Circuito de muting para integrados amplificadores de potência "Overture"

Concebido para amplificadores de áudio, este circuito é compatível com a generalidade dos integrados* amplificadores de potência da série "Overture", da National Semiconductor (agora Texas Instruments), providos de mute. O seu propósito é cortar a saída do amplificador no instante em que este é desligado. Sem este circuito, o amplificador continuaria simplesmente a reproduzir durante alguns segundos, alimentado pelas reservas dos condensadores de filtro. Como é possível ver pelo diagrama da figura abaixo, trata-se de um circuito bastante simples e que requer poucos componentes: dois díodos, dois resistores, um condensador e um opto-acoplador.

O que torna este circuito fácil de implementar é o facto de não precisar de uma fonte de alimentação dedicada ou de uma tensão específica para funcionar. Faz simplesmente uso das tensões já disponíveis na fonte de alimentação do amplificador. A figura seguinte mostra o diagrama do circuito de uma fonte de alimentação simétrica, comum em amplificadores deste género. Note que Vac+ e Vac- são tensões alternas de igual valor (Vac), mas em oposição de fase (porque, para todos os efeitos, existe um ponto de massa ou de referência entre os enrolamentos secundários do transformador). As tensões Vcc e Vee são contínuas e derivam da tensão presente em cada um dos enrolamentos secundários, Vac.

Os díodos Da e Db, configurados em meia ponte, formam um rectificador de onda completa com ponto neutro. Repare que após esta rectificação não existe qualquer condensador de filtro. É fulcral que assim seja, para que o circuito deixe de operar assim que o amplificador é desligado. A tensão rectificada resultante vai alimentar o LED do opto-acoplador (ICm), através do resistor Rl. Por sua vez, o foto-transístor do opto-acoplador conduz quando iluminado pelo LED. Note que a corrente que passa pelo LED é pulsada, mas devido à alta sensibilidade do foto-transístor, este último está em condução durante mais de 90% do tempo (os intervalos em que está ao corte nunca ultrapassam 1ms). O condensador (Cm) gere o tempo de arranque/corte da saída do amplificador e, em conjunto com o resistor Rm, mantém constante a corrente debitada do pino (ou pinos) de mute do integrado (ou integrados).

A tabela em baixo especifica os componentes recomendados, de acordo com a tensão de saída dos enrolamentos do transformador (Vac) e o número de pinos a serem comandados. Os resistores têm tolerância de 5%.

Vac	Vee	Cm	Da/Db	ICm	Rl	Rm
Comando de pinos individuais
9V~	-12V	100µF 25V	1N4001	PC817	470Ω 1/2W	12KΩ 1/8W
12V~	-16V	100µF 25V	1N4001	PC817	680Ω 1/2W	18KΩ 1/8W
15V~	-20V	100µF 35V	1N4001	PC817	820Ω 1W	27KΩ 1/8W
18V~	-24V	100µF 50V	1N4001	TLP521-1	1,0KΩ 1W	33KΩ 1/8W
22V~	-30V	100µF 50V	1N4001	TLP521-1	1,5KΩ 1W	39KΩ 1/8W
25V~	-34V	100µF 63V	1N4002	PS2501A-1 PS2561A-1	1,5KΩ 1W	47KΩ 1/8W
30V~	-41V	100µF 63V	1N4002	PS2501A-1 PS2561A-1	1,8KΩ 2W	56KΩ 1/8W
Comando de dois pinos em simultâneo
9V~	-12V	220µF 25V	1N4001	PC817	470Ω 1/2W	6,8KΩ 1/8W
12V~	-16V	220µF 25V	1N4001	PC817	680Ω 1/2W	10KΩ 1/8W
15V~	-20V	220µF 35V	1N4001	PC817	820Ω 1W	12KΩ 1/8W
18V~	-24V	220µF 50V	1N4001	TLP521-1	1,0KΩ 1W	18KΩ 1/8W
22V~	-30V	220µF 50V	1N4001	TLP521-1	1,5KΩ 1W	22KΩ 1/8W
25V~	-34V	220µF 63V	1N4002	PS2501A-1 PS2561A-1	1,5KΩ 1W	22KΩ 1/8W
30V~	-41V	220µF 63V	1N4002	PS2501A-1 PS2561A-1	1,8KΩ 2W	27KΩ 1/4W
Comando de quatro pinos em simultâneo
9V~	-12V	470µF 25V	1N4001	PC817	470Ω 1/2W	3,3KΩ 1/8W
12V~	-16V	470µF 25V	1N4001	PC817	680Ω 1/2W	4,7KΩ 1/8W
15V~	-20V	470µF 35V	1N4001	PC817	820Ω 1W	6,8KΩ 1/8W
18V~	-24V	470µF 50V	1N4001	TLP521-1	1,0KΩ 1W	8,2KΩ 1/4W
22V~	-30V	470µF 50V	1N4001	TLP521-1	1,5KΩ 1W	10KΩ 1/4W
25V~	-34V	470µF 63V	1N4002	PS2501A-1 PS2561A-1	1,5KΩ 1W	12KΩ 1/4W
30V~	-41V	470µF 63V	1N4002	PS2501A-1 PS2561A-1	1,8KΩ 2W	15KΩ 1/2W

Como se depreende da tabela anterior, é possível comandar vários pinos de mute de um ou mais integrados com o circuito básico da primeira figura. Isto pode ser útil quando é necessário que esses pinos sejam comandados com absoluto sincronismo, o que acontece se o estágio de saída utilizar topologia paralela. No entanto, não é de todo necessário recorrer ao mesmo circuito de muting para gerir canais diferentes (por exemplo, em amplificadores estéreo). Nesse caso, é até recomendável o uso de circuitos de muting dedicados, partilhando os díodos entre si. Outras adaptações podem ser feitas ao circuito básico. É possível, por exemplo, implementar uma função de muting manual, apenas com a introdução de um simples interruptor em série com Rl.

* Aplica-se aos seguintes integrados: LM2876, LM3876, LM3886, LM4766, LM4780 e LM4781.

Crossover passivo CSX128

Este é o último crossover da série CSX100. Tal como os restantes, o CSX128 é um crossover de duas vias, específico para altifalantes de 8 ohms. Dada a sua frequência de transição relativamente baixa, é adequado para emparelhar um mid-tweeter com um woofer. À semelhança dos outros crossovers da série, não dispensa o uso de uma rede de atenuação (ou L-pad) caso seja necessário baixar a sensibilidade do tweeter, ou de uma célula de Boucherot para corrigir a impedância do woofer.

Parâmetros de funcionamento:
– P _nom. = 100W
– P _pc. = 150W
– Z _W = 8Ω
– Z _MT = 8Ω

Características do crossover:
– Ordem: 1
– Alinhamento: Butterworth
– Frequência de transição: 2,765KHz
– Atenuação de transição: 6,269dB

O circuito é muito simples. O condensador em série com o tweeter actua como um filtro passa-alto, ao passo que o que a bobina em série com o woofer actua como um filtro passa-baixo. Desta forma, cada altifalante recebe as frequências adequadas à sua gama de resposta.

Lista de componentes:
C – Condensador Visaton ELKO spez. 6,8µF;
L – Bobina Visaton SP 0,47mH 1mm.

A placa de circuito impresso é de face simples e pode ser preparada em casa. A sua montagem requer contudo alguns cuidados prévios. Deverá estanhar todas as pistas antes de soldar os componentes, de acordo com o layout da máscara de solda.

Links importantes:
Diagrama do circuito: http://app.box.com/s/bd82ro8tx1yhxzpllikq
Layout da placa: http://app.box.com/s/vctkajg30lmlajakq09p
Simulação: http://app.box.com/s/eiafcbh9uabeon322ktd
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Em esboço: Coluna de som "Cygnus II"

A necessidade deste novo projecto surge devido à descontinuação do altifalante W 130 SC 8 OHM da Visaton, um mid-bass necessário ao projecto "Cygnus". A nova coluna de som, Cygnus II, terá características similares às da sua predecessora. Prevê-se contudo a utilização de altifalantes diferentes: o mid-bass W 130 S 8 OHM e o tweeter DT 94 8 OHM, ambos altifalantes não blindados da Visaton.

Crossover passivo CSX160

Outro crossover da série CSX100, o CSX160 é de todos o que exibe a frequência de transição mais elevada. Tal como os restantes crossovers da série, é de duas vias e específico para altifalantes de 8 ohms. Como os demais, não dispensa o uso de uma rede de atenuação (ou L-pad) caso seja necessário baixar a sensibilidade do tweeter, ou de uma célula de Boucherot para corrigir a impedância do woofer.

Parâmetros de funcionamento:
– P _nom. = 100W
– P _pc. = 150W
– Z _W = 8Ω
– Z _T = 8Ω

Características do crossover:
– Ordem: 1
– Alinhamento: Butterworth
– Frequência de transição: 5,729KHz
– Atenuação de transição: 6,245dB

O circuito é bastante simples. O condensador em série com o tweeter actua como um filtro passa-alto, ao passo que o que a bobina em série com o woofer actua como um filtro passa-baixo. Consequentemente, cada altifalante recebe as frequências adequadas à sua gama de resposta.

Lista de componentes:
C – Condensador Visaton ELKO spez. 3,3µF;
L – Bobina Visaton SP 0,22mH 0,6mm.

A placa de circuito impresso é de face simples e pode ser preparada em casa. A sua montagem é fácil mas requer alguns cuidados prévios. É necessário estanhar todas as pistas antes de soldar os componentes, seguindo o layout da máscara de solda.

Links importantes:
Diagrama do circuito: http://app.box.com/s/1wa70rwmhmxbcoojc0sn
Layout da placa: http://app.box.com/s/shshrrm60jbg7y1mn48g
Simulação: http://app.box.com/s/6ucjpun4s5otxomjcr24
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/u1dz57dlmj6ot8r6v7nl

Crossover passivo CSX140

Hoje apresento outro crossover da série CSX100, o CSX140. Muito semelhante ao CSX118 apresentado no post anterior, este é um crossover de duas vias para altifalantes de 8 ohms. A sua frequência de transição mais alta já permite a sua aplicação em colunas que tenham tweeter. Tal como o CSX118, este crossover não dispensa o uso de uma rede de atenuação (ou L-pad) caso seja necessário baixar a sensibilidade do tweeter, ou de uma célula de Boucherot para corrigir a impedância do woofer.

Parâmetros de funcionamento:
– P _nom. = 100W
– P _pc. = 150W
– Z _W = 8Ω
– Z _T = 8Ω

Características do crossover:
– Ordem: 1
– Alinhamento: Butterworth
– Frequência de transição: 3,899KHz
– Atenuação de transição: 6,385dB

O circuito é muito simples. O condensador em série com o tweeter actua como um filtro passa-alto, enquanto que a bobina em série com o woofer actua como um filtro passa-baixo. Deste modo, cada altifalante recebe as frequências adequadas à sua gama de resposta.

Lista de componentes:
C – Condensador Visaton ELKO spez. 4,7µF;
L – Bobina Visaton SP 0,33mH 0,6mm.

A placa de circuito impresso é de face simples e, com os meios adequados, pode ser preparada em casa. A sua montagem requer contudo alguns cuidados prévios. Deverá estanhar todas as pistas antes de soldar os componentes, de acordo com o layout da máscara de solda.

Links importantes:
Diagrama do circuito: http://app.box.com/s/nh65cpg47hnynqwuncfg
Layout da placa: http://app.box.com/s/di121t32la7fhzfwq86n
Simulação: http://app.box.com/s/ot0k75tpyy92lh4obv3f
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/chxmn3aw8wdeozs8yzj5

Crossover passivo CSX118

O CSX118 é um crossover de duas vias, próprio para altifalantes de 8 ohms, criado para ser aplicado em colunas já existentes. Graças à sua frequência de transição particularmente baixa, é adequado para emparelhar um mid-tweeter com um woofer. Eventualmente pode ser necessária uma rede de atenuação (ou L-pad) para baixar a sensibilidade do mid-tweeter, assim como uma célula de Boucherot para corrigir a impedância do woofer.

Parâmetros de funcionamento:
– P _nom. = 100W
– P _pc. = 150W
– Z _W = 8Ω
– Z _MT = 8Ω

Características do crossover:
– Ordem: 1
– Alinhamento: Butterworth
– Frequência de transição: 1,884KHz
– Atenuação de transição: 6,261dB

O circuito é bastante elementar. O condensador em série com o mid-tweeter actua como um filtro passa-alto, ao passo que a bobina em série com o woofer actua como um filtro passa-baixo. Assim, cada altifalante recebe as frequências adequadas à sua gama de resposta.

Lista de componentes:
C – Condensador Visaton ELKO spez. 10µF;
L – Bobina Visaton SP 0,68mH 1mm.

A placa de circuito impresso é de face simples e, tendo os meios adequados, pode ser preparada em casa. A sua montagem é fácil mas requer alguns cuidados prévios. Deverá estanhar todas as pistas antes de soldar os componentes, conforme o layout da máscara de solda sugere.

Links importantes:
Diagrama do circuito: http://app.box.com/s/c3ymkhnr3qlkt1ks3anv
Layout da placa: http://app.box.com/s/4vezkpwvclw2okiggadp
Simulação: http://app.box.com/s/cfqa7rfolwjyxo6w6bge
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/8dscb8tppyh0slvejjcf

Em desenvolvimento: Série de crossovers passivos CSX100

Esta é uma série de quatro crossovers passivos que estou actualmente a desenvolver. Tratam-se de crossovers de 1ª ordem com alinhamento Butterworth, especificamente concebidos para altifalantes de 8 ohms.

Os respectivos projectos irão ser lançados progressivamente entre este e o próximo ano, não havendo quaisquer prazos definidos.

Testes relativos ao projecto "Monoblocus Magnus"

No passado domingo pude finalmente proceder aos testes em placa de ensaio, uma vez que já tinha todos os componentes necessários à montagem do circuito. Numa primeira fase testei os integrados LM3876 com as saídas desacopladas, verificando a diferença de tensão entre uma saída e outra com um osciloscópio. Para alimentar o circuito, utilizei um transformador convencional de 15-0-15V~ (toma central) e de 75VA (o ideal nesta situação seria utilizar um transformador toroidal de 2x25V~ e 250VA). Utilizei um leitor de MP3 como fonte de sinal.

Submeti a entrada deste amplificador experimental a uma série de sinais sinusoidais com frequências diferentes: 10Hz, 100Hz, 1KHz e 10KHz. Como é possível ver pela imagem anterior, a diferença de tensão entre as saídas teve sempre valores mínimos (raramente ultrapassando os 100mVpp com o sinal de saída na sua amplitude máxima). Neste aspecto, a escolha de resistores com 0,1% de tolerância para definir o ganho provou ser fulcral. Isto porque, num amplificador com topologia paralela como este, é essencial que a carga seja perfeitamente balanceada entre os dois integrados.

Numa segunda fase, fiz alguns testes para verificar como se comportaria o amplificador numa situação real. Com as saídas dos LM3876 acopladas, utilizei um altifalante Visaton FR 10 de 4 ohms como carga e novamente o leitor de MP3 como fonte de sinal. O som apresentou-se claro e sem qualquer distorção. O circuito de muting funcionou como esperado, embora tendo uma resposta um pouco lenta.

Amplificador de áudio "Monoblocus" (Rev. 2)

Esta é a segunda revisão do projecto "Monoblocus", já apresentado no post de 18 de Dezembro de 2011. Trata-se de uma revisão menor, dado que introduz poucas melhorias a nível do circuito. No entanto, estas têm um impacto significativo no desempenho do amplificador, pois a nova versão é mais imune a ruído e mais fiável do que as versões anteriores. Contudo, as especificações técnicas são iguais às da revisão anterior. Para além de um melhor desempenho, o novo amplificador apresenta uma estética renovada, sendo o seu desenho mais simples, sóbrio e actual.

O circuito é muito semelhante ao da revisão anterior, diferindo apenas na introdução de dois componentes. Ambas as linhas de alimentação estão providas de fusíveis (F1 e F2). Trata-se de uma medida de segurança para proteger os díodos D1 e D2 em caso de falha no isolamento entre os enrolamentos primário e secundários do transformador. A protecção dos díodos é sempre garantida por um dos fusíveis. Implementei também uma medida no sentido de tornar o amplificador menos susceptível a interferências. O condensador C1 auxilia os díodos D1 e D2 na remoção de eventuais correntes de fuga do transformador para a terra, assim como também suprime o ruído de alta frequência que possa estar presente na alimentação.

Componentes:
C1 – Condensador tipo Y2 100nF 300V~;
C2/5 – Condensador electrolítico 10mF 50V;
C3/6/8 – Condensador electrolítico 100µF 50V;
C4/7/12 – Condensador de poliéster 100nF 63V;
C9 – Condensador de poliéster 1µF 63V;
C10 – Condensador cerâmico 220pF 63V;
C11 – Condensador electrolítico não polarizado 100µF 10V;
D1/2 – Díodo rectificador 1N4005;
D3-6 – Díodo rectificador 1N5400;
D7/8 – Díodo rectificador 1N4001;
F1/2 – Fusível lento 1A;
F3/4 – Fusível lento 3,15A;
HS – Dissipador passivo de 1,2°C/W;
IC1 – Opto-acoplador TLP521-1;
IC2 – Amplificador de áudio de potência LM3876 (LM3876TF);
J1 – Conector IEC C14;
J2 – Conector RCA fêmea;
JW – Fio multifilar 26AWG;
L – Bobina de núcleo de ar 16 espiras Ø6mm 22AWG;
LP – Lâmpada de néon resistorizada 230V~;
R1 – Resistor de carvão 1,2KR±5% 1W;
R2/6 – Resistor de carvão 33KR±5% 1/8W;
R3 – Resistor de carvão 12KR±5% 1/8W;
R4 – Resistor de carvão 47KR±5% 1/8W;
R5/7 – Resistor de carvão 1KR±5% 1/8W;
R8 – Resistor de carvão 4,7R±5% 1W;
R9 – Resistor de carvão 10R±5% 1/2W;
S – Interruptor bipolar;
T – Transformador toroidal 230V~ 2x18V~ 120VA.

A placa de circuito impresso deve ser preparada pelo modo usual, seguindo os mesmos preceitos. Embora o modelo da caixa seja o mesmo, a sua furação deve ser feita segundo o novo guia. Recomendo ler as notas do projecto antes de proceder à montagem.

Links importantes:
Diagrama do circuito: http://app.box.com/s/p447tmqhnt8ll8w4dada
Layout da placa: http://app.box.com/s/hyr26htzc80709ye07xp
Guia de furação da caixa: http://app.box.com/s/c1h76355yq6nzpg68x6n
Notas do projecto (contém indicações importantes): http://app.box.com/s/1cgvk526fa6gev8vkewi
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/7qareyp95zac6xe8qi94

Amplificador de áudio "Taurus" (Rev. B1)

Esta é a terceira revisão do projecto "Taurus", inicialmente apresentado no post de 2 de Julho de 2011. É uma revisão menor, pois introduz poucas alterações ao circuito. No entanto, o impacto destas alterações no desempenho é significativo, uma vez que a nova versão deste amplificador é mais imune a ruído e mais fiável do que as versões anteriores. Esta revisão também introduz algumas melhorias a nível de estética: o novo amplificador apresenta-se mais simples, sóbrio e actual.

Parâmetros de funcionamento:
– V _{a. mín.} = 207V RMS
– V _{a. máx.} = 253V RMS
– Z _{L mín.} = 4Ohm

Características eléctricas:
– I _a. (V _a. = 230V RMS, Z _L = 4Ohm) = 994,2mA RMS
– I _a. (V _a. = 230V RMS, Z _L = 8Ohm) = 689,0mA RMS
– P (V _a. = 230V RMS, Z _L = 4Ohm) = 228,7W
– P (V _a. = 230V RMS, Z _L = 8Ohm) = 158,5W

Características de amplificação:
– Impedância de entrada: 2,481-10KOhm
– Sensibilidade de entrada: 500mV RMS
– Ganho: 30,63dB (34V/V)
– Resposta em frequência (-3dB): 12,91-120000Hz
– Potência de saída (Z L = 4Ohm): 45W
– Potência de saída (Z L = 8Ohm): 29W

O circuito é bastante semelhante ao da revisão anterior. O condensador C1, introduzido nesta revisão, auxilia os díodos D1 e D2 na remoção de eventuais correntes de fuga do transformador para a terra. Este condensador também suprime o ruído de alta frequência que possa estar presente na alimentação, tornando o amplificador efectivamente imune a ruído. Implementei medidas adicionais de segurança, para o caso de ocorrer uma falha de isolamento entre os enrolamentos primário e secundários do transformador. De forma a proteger os díodos D1 e D2, ambas as linhas de alimentação estão munidas de fusíveis (F1 e F2) pois, dependendo da posição da ficha na tomada, a fase pode estar em qualquer das linhas. Esses díodos passam a ser do tipo 1N5405, um tipo mais adequado ao calibre dos fusíveis em questão. Adicionalmente optei por corrigir o comportamento do potenciómetro de volume (R1). Os resistores R4 e R13 são agora de 3,3K. Desta forma, R1 tem um comportamento mais próximo ao de um potenciómetro logarítmico ideal.

Lista de componentes:
C1 – Condensador tipo Y2 100nF 300V~
C2/5/13/16 – Condensador electrolítico 10mF 50V;
C3/6/8/14/17/19 – Condensador electrolítico 100µF 50V;
C4/7/12/15/18/23 – Condensador de poliéster 100nF 63V;
C9/20 – Condensador de poliéster 1µF 63V;
C10/21 – Condensador cerâmico 220pF 63V;
C11/22 – Condensador electrolítico não polarizado 100µF 10V;
D1/2 – Díodo rectificador N5405;
D3-10 – Díodo rectificador N5400;
D11/12 – Díodo rectificador N4001;
F1/2 – Fusível lento 2A;
F3/4 – Fusível lento 6,3A;
HS1/2 – Dissipador passivo de 1,2°C/W;
IC1/3 – Opto-acoplador TLP521-1;
IC2/4 – Amplificador de áudio de potência LM3876 (LM3876TF);
J1 – Conector IEC C14;
J2/3 – Conector RCA fêmea;
JW1/2 – Fio multifilar 26AWG;
L1/2 – Bobina de núcleo de ar 16 espiras Ø6mm 22AWG;
LP – Lâmpada de néon resistorizada 230V~;
R1 – Potenciómetro duplo 10KR±10% 1/8W;
R2/R11 – Resistor de carvão 1,2KR±5% 1W;
R3/7/12/16 – Resistor de carvão 33KR±5% 1/8W;
R4/13 – Resistor de carvão 3,3KR±5% 1/8W;
R5/14 – Resistor de carvão 47KR±5% 1/8W;
R6/8/15/17 – Resistor de carvão 1KR±5% 1/8W;
R9/18 – Resistor de carvão 4,7R±5% 1W;
R10/19 – Resistor de carvão 10R±5% 1/2W;
S – Interruptor bipolar;
T – Transformador toroidal 230V~ 2x18V~ 225VA.

A placa de circuito impresso é semelhante à da revisão anterior e prepara-se do modo usual, tomando as devidas precauções. O modelo da caixa a usar é o referido no projecto original. No entanto, a sua furação deve ser feita de acordo com o novo guia. Deverá ler as notas do projecto antes de iniciar a montagem.

Links importantes:
Diagrama do circuito: http://app.box.com/s/f2fdhlce8rcne396vh2l
Layout da placa: http://app.box.com/s/7pns4lfcx9v02crc9xf6
Guia de furação da caixa: http://app.box.com/s/r49lcicd72lms1jaj21s
Notas do projecto (contém indicações importantes): http://app.box.com/s/27l0gctf3gkgzkl6cf5b
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/shared/m8ro7gf5z8