Oscilador de áudio com amplificador operacional (ART1011)

Um oscilador de áudio com etapa de potência usando um amplificador operacional pode ser usado em diversas aplicações práticas importantes como alarmes, prática de telegrafia, demonstrações, sistemas de avisos ou ainda como aplicação dos AOs num curso de eletrônica. O circuito que descrevemos se baseia no conhecido amplificador operacional 741, mas a mesma configuração pode ser experimentada com praticamente qualquer outro amplificador.

Descrevemos a montagem de um oscilador de áudio que excita com boa potência um alto-falante, servindo perfeitamente para as aplicações em que um tom de áudio se faz necessário como, por exemplo, prática de telegrafia, alarmes, etc.

O circuito pode ser alimentado por pilhas comuns ou fonte e tem a tonalidade do som produzido ajustada através de um potenciômetro. A tonalidade agradável do som, dada a forma de onda do sinal, torna-o o bastante eficiente em aplicações que visem chamar a atenção de pessoas.

Damos duas possibilidades de montagem, com alimentação de 9 volts e com alimentação de 12 volts, para maior potência, sendo trocados apenas os transistores de saída.

Para uma aplicação em alarme, demonstração ou ainda prática de telegrafia o conjunto pode ser montado numa caixa acústica conforme mostra a figura 1.

Sugestão de montagem numa caixa acústica pequena.

COMO FUNCIONA

A finalidade didática deste projeto torna importante a descrição detalhada do seu princípio de funcionamento.

Um amplificador operacional como o 741, pode ser montado de modo a formar um oscilador de relaxação, exatamente como um transistor unijunção ou mesmo uma lâmpada neon.

A configuração básica deste oscilador é mostrada na figura 2.

Circuito básico de oscilador de relaxação com operacional.

O ponto de disparo do 741 é determinado pelo divisor de tensão formado por R1 e R2. Estes dois resistores fixam a tensão da entrada não inversora em metade da tensão de alimentação.

Desta forma, o 741 passa a funcionar como um comparador de tensão em que na saída temos dois níveis possíveis: alto quando a tensão na entrada inversora é menor que a tensão na entrada inversora é menor que a tensão na entrada de referência e baixo ou 0V quando a tensão na entrada inversora é maior que a tensão de referência.

Ocorre, entretanto que o divisor de tensão está ligado na própria saída do operacional, em lugar do positivo da alimentação, o que significa que este circuito proporciona uma realimentação positiva.

Assim quando a tensão de entrada sobe a ponto de superar a tensão de referência, a saída comuta e a tensão de referência se altera num processo de realimentação contínua que leva o circuito a oscilação.

A frequência destas oscilações pode ser facilmente controlada pela ligação de um circuito RC na entrada inversora. Este circuito pode ser ajustado se o resistor for trocado por um potenciômetro.

Na prática, o operacional não precisa ser alimentado com fonte simétrica. A tensão de referência pode ser obtida por um segundo divisor de tensão formado por resistores.

Como a intensidade do sinal obtido na saída do operacional não é suficiente para excitar um alto-falante temos uma etapa amplificadora com transistores em simetria complementar.

Cada transistor amplifica um semiciclo do sinal, sendo então os semiciclos amplificados aplicados, via capacitor C2 ao alto-falante.

Se alimentarmos o circuito com 9 V podemos usar transistores de baixa potência como os BC548 e BC558 na etapa de saída, mas se quisermos maior potência, podemos alimentar o circuito com 12 V e usar transistores de média potência na saída como os pares BD135/BD136 ou TIP31/TIP32. Neste caso, os transistores deverão ser dotados de radiadores de calor.

MONTAGEM

Começamos por dar o diagrama completo do aparelho na figura 3.

Diagrama do oscilador.

A montagem, tendo por base uma placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

Montagem em placa de circuito.

Os leitores que desejarem fazer a montagem em matriz de contacto, já que a finalidade do projeto é didática, podem se basear na figura 5.

Montagem em matriz de contatos.

Os componentes são comuns com especificações mínimas dadas na lista de materiais. O potenciômetro ou trim pot pode ter valores na faixa de 100 k Ω a 470 k Ω.

Sugerimos a utilização de um alto-falante de 4 ou 8 Ω com pelo menos 10 cm de diâmetro para melhor qualidade de som, devendo ser instalado numa pequena caixa acústica.

Para prática de telegrafia o manipulador pode ser do tipo "profissional" ou então "fabricado" com lâmina de alumínio e base de madeira conforme mostra a figura 6.

Fabricação caseira de um manipulador.

Para a alimentação podemos usar uma fonte de 9 V com pelo menos 500 mA ou 12 V com pelo menos 1 A. Se forem usadas pilhas pequenas e o suporte de 6 unidades não for encontrado, ligue em série um suporte de 2 pilhas com um de 4 pilhas.

PROVA E USO

Basta ligar a unidade e apertar M1 na versão telegráfica. Ajuste o potenciômetro para a emissão de som na tonalidade desejada.

Para um sistema telegráfico "em duas vias" pode ser usado o circuito da figura 7.

Um sistema telegráfico de duas vias

Neste circuito, a estação remota deve ficar no máximo a 20 metros de distância, pois a resistência dos fios usados pode afetar o rendimento em distância maiores.