Aprenda a montar um amplificador estéreo de 24 W para carros (12 W por canal em 2 Ω) com circuitos transistorizados em simetria complementar. Projetado para operar diretamente na alimentação de 12 V do automóvel, este reforçador de som automotivo é um clássico projeto didático de eletrônica. Além de ensinar como dimensionar a etapa de saída e calcular a potência RMS de áudio com baixa distorção, o circuito oferece alta sensibilidade para ser excitado por rádios e toca-fitas.
Existe atualmente um certo exagero na maneira segundo a qual muitos fabricantes de equipamentos reforçadores de som para carros anunciam seus produtos, fazendo crer que, quanto maior for a potência dos mesmos, melhor será a qualidade de som. Isso fez com que a maioria dos adeptos de som em carro pensem que qualquer coisa que forneça menos de 60 W não serve para o que se deseja: um som a altura dos ouvidos mais exigentes. Nada mais errado do que isso!
É claro que, a partir do momento se pode dispor de um amplificador de grande potência, para que o mesmo seja usado num nível mais baixo em que a distorção ainda não se faça presente é altamente recomendável, e isto também se aplica ao som instalado em carros.
Veia o leitor que, quando você abre todo o volume de um toca-fitas comum e obtém uns 6 ou 8 Watts de potência, a qualidade de som geralmente não é boa, porque trabalhando em seu limite o circuito apresenta uma taxa de distorção muito elevada. O som não satisfaz não porque a potência seja insuficiente mas sim porque a distorção é exagerada.
No caso, a solução encontrada de se utilizar um reforçador de som normalmente não é adotada da maneira correta. Exibe-se um equipamento reforçador de som abrindo-se seu volume até o ponto em que não há distorção e não normalmente como se faz (erradamente) até o ponto em que os alto-falantes quase viram do avesso, mostrando um grau de distorção muito acima do tolerável mal se distinguindo os instrumentos que estão presentes na música ou o que o cantor fala (figura 1).
Com a utilização de um reforçador de som como o que sugerimos obtemos mais do que 3 vezes a potência normalmente dada por um amplificador do tipo normalmente usado na saída de toca-fitas ou rádios de FM, o que significa que, operando a 1/3 de seu volume obtemos o mesmo nível máximo de um toca-fitas comum ou rádio de FM, mas com uma diferença: com um grau de distorção muito menor, o que significa um considerável incremento na qualidade de som.
É claro que, para os casos em que o leitor não se importar com os 10% de distorção obtidos no máximo do volume (o que é perfeitamente compatível com todos os amplificadores do tipo), o volume será muito mais do que suficiente para satisfazer a todos.
A montagem deste amplificador não oferece maiores dificuldades aos que tenham certa experiência eletrônica, e sua instalação no carro é bastante simples.
Damos no projeto inclusive a maneira mais correta de se fazer a ligação do amplificador e dos alto-falantes de modo a obter seu correto funcionamento.
A potência RMS que um amplificador e fornece pode ser medida com certa facilidade se aplicarmos a entrada deste amplificador um sinal senoidal de 1000 Hz e medirmos a tensão RMS nos extremos do alto-falante.
Sendo V a tensão medida e Z a impedância do alto-falante usado, podemos calcular a potência pela fórmula:
P = V²/Z
Veja o leitor que, para os casos mínimos em que a impedância dos alto-falantes usados no carro são de 4 ohms, 6 que a tensão máxima de alimentação é da ordem de 12 V, a potência máxima teórica que um amplificador complementar pode dar num carro é:
P = (12 x 12) /4
P = 144/4
P = 36 Watts
Isto serve de alerta para os que compram amplificadores simples anunciados como capazes de fornecer potências muito maiores que esta! (por canal).
Neste circuito, a solução encontrada para se obter uma boa potência sem a necessidade de tensões mais elevadas do que seria possível num carro é a redução da impedância da carga e a utilização de transistores capazes de suportar a corrente mais elevada circulante no caso. (figura 2).
Veja o leitor que a redução da impedância de carga para 2 ohms não significa que devam ser usados alto-falantes de 2 ohms, pois estes não existem, mas sim que a associação de alto-falantes empregada tenha esta impedância, o que é muito fácil de ser obtido.
Assim, para obter-se 2 ohms em cada saída basta ligar em paralelo alto-falantes de 4 conforme mostra a figura 3 ou então 4 alto-falantes de 8 ohms conforme mostra a mesma figura.
A etapa de saída em simetria complementar empregada neste amplificador tem seu ponto de funcionamento ajustado pelo trimpot de 100 ohms 0 qual determina a corrente de repouso dos transistores de saída em 10 mA.
O fusível de 0,8 A é utilizado para proteger a etapa de saída em caso de curtocircuito acidental que eleve excessivamente a corrente no circuito. A corrente máxima drenada por este circuito é de 660 mA.
Pela sensibilidade de entrada de apenas 200 mV o amplificador pode ser excitado mesmo por fontes de sinal muito mais fracas que o rádio de FM ou toca-fitas do carro.
Isso significa que podemos fazer tanto o toca-fitas como o rádio de FM operar num nível suficientemente baixo para não haver distorções consideráveis. As características deste amplificador são as seguintes:
- Potência com carga de 4 ohms (Po) = 6,5 W
- Potência com carga de 2 ohms (Po) = 12 W
- Sensibilidade de entrada para 5 W em 4 ohms = 240mV
- Sensibilidade de entrada para 5 W em 2 ohms = 200 mV
- Impedância de entrada (Zi) = 20 k ohms
- Corrente de etapa de saída sem sinal (ICQ) = 10 mA
- Corrente de coletor da etapa excitadora (Ic2) = 80 mA
- Corrente máxima da fonte (plena potência) = 660 mA
- Frequência inferior de corte (-3 dB)= 100 Hz
- Frequência superior de corte (-3 dB) =12 kHz
O circuito além destas características possui proteção contra curto circuitos em sua saída.
O principal cuidado a ser observado neste circuito refere-se à montagem dos transistores de potência em dissipadores de dimensões apropriadas.
MONTAGEM
A montagem do amplificador foi feita numa placa de circuito impresso na qual também são instalados os transistores de potência em dissipadores de dimensões apropriadas.
Para a montagem além das ferramentas comuns que são o soldador de no máximo 30 W, alicates de corte lateral e ponta, chaves de fenda, etc., o leitor necessitará do material comumente usado na confecção de placas de circuito impresso quer seja ele em kit ou simplesmente a caneta insensível ao percloreto, a banheira e o percloreto para corrosão da placa. Experiência prévia neste tipo de trabalho é recomendada nesta montagem.
Na figura 4 temos o circuito completo deste amplificador.
Observe o choque de RF colocado em série com a alimentação cuja função é evitar que pulsos de corrente no momento da ligação do circuito possam causar danos aos transistores de saída.
Na figura 5 temos a sua montagem em placa de circuito impresso.
Os dissipadores são montados diretamente na placa de circuito impresso sendo constituídos por chapas de alumínio em forma de ”U" com pelo menos 1 mm de espessura.
Para garantir um perfeito contacto térmico entre o dissipador e o transistor deve ser usada pasta térmica.
Inicie a montagem somente depois de ter em mãos todos os componentes pois em sua função podem ser necessárias eventualmente alterações na placa de circuito impresso se os tamanhos dos mesmos ou as disposições de terminais não coincidirem com o que foi exigido na lista.
De posse de todo o material certifique-se de que a placa sugerida admite sua utilização sem problemas de colocação. Se houver necessidade de alteração em alguma ligação em vista de tamanho de componente faça-o com antecedência (figura 6).
Depois de conferida a viabilidade de se utilizar a placa recomendada confeccione-a da maneira convencional, isto é, utilizando os recursos com os quais estiver mais habituado.
Pronta a placa de circuito impresso solde em primeiro lugar os capacitores e resistores para depois soldar os transistores.
Com relação aos resistores, a não ser o de 82 ohms, todos podem ser de 1/2 ou 1/4 W com tolerância de 10%.
No caso dos capacitores, os eletrolíticos devem suportar uma tensão de pelo menos 16 V, e os não polarizados podem ser de poliéster para 250 V ou mais ou então cerâmicos para tensões de mais de 50 V.
O choque de RF deve ser confeccionado enrolando-se cerca de 100 voltas de fio esmaltado 28 AWG em um bastão de ferrite de uns 3 cm de comprimento. Seu diâmetro pode estar entre 0,5 a 1 cm. A figura 7 mostra a maneira como deve ser confeccionada esta bobina.
Observamos que por não ser este componente crítico, fios de outras espessuras próximas podem ser utilizados, e mesmo o tamanho do enrolamento pode ser alterado sem maiores consequências para o funcionamento do amplificador.
Completada a montagem e conferidas todas as ligações, uma prova inicial pode ser feita utilizando-se como fonte de alimentação a própria bateria do carro, ou se o leitor preferir trabalhar na bancada, a fonte cujo diagrama é dado na figura 8 e a realização em ponte na figura 9.
Aproveitamos para indicar o uso desta fonte a todos os que normalmente consertam rádios e toca-fitas de 12 V e necessitam desta tensão na bancada.
Sugerimos também esta fonte para os que possuam rádios ou toca-fitas de automóvel e o desejam ligados à rede de 110 ou 220 V.
Um alto-falante de 4 ohms x 10 W é usado como carga para o amplificador (um em cada canal, ou então se o leitor fizer a prova separadamente, ligando primeiro a um depois a outro canal).
Como fonte de sinal para as provas iniciais o leitor pode usar o próprio toca-fitas ou receptor de FM de seu carro, ou então o seu radinho portátil. A maneira de se ligar estes aparelhos às entradas do amplificador é mostrada na figura 10.
Para ajustar o ponto de funcionamento das etapas de saída deste amplificador você precisará de um multímetro o qual será colocado numa escala capaz de medir uma corrente de 10 mA (Use inicialmente a escala de 0-60 ; 0-100 ou 0-150 mA). O multímetro será ligado primeiramente num canal e depois no outro, nos pontos indicados na figura 11.
Devem ser então ajustados separadamente os dois trimpots um de cada canal para que, sem sinal na entrada, a corrente acusada seja de 10 mA.
Após ajustada a corrente de repouso em 10 mA passe o multímetro para uma escala maior de corrente (acima de 500 mA) e aplique sinal a entrada do amplificador ligando o toca-fitas, rádio de FM, ou rádio portátil. Você poderá então verificar o nível de som do amplificador se bem que, na prova, com uma carga de 4 ohms ele esteja fornecendo uma potência em cada canal de pouco mais da metade do especificado como máximo. Esta prova servirá, entretanto, para você ter uma ideia de como o aparelho funcionará em seu carro.
Ajustado e comprovado o funcionamento do amplificador sua instalação definitiva poderá ser feita.
Na figura 12 damos sugestão para uma caixa que possui apenas 2 controles: uma chave que liga desliga a alimentação do amplificador, e uma chave que permite a utilização direta do amplificador do toca-fitas ou FM sem o uso deste, ou então permite a sua utilização como reforçador.
Não há controle de volume neste amplificador porque o volume é controlado diretamente no toca-fitas ou rádio de FM.
Na figura 13 temos sugestões para ligações de alto-falantes em seu carro como este amplificador, inclusive com a instalação de uma chave adicional de "dimensão" que permite fazer o sistema funcionar com os canais separados lateralmente ou de frente para trás, quando em estéreo.
Evidentemente a qualidade de som de seu carro pode ainda ser incrementada com a utilização de divisores de frequência, equalizadores, etc.
Lista de Material
Q1 - BC549 ou BC239 (2 unidades)
Q2 - BDI36 ou BD138 (? unidades)
Q3 - BC238 ou BC548 (2 unidades)
Q4 - 80433 ou TIP41 (2 unidades)
Q5 - BD434 ou TIP42 (2 unidades)
R1 - 10 k ohms x 1/4 W - resistor ( marrom, preto. laranja)
R2 - 68 k ohms x 1/4 W- resistor (azul, cinza, laranja
R3- 120 k ohms x 1/4 W- resistor (marrom,.vermelho, amarelo)
R4- 560 ohms x 1/4 W - resistor (verde, azul, marrom)
R5 - 560 ohms x 1/4 W - resistor ( verde, azul, marrom)
R6 - trimpot de 100 ohms
R7 - 150 ohms x 1/4 W - resistor ( marrom. verde, marrom)
R8 - 2.2 ohms x 1/4 W- resistor ( vermelho, vermelho, dourada
R9 - 82 ohms x 1 W - resistor (cinza, vermelho. preto)
C1 - 0.1 uF - poliéster ou cerâmico
C2 - 100 uF x 16 V - eletrolítico
C3 – 470 uF x 16 V - eletrolítico
C4 - 0,01 uF - poliéster ou cerâmico
C5 - 3,3 nF - poliéster
C6 – 1000 uF x 16 V - eletrolítico
C7 – 1000 uF x 16 V- eletrolítico (uma unidade apenas)
F - fusível (ver texto)
CH - ver texto
Diversos: placa de circuito impresso, dissipadores, fios, solda, terminais de entrada e saída. suporte para fusível. interruptor para .a alimentação, etc.
