 tabricante forne-

ce no esquema eletrico 0 valor da tensao de saida (exemplo: 15 mV), que

devers ser ajustado no trimpot de ajuste de ruvel, um para cada canal'. 0gerador de audio devera fornecer sinal de 1 kHz.

o tecnico que possuir um osciloscopio, podera trabalhar com ele medin-

do as safdas dos transistores de potencia, conforme ilustra a figura 62.

Observe a forma de onda e verifique se ela esta livre de ruldos,

distorcao, etc, sempre com base em um sinal de 1 kHz injetado no pre do

amplificador.

58 CONSERTOS DE AMPUFICADORES

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61

Volls. AC

~ ~ ,\ l . . _ '_ _ _ _ _ " J '

62

HIIGH(+8)

OSC I LO SCOPIO

,~X-~~~-----+--~--O

PINI3

/

ALTO

HIGH{-B)

Compare sempre as dais canais e se necessano, ajuste para obter a

mesmo nivel de safda. Caso nao haja ajustes, e provavel que algum compo-

nente do canal mais baixo esteja com fuga de corrente. Devemos localiza-lo e

substltui-lo.

CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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63

60GONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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Amplificadores de elevada potencia, utilizam varies estaqios para obtero resultado final de boa amplificacao com urn minima de distorcao.

A figura 63 ilustra um exemplo com os varies blocos que descreverernosagora.

o prirneiro estaqio€ I

um amplificador diferencial, acoplado diretamente aocontrole de nivel de entrada. Deve-se dar atencao especial aos transistores Q3e 04, que fazem 0 controle da corrente quiescente do amplificador diferencial.

o proximo estagio € I um amplificador em cascata, no qual varies transis-tores sao interligados sequencialmente e cada um deles possui uma polariza-gao tal que compense a impedancia.. Basta um transistor estar com defeitopara produzir distorcces no sinal.

O 9 e 0 10 formam 0 2gestagio do amplificador diferencial. Este ampli-ficador possui ganho de tensao elevado e € I rssponsavel por manter a simetriado sinal, conforme ilustra a figura 64.

- d l.------~/'\_r_ . ... . Vo',,3 1

V;, '\, " l I b -

64

o proximo estaqio do diagrama em blocos € I formado pelo Driver, comurn 39 diferenciale um Bias para fornecer corrente de polarizacao constante.Tarnbern neste estaglc, aplica-se 0 conceito de verificar fugas nos translstorese acoplamentos capacitivos.

A etapa de potencia propriarnente dita corneca a partir do amplificadorclasse 8, formado par 0 21 e 0 28.

o pr6ximo estaqio € I um circuito de controle de picos, formado pelos Ie 1e Ie 2 que recebem uma amostra do sinal e 0 transformam em pulsos deamostragem para serem comparados com um circuito interne a fim de reduzir

as distorcoes. Este est8.gio raramente apresenta deteilo.o est8.gioprincipal e 0 classe 8 final, formado por 0 29 a 0 36. A safda

deste circulto asia ligada ao circuito de protecao torrnado par Ie 3 e reh~.Este circuito possu: ainda um rnedidor Vu digital.Sempre que substituir as transistores da etapa de safda, devera substi-

tuir todos. Caso contrario, havera distorcao no sinal, pois um deles estaraconduzindo menos corrente.

CONSEHTOS DE AMPLlF'ICADORES 61

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A figura 65 ilustra 0 esquema de potencia: Q 29 e Q 31amplificam a

nfva I alto do sinal, e Q 33e Q 35 a nfvel baixo.

65

As saidas oeorrem pelos emissores. Na safda encontramos a contato do

rele de protecao.Durante as rnedicoes, muita atencao aos resistores de baixo valor

ohmico e elevada dissipacao. No circulto em analise, os resistores que mais

queimam sao: R 83, R 85, R 67, R 71, R 75 e R 79.

Tenha 0 conceito da Lei de Ohm que se um resistor abriu, e porque 0

fluxo de corrente naquele ponto foi excessivo. Logo, investigue 0 transistor

que esta ligado nele.

62CONS.ERTOS DE AMPLIFICADORES

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Finalmente, damos na fi igura 66 umexemplo de CI de protecao para asaida dos Powers. Sempre que suspeitar do 01, verifique tambern as cornpo-nentes adjacentes a ele.

66

CONSERTOS DE AMPLIFIGADORES 63

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,.

Indice

Capitulo 1

Teoria dos Amplificadores de Potsncia (Powers) 4lntroducao 4

Classificacao dos Ampl.ificadores 4

Amplificador Classe A 4

Consideracoes Sobre 0 Transformador de Salda 7

Amplificadores Classe B 8

Circuito Inversor de Fase 13

Estagio de Saida Complementar 14

Amplificador Classe AB 15

Capftulo2

Circuitos Auxiliares nos Estaqios de Potencia 21

lntroducao 21

Regulador de Tensao 21

Deslocador de Tensao 24

Protecao Contra Sobretensao 24

Supressores de Transitorios (Surtos) de Linha de Alirnentacao 27

Supressores de Transientes Proprios 28

Amortecedores de Abertura de Reles 30

Capftulo3

Transistores: FET e de Potencia 33

Nomenclaturas 33

Transistores de Potencia 41

Dissipadores de Calor 41

Tipos de Dissipadores de Calor 42

Capitulo 4Analise de Circuitos de Amplificadores de Potencia 44

Amplificador com CI 45

Protecao Over Load 45

Configura9ao Darlington 45

Diagrama em Blocos 45

Capitulo 5

Defeitos e Solucoes em Amplificadores de Potencia 54

tntrocucao 54Pesquisador de Sinais 54

Teste com 0 ohmlmetro 57

Teste com 0 voltfmetro 57

Circuitos com Protecao ~ 58

Circuitos Com Varies Estaqios 61

64 CONSERTOS DE AMPLIFICADORES

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QUALIDADE EM CULTURA E LAZER