ATENÇÃO: O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila de MÓDULO 4 que por sua vez, faz parte do CURSO de ELETRO ANALÓGICA DIGITAL que vai do MÓDULO 1 ao 4. A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o treinamento de eletroeletrônica poderá lhe levar. Você poderá adquirir o arquivo digital da apostila completa (16 aulas), ou ainda na forma impressa que será enviada por por correio. Entre na nova loja virtual CTA Eletrônica e veja como: www.lojacta.com.br Além de ter a apostila e estudala, tornese aluno e assim poderá tirar dúvidas de cada uma das questões dos blocos atrelados a cada uma das aulas da apostila, receber as respostas por email, fazer parte do ranking de módulos e após a conclusão do módulo com prova final, participar do ranking geral e poder ser chamado por empresas do ramo de eletroeletrônica. Saiba mais como se tornar um aluno acessando nossa página de cursos: www.ctaeletronica.com.br/web/curso.asp
APOSTILA MÓDULO 4 AULA 5 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 3 Os circuitos compressores com ajuste de threshold (limiar) Os ajustes dos compressores: threshold, ratio (faixa) e gain Os circuitos operacionais usados em equalizadores O equalizador gráfico GE400 Cygnus Amplificadore operacional com sinais balanceados Análise de defeitos com malhas simples e complexas O funcionamento do KIT M41 detector de defeitos intermitentes Baseado no circuito limitador visto anteriormente, podemos criar um circuito de compressão de sinais, para casos em que o sinal na entrada possa aumentar bruscamente levando à saturações ou distorções de sinais. Este processo é muito utilizado para locutores e palestrantes que na maioria das vezes coloca seu discurso em determinado tom, mas de repente aumenta bruscamente o tom de voz, causando níveis excessivo de sinal. A figura 1, mostra em resumo como seria um circuito compressor, que apresenta os mesmos diodos zener s no circuito de realimentação negativa, mas tendo agora em série com eles, resistores que permitem uma atenuação dos sinais a partir de um determinado nível, e não o seu corte (limitador). figura 1 P1 100KW 12V 12V R2 100KW CIRCUITO COMPRESSOR ZD1 ZD2 um total de 0,14mA que deveria estar circulando por (desprezamos a corrente circulante para dentro figura 2 P1 mínima resistência 12V 12V R2 100KW ZD1 ZD2 do operacional, pois é de alta impedância). Assim, teríamos sobre este resistor uma queda de tensão de 1,4V. figura 3 1,4V 1V 0,5V 0,5V 1V 1,4V Para o circuito, quando o nível de sinal de saída chegar a 6,8 volts sejam positivos ou negativos, acaba ocorrendo que os resistores e P1 entraram em paralelo com o resistor R2 e assim, fará uma atenuação do sinal amplificado de forma paulatina. Para entendermos melhor o que estaria acontecendo, vamos tomar como exemplo a figura 2, onde o trimpot P1 foi ajustado para mínima resistência, ficando valendo para malha, somente o resistor R 3 de 10k. Assim, se a tensão de saída chegar a 7,5 volts (positiva ou negativa) haverá uma queda de tensão de 0,7 volt sobre o resistor R 3 (6,8 volts sobre os diodos e 0,7V sobre o resistor), que daria uma corrente circulante de 0,07mA, teríamos 8V 7V 6V 5V 4V 3V 2V 1V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V FONTES AMPLIF. DE POTÊNCIA VALVULAS OPERACIONAIS DIGITAL 57
APOSTILA MÓDULO 4 Poderíamos afirmar que para este circuito, temos a queda de tensão sobre o resistor R 2 () que é uma variação de zero a 0,7 volt (positivo ou de 0,095 ma, acabaremos tendo a corrente de 0,14 negativo) que acaba gerando uma amplificação de tensão de dez vezes. Mas com o potenciômetro P1 figura 5 ajustado para máxima compressão (mínima 1,4V resistência), com um incremento de tensão de 1V entrada de 0,7 volt (perfazendo um total de 1,4 volt 0,5V para positivo ou negativo) teríamos um acréscimo de apenas 0,7 volt na amplitude final (6,8 volts 0,7 0,5V volt); a partir da variação de saída em 6,8 volts, o 1V ganho do amplificador seria igual a 1. 1,4V Colocando agora o trimpot P1 no centro (figura 4), teremos uma resistência equivalente para este 10V 9V trimpot de 50k, que somado ao resistor R 3 acaba 8V gerando uma resistência em série com os diodos 7V zener s de 60k. 6V figura 4 P1 máxima resistência 50kW 12V 12V R2 100KW ZD1 ZD2 2V 1V ma, que circularam por R 1. Assim, enquanto na entrada do circuito tivermos um sinal dobrando em Considerando agora a mesma variação de tensão amplitude (0,7 volt para 1,4 volt), na saída do de 1,4 volt (para positivo ou negativo) sobre R 1, operacional teremos uma variação de 6,8 volts para acabaremos por chegar a uma tensão de saída de 9,5 volts, ou seja um aumento de somente 30% no 9,5 volts para positivo ou negativo. sinal. Subtraindo a queda de tensão sobre o diodo ZD1 e Notem que apesar de realizada a compressão, não ZD2 que é de 6,8 volts da tensão sobre a malha que há introdução de distorção no sinal, sendo apenas será de 9,5 volts, teremos como resultante uma reduzida a forma de como a realimentação negativa tensão de 2,7 volts, tensão que cairá sobre o é feita. resistor equivalente de 60k. Calculando a corrente Na figura 6, vemos um circuito completo de um circulante por eles, teremos 0,045 ma que somada compressor de sinais, onde podemos não só ajustar R2 5V 4V 3V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 10V 12V 3k3 P1 GA ganho do sinal de entrada OP2 OP1 P2 RATIO faixa de atuação da compressão OP3 10k 12V P3 THRESHOLD ponto de limiar da compressão figura 6 58 FONTES AMPLIF. DE POTÊNCIA VALVULAS OPERACIONAIS DIGITAL
APOSTILA MÓDULO 4 figura 7 o nível de início da compressão (threshold), com a ajustar o potenciômetro de ganho no mínimo, não taxa de compressão (ratio), além do ganho de sinal. permitirá que haja a amplificação feita pelo Para entendermos melhor como o circuito funciona, operacional OP1. Apesar do circuito parecer vamos inicialmente verificar o funcionamento do relativamente complexo, uma boa estudada nos operacional OP3, que possui o ajuste P3 e duas circuitos, tornaloá simples. Ele é muito utilizado saídas. Este operacional tem um funcionamento nos meios profissionais com o nome de exatamente igual ao que nós vimos até agora, a compressor/limitador. diferença é que possui uma saída a mais que Na figura 8, mostramos algumas características de manifestase de forma inversa a saída um compressor/limitador da YAMAHA mod. convencional (notem que ela possui um círculo, GC2020C. Aproveitamos para relacionar o que foi indicando que o sinal ou tensão está saindo de estudado em um aparelho prático. forma invertida em relação a outra saída). Com o trimpot P3 (threshold) ajustado para o 1) EXP.GATE: com esse potenciômetro girado centro, teremos uma tensão de zero volt na entrada totalmente em sentido antihorário, teremos o "Não inversora" resultando também zero volt tanto f u n c i o n a m e n t o d o c i r c u i t o c o m o u m na saída normal quanto na saída invertida. Com o compressor/limitador convencional. A partir do ajuste de P3 para um potencial mais positivo, momento em que este potenciômetro é girado, haverá uma variação da saída do operacional de acendese o LED indicador "gate" e o aparelho forma inversa, permitindo assim que os diodos passa a fazer a função de expansor (repõe os sinais conduzam quando sinal chegar a um determinado que foram comprimidos para suas amplitude patamar. convencionais). A faixa de compressão poderá ser ajustada pelo 2) THRESHOLD control: Ajusta o ponto (limiar) potenciômetro P2 (ratio), ou seja, a partir de um onde começará a atuar compressão ou limitação determinado nível poderemos comprimir mais ou dos sinais. menos o sinal. 3) RATIO control: determinará a quantidade de Finalmente temos circuito de realimentação compressão aplicada ao sinal que exceder ao nível negativa formado pelo o operacional OP2, que ao determinado pelo controle de Threshold. COMP RATIO VOLTAGE SHIFTER figura 8 FONTES AMPLIF. DE POTÊNCIA VALVULAS OPERACIONAIS DIGITAL 59
APOSTILA MÓDULO 4 4) ATTACK control: determina o tempo que a Os controles de ATTACK e RELEASE, não foram compressão passará a atuar, podendo ser ajustado comentados durante nosso estudo do circuito no mínimo com cerca de 0,2 milissegundos até compressor, mas sua atuação é simples, sendo cerca de 20 milissegundos. introduzido um circuito de retardo baseado em 5) RELEASE control: determinará a velocidade capacitor (com tempo ajustado por trimpot ou que a compressão é removida, a faixa é de 50 potenciômetro) para conseguirse os tempos milissegundos até 2 segundos. indicados. Estes ajustes tornam a compreensão 6) ajuste do nível de entrada dos sinais mais suave evitando geração de ruídos. 7) ajuste do nível de saída dos sinais. A d i a g r a m a ç ã o d e b l o c o s d o COMPRESSOR/LIMITADOR da YAMAHA OPERACIONAIS EM EQUALIZADORES A figura 9, mostranos uma célula básica de um Na verdade, o circuito equalizador possui uma série circuito de filtro ativo, célula esta que compõe o de bandas de atuação com controles equipamento chamado de equalizador. Temos no independentes, como podemos ver pela figura 88. circuito o sinal sendo injetado na entrada não O circuito que possui ganho pouco maior que 1 é inversora, enquanto que na entrada inversora é formado pelo integrado, considerando a realimentado o sinal da saída, recebendo também chave S102 fechada. Quando esta chave é uma amostra do sinal do filtro de frequências, desligada, o nível de sinal sofre um aumento em circuito que dará ganho a uma determinada 6dB ou seja, dobra de amplitude, porque acaba frequência de ressonância. entrando na malha do resistor 06 (33k). figura 9 Relembrando, dizemos que se o resistor de entrada for igual ao resistor de realimentação, a resultante 10kW será do dobro de tensão de saída (veja no início do C1 estudo dos operacionais). Notem que para cada 47pF R2 47W filtro de frequência, existe um amplificador 47W operacional e diferenças entre os capacitores de R4 P1 10kW acoplamento e realimentação, para que cada um trabalhe em uma faixa específica de frequências. C2 Os capacitores de maior valor trabalharão nas FILTRO 47pF ATIVO frequências mais baixas enquanto que os de menor valor, em frequências mais altas. Podemos dizer que se ajustarmos o potenciômetro P1 para o lado esquerdo, o filtro dará ganho a uma faixa de frequência que somandose ao sinal entrará na entrada não inversora. Ajustandose P1 para o lado direito, o filtro será colocado praticamente na entrada inversora o que causará uma atenuação de sinais na faixa de frequência específica dada pelo filtro. A figura 10, mostra em detalhes como funciona o circuito de filtro, que é construído de forma simples através de um capacitor de acoplamento C1x, que limitará a frequência máxima que será realimentada e consequentemente amplificada. Notem que quanto maior o valor do capacitor C2x, mais tempo a entrada não inversora permanecerá forçando variação de nível que terá resposta na saída. Quanto menor o capacitor C2x, mais rápida será a variação presente na entrada não inversora. Com isto, o potenciômetro P1 deslocado para a esquerda, dará ganho a uma determinada faixa, pois o sinal normal mais o reforço entrarão na entrada não inversora do OP2. Quanto mais para a direita, mais o filtro estará na entrada da realimentação negativa, diminuindo o nível amplificado nesta frequência. 04 C103 OP1 02 150kW x 47W C1x C2x R2x OP2 06 figura 10 O circuito mostrado na figura 11 é um equalizador de muito boa qualidade, fabricado há muitos anos pela empresa Gradiente. O equalizador gráfico GE400, é chamado assim, pois os potenciômetros são do tipo slide (eixo de correr e não girar), propiciando que seja montado um gráfico pelo posicionamento destes potenciômetros. Possui 10 canais, com ajustes que vão de 32Hz até 16kHz. 60 FONTES AMPLIF. DE POTÊNCIA VALVULAS OPERACIONAIS DIGITAL
APOSTILA MÓDULO 4 figura 11 15v LED 101 OVERLOAD LED 802 VERMELHO LED 801 VERDE LE EQUALIZER OFF S103 C104 22mF TAPE 04 C112 22mF S101 L 2 ON 3 24 10MW 01 8k2W TAPE 1 C118 47k 06 16 W C115 330 13 22kW D102 C105 56 S102 (1/3) D101 25 13 S102 (1/3) 09 8k2W MONITOR 12 OFF S104 14 LE 17 15kW S102 (1/3) L ON 21 10kW 15V 15V C103 56 02 150kW GA 12dB 18dB C128 3k9 C126 8k2 C124 15k C122 33k C119 68k C116 120k C113 270k C109 C105 1mF C101 2,2mF 33 31 29 26 23 19 15 12 08 05 C129 220 C127 470 C125 C123 2k2 C121 3k9 C117 8k2 C114 15k C111 33k C107 68k C102 120k 5 07 W 13 4 34 W 10 03 W 9 11 5 14 2 18 13 22 9 27 5 28 2 32 9 10 W 4 W 3 W 12 W 10 W 4 W 3 W 8 6 1 14 8 6 1 8 12 14 6 32Hz 64Hz 125Hz 250Hz 500Hz Hz 2kHz 4kHz 8kHz 16kHz P110 P109 P108 P107 P106 P105 P104 P103 P102 P101 FONTES AMPLIF. DE POTÊNCIA VALVULAS OPERACIONAIS DIGITAL 61
APOSTILA MÓDULO 4 AMPLIFICADOR OPERACIONAL COM SAIS BALANCEADOS Os amplificadores operacionais são excelentes amplificadores e desbalanceadores para sinais balanceados. Os sinais balanceados (simétricos) foram estudados na aula anterior desta apostila, e vimos que eles são melhores processados devido ao baixo nível de ruído a que eles são suscetíveis. Como os amplificadores operacionais são basicamente formados por amplificadores diferenciais, poderá processar sinais balanceados, seja como amplificador normal ou amplificador inversor, podendo inclusive somar os sinais balanceados, gerando na saída um sinal desbalanceado com as mesmas informações contidas no sinal balanceado, vamos observar o circuito da figura 12. microfone ou captador magnético R2 R4 W Neste circuito temos uma bobina móvel (de um microfone por exemplo) ligada na entrada de um operacional. Em um transformador, o sinal da bobina é balanceado, sendo que na parte de baixo o sinal estará em fase, e na parte de cima em contrafase (invertido 180 ); o sinal em fase será captado pela entrada não inversora e será amplificado na saída do operacional; já o sinal em W figura 12 contrafase será captado pela entrada inversora, e este será amplificado com inversão de fase, e como ele está com 180 de defasagem, passará a ter a mesma fase do outro sinal que está com zero grau (internamente no operacional). Com isso os dois sinais serão somados, gerando apenas um sinal amplificado em fase e desbalanceado na saída do operacional. Com isto o amplificador operacional é largamente usado em circuitos balanceados, desde os préamplificadores até os amplificadores e desbalanceadores. Ele também é muito usado em circuitos de audio profissional, onde os sinais são processados e transmitidos em fase e contrafase (sinais balanceados) para minimizar a incidência de ruídos. A seguir, vamos analisar um circuito que pertence a uma mesa de som (MIX) da SSL, que é uma das maiores empresas do mundo em equipamentos de áudio profissional. O circuito em questão é um amplificador de microfone, sendo considerado apenas um canal (neste modelo de mesa, temos 30 amplificadores de microfone). O circuito completo deste amplificador pode ser visto na figura 13, cujo funcionamento mostraremos a seguir. O sinal captado pelos microfones (um para cada canal) adentra a mesa em três vias, e será conectado ao circuito amplificador através de capacitores para as entradas () e () e diretamente na referência (terra). O sinal em fase () passará pelo filtro formado por L2 e C70 e polarizará a base do transistor TR51, o sinal saírá invertido (180 ) em seu coletor, indo diretamente para o amplificador operacional IC29; este amplificador está configurado como amplificador inversor, e sua realimentação negativa é feita pelo próprio transistor figura 13 R57 100 AMPLIFICADOR DE MICROFONE DO MIX SSL 18V 15V IC31/2 IL852 15V 19 L2 15 H L1 15 H C69 2,2F C70 R78 05 4k TR51 MAT 62 C56 R69 4k 27 V 2k5 10 200 R75 200 TR52 MAT 62 12 10k 13 4k2 C82 330pF C58 330pF 08 R73 C72 10F 09 R77 47 IC29 C83 470pF R72 C59 470pF IC22 C62 220F C84 2F C45 pf C68 22F R79 180k 14 180k 17 47k R81 47k 39k V 2k5 IC30 18V 15 R79 4k7 C61 18V IC23 18V C86 16 4k7 R80 C64 C55 C85 pf 18 23 22 R83 18V 21 IC21 R84 C630 pf R76 47 18V C52 220F IC31/1 15V IL852 R82 C39 15V C38 62 FONTES AMPLIF. DE POTÊNCIA VALVULAS OPERACIONAIS DIGITAL