Em um estúdio de música existem diversos equipamentos trabalhando em conjunto. Entre eles, dois são particularmente importantes: a mesa de som e os monitores de áudio.
Os monitores são as caixas utilizadas como referência durante processos como gravação, edição e mixagem. Diferentemente de caixas destinadas principalmente ao entretenimento, monitores de estúdio procuram oferecer uma reprodução mais adequada para avaliar o áudio que está sendo produzido.
Como esses equipamentos podem representar um investimento considerável e permanecer muitos anos no estúdio, é importante utilizá-los corretamente.
Foi justamente pensando nisso que desenvolvi um circuito eletrônico para automatizar a sequência de acionamento da mesa de som e dos monitores, utilizando uma única chave.
Por que a ordem de ligar os equipamentos é importante?
Imagine que os monitores já estejam ligados e com o volume relativamente alto.
Se ligarmos a mesa de som depois deles, o transitório produzido durante o acionamento pode chegar às entradas dos monitores e ser reproduzido como aquele conhecido “estalo” ou “pop” nos alto-falantes.
Quanto maior o nível de amplificação do sistema, mais perceptível esse efeito pode se tornar.
Por isso, existe uma sequência simples que podemos adotar:
Para ligar: primeiro a mesa de som e depois os monitores.
Para desligar: primeiro os monitores e depois a mesa de som.
Essa sequência evita que os monitores estejam ativos justamente nos momentos em que a mesa está sendo ligada ou desligada.
E se quisermos ligar tudo com uma única chave?
Seguir manualmente essa sequência não é difícil.
Mas pensei em outra possibilidade: por que não criar um circuito que faça isso automaticamente?
A ideia é utilizar apenas uma chave geral.
Ao acioná-la, o circuito deve:
1. ligar imediatamente a mesa de som;
2. esperar alguns instantes;
3. ligar os monitores.
Ao desligar, queremos justamente o contrário:
1. desligar imediatamente os monitores;
2. manter a mesa ligada por mais alguns instantes;
3. desligar a mesa.
Assim, uma única ação do usuário produz duas sequências diferentes, dependendo de estarmos ligando ou desligando o sistema.
Foi para resolver esse problema que desenvolvi o circuito apresentado neste artigo.
O circuito pode ser dividido em dois blocos
Uma maneira simples de compreender o projeto é dividi-lo em dois blocos temporizadores.
Um deles controla o relé responsável pela mesa de som.
O outro controla o relé dos monitores.
Os relés são importantes porque permitem que um circuito eletrônico de baixa tensão controle o acionamento dos equipamentos.
No projeto original, utilizei relés com bobinas de 9 V, enquanto seus contatos precisam ser dimensionados para suportar adequadamente a tensão e a corrente dos equipamentos que serão controlados.
O papel dos transistores
O circuito utiliza transistores NPN de uso geral, trabalhando essencialmente entre duas condições: corte e saturação.
Podemos pensar no transistor como o elemento eletrônico que determina se a bobina do respectivo relé será ou não acionada.
Quando o transistor entra em saturação, permite o acionamento do relé.
Quando vai para o corte, o relé deixa de ser acionado.
No projeto utilizei transistores de uso geral, podendo ser experimentados componentes como BC548 e BC549, desde que observadas suas características elétricas.
Mas apenas ligar e desligar os transistores não resolveria nosso problema. Precisamos também criar os atrasos de tempo.
É aí que entram resistores e capacitores.
Como resistores e capacitores criam o atraso?
Um capacitor não atinge instantaneamente sua condição final de carga quando é conectado a um circuito através de uma resistência.
Existe um processo de carga ao longo do tempo.
A relação entre resistência e capacitância permite justamente criar o atraso necessário ao projeto.
De forma simplificada, quanto maior for a constante de tempo associada ao conjunto RC, mais lentamente determinada tensão poderá atingir o nível necessário para provocar a mudança de estado do transistor.
Essa característica permite criar um temporizador utilizando componentes muito simples.
No circuito, portanto, não precisamos de microcontrolador, programação ou sistema digital para estabelecer a sequência.
Utilizamos o próprio comportamento elétrico de resistores, capacitores e transistores.
O que acontece quando o circuito é ligado?
Quando acionamos a alimentação, queremos que a mesa de som seja ligada primeiro.
Por isso, o transistor associado ao relé da mesa é levado rapidamente à condição necessária para acioná-lo.
A mesa é então energizada.
O circuito dos monitores comporta-se de maneira diferente.
Nesse bloco, o capacitor começa a carregar através do resistor. Durante esse período, o transistor ainda não atingiu a condição necessária para acionar o relé.
Depois de determinado intervalo, a tensão evolui suficientemente e o transistor entra em saturação.
Somente então o segundo relé é acionado e os monitores recebem alimentação.
Portanto, ao ligar:
chave geral → mesa ligada → temporização → monitores ligados
É exatamente a sequência que queríamos obter.
E o que acontece quando desligamos?
Aqui está uma parte particularmente interessante do projeto.
Não queremos simplesmente repetir o atraso.
Quando desligamos a chave, os monitores devem ser desligados imediatamente, enquanto a mesa deve permanecer funcionando durante mais algum tempo.
No bloco dos monitores, o transistor é levado rapidamente ao corte e o relé é desacionado.
Os monitores deixam, portanto, de receber alimentação.
No circuito da mesa existe um capacitor de capacitância elevada que ainda possui carga armazenada. Ele começa a descarregar através do circuito associado à base do transistor.
Durante determinado período, essa descarga mantém o transistor em condição de acionamento.
Consequentemente, o relé da mesa permanece ligado por mais algum tempo.
Somente depois da descarga suficiente do capacitor o transistor vai ao corte e o relé finalmente desliga a mesa.
Assim temos:
chave desligada → monitores desligados → temporização → mesa desligada
Qual é a função dos diodos?
Os diodos também possuem funções importantes no circuito.
Em montagens que utilizam relés, é necessário considerar que a bobina é uma carga indutiva. Quando sua corrente é interrompida, podem surgir transitórios de tensão capazes de afetar o transistor responsável pelo acionamento.
Diodos podem ser utilizados para fornecer um caminho adequado para essa corrente e ajudar a proteger o circuito de controle.
No projeto também existe o diodo D3, que exerce uma função importante na separação do comportamento dos dois temporizadores, evitando que a descarga associada ao circuito da mesa interfira no bloco responsável pelos monitores.
É possível alterar o tempo de acionamento?
Sim.
Uma das características interessantes desse circuito é justamente a possibilidade de experimentar diferentes valores.
O tempo está relacionado aos valores de resistência e capacitância utilizados no temporizador.
Em um circuito RC simples, costumamos representar sua constante de tempo pela relação:
τ = R × C
onde:
τ = constante de tempo, em segundos;
R = resistência, em ohms;
C = capacitância, em farads.
Isso não significa que o relé necessariamente será acionado exatamente após uma constante de tempo, porque o transistor depende da tensão alcançada em sua base e das demais características do circuito.
Mas a relação é muito útil para compreender por que modificar o resistor ou o capacitor altera o comportamento temporal.
No próprio projeto original, os valores dos resistores e capacitores podem ser modificados para experimentar diferentes tempos de acionamento e desligamento.
Uma boa oportunidade para aprender eletrônica analógica
Esse circuito nasceu para resolver um problema prático do meu estúdio, mas ele também é um ótimo exemplo para estudar eletrônica analógica.
Em uma única montagem aparecem vários conceitos importantes:
- carga e descarga de capacitores;
- constante de tempo RC;
- polarização de transistor;
- corte e saturação;
- acionamento de relés;
- cargas indutivas;
- utilização de diodos;
- separação entre circuito de controle e carga.
O mais interessante é que esses conceitos não aparecem isoladamente.
Eles trabalham juntos para produzir um comportamento específico: uma sequência automática de acionamento e desligamento.
É justamente quando começamos a relacionar os componentes dessa maneira que deixamos de enxergar resistor, capacitor, diodo e transistor como peças isoladas e passamos a compreender o funcionamento do circuito como um todo.
Simulando o circuito antes da montagem
Outra possibilidade interessante é analisar o funcionamento utilizando um software de simulação eletrônica.
Foi isso que fiz também para demonstrar o projeto.
Na simulação podemos acompanhar as mudanças de tensão ao longo do tempo e observar como elas provocam o acionamento e o desligamento dos transistores e relés.
Também podemos modificar valores de resistores e capacitores e observar como isso altera os tempos do circuito.
Essa é uma excelente maneira de experimentar antes de partir para a montagem física.
Atenção: parte do circuito trabalha com tensão da rede elétrica
Embora o circuito de controle tenha sido alimentado originalmente por 9 V, os contatos dos relés podem comandar equipamentos ligados diretamente à rede elétrica.
Isso muda completamente o nível de cuidado necessário na montagem.
A tensão da rede elétrica pode provocar choque grave ou fatal e incêndio. Os relés, fios, conectores, isolamento, caixa e demais elementos da parte de potência precisam ser adequadamente dimensionados para a tensão e a corrente envolvidas.
Se você não possui experiência com instalações ligadas à rede elétrica, limite a experiência à parte de baixa tensão e à simulação do funcionamento do circuito.
Veja o funcionamento do circuito no vídeo
No vídeo abaixo explico o projeto com mais detalhes e utilizo também um software para simular seu funcionamento.
Esse projeto nasceu de um problema muito concreto: eu queria utilizar uma única chave sem perder a sequência correta de acionamento entre mesa e monitores.
A solução mostra algo que considero especialmente interessante na eletrônica: quando entendemos o comportamento dos componentes, podemos deixar de procurar apenas circuitos prontos e começar a desenvolver nossas próprias soluções para problemas reais.
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