Polarização do transistor em um pequeno amplificador de áudio

Existem diferentes formas de polarizar um circuito amplificador com o uso de resistores, como a polarização fixa, polarização com resistor no emissor e por divisor de tensão. Aqui vamos projetar uma etapa amplificadora com 2 transistores bipolares em polarização fixa. Os transistores que serão utilizados no projeto são o BC549 e TIP 32, ambos bipolares, sendo NPN e PNP respectivamente.

A análise inicia pela chamada reta de carga do transistor BC 549. Essa informação consta no datasheet desse componente. Através da reta de carga será definido o chamado ponto quiescente, que é aquele onde o transistor irá operar. Como a intenção é realizar um projeto onde o mesmo desempenhe o papel na amplificação de áudio, existe a necessidade de procurar uma área do gráfico onde essa amplificação seja linear. Pois caso contrário, o amplificador terá muitas distorções apresentadas em sua saída. Foi então definida a alimentação a ser utilizada – 9 Volts – e foi traçada uma reta vermelha até a corrente de coletor arbitrada no valor de 40mA. Desta forma, o ponto quiescente (Q) foi definido 150 µA.

Gráfico Ic x VCE usados para encontrar a reta de carga e o ponto quiescente

Fonte: Datasheet do BC549 – Adaptado por Baroni, 2023.

Resistores de Polarização

Como já dito, a polarização utilizada no circuito amplificador é do tipo polarização fixa. Esse tipo de polarização está sujeita a instabilidades principalmente no tocante ao calor gerado pelo transistor, fato esse que pode levar a instabilidades durante o funcionamento. Abaixo encontra-se o circuito amplificador que foi projetado em classe A com os dois transistores, NPN e o PNP.

Circuito amplificador classe A.

Fonte: Baroni, 2023.

Cálculo dos Resistores de Polarização

O transistor TIP32 é do tipo PNP e foi ligado ao outro transistor através do chamado acoplamento direto. O coletor do TIP32 foi ligado ao alto-falante. O circuito foi montado na matriz de contatos e teve seu funcionamento verificado. Como foram realizados testes em bancada por curtos intervalos de tempo, não foi instalado dissipador de calor no transistor.

Montagem prática do amplificador classe A na matriz de contatos

Fonte: Baroni, 2023.

A polarização realizada no transistor NPN (BC 549) pode ser alterada com a consequente modificação do valor dos resistores. Se for alterado o valor de RB, o ponto quiescente se move sobre a reta, como mostrado na figura abaixo (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013).

Movimento do ponto Q com valores de IB

Fonte: BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 152.

Pode-se também aumentar o valor de RC e nesse caso haverá um deslocamento diferente da reta de carga. Pois, “se VCC for mantido fixo e RC aumentado, a reta de carga se deslocará como ilustrado na figura a seguir.” (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 152).

Efeito na reta de carga e ponto Q no aumento do valor de RC

Fonte: BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 152.

Uma outra possibilidade para deslocar a reta de carga, é diminuir a tensão de alimentação,. Dessa forma, ao se manter fixo os valores dos resistores também haverá deslocamento da reta de carga (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013).

Efeito de valores menores de VCC na reta de carga e ponto Q

Fonte: BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 152

Capacitor de Acoplamento

Foi utilizado um capacitor de acoplamento no valor de 100nF de poliéster na entrada do circuito. Desta forma, não haverá instabilidades associadas com a componente contínua (CC) junto a fonte origem do sinal de áudio (um MP3 player, por exemplo).

NPN ou PNP

Ademais, mencionamos que o mesmo circuito que fora projetado poderia funcionar com transistores complementares aos utilizados. Ou seja, um transistor NPN poderia ser trocado por um PNP com as mesmas características e vice-versa. Porém, haveria necessidade de inverter a polaridade da fonte de alimentação e algum outro componente polarizado que estivesse sendo usado no circuito, como um capacitor eletrolítico, por exemplo. Ou seja, mesmo utilizando “[…] um transistor NPN, as equações e os cálculos se aplicam igualmente bem a uma configuração com transistor PNP, bastando para isso que invertamos os sentidos de correntes e polaridades das tensões.” (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 146).

Como Medir a Potência

Realizadas as montagens podemos verificar qual a potência RMS conseguida em cada um dos circuitos, ao alimentar com tensões diferentes. Uma forma simples de realizar essa medição é com o uso de resistores, de tal forma que a resistência ôhmica seja igual a impedância que se deseja simular.

Importante: É fato que resistência e impedância são conceitos diferentes. A impedância leva em consideração efeitos capacitivos e reativos, já a resistência não. Pode-se citar como exemplo a tentativa de medir diretamente a impedância de um alto-falante com o uso de um multímetro. Essa leitura não será precisa, pois estamos medindo somente a resistência ôhmica e não levando em consideração a parcela da reatância indutiva e até da reatância capacitiva (parasita no caso de um alto-falante).

Assim, é possível realizar um cálculo rápido para verificar a máxima potência que um amplificador de áudio pode alcançar. Pois com a medição da corrente consumida pelo circuito amplificador e a tensão aplicada na sua alimentação é possível chegar ao máximo de potência que poderia ser atingida.

O cálculo deve ser realizado seguindo a fórmula de potência, como segue:

P = V x I –> Potência = Tensão x Corrente

Porém, esse é um cálculo teórico e não leva em consideração nenhum tipo de perda. Mas ele serve para mostrar que não é possível criar energia do nada. Desta maneira, em teoria, a máxima potência que poderia ser conseguida seria o produto entre tensão e corrente.

A forma mais correta e utilizada pela indústria de amplificadores é medir a potência chamada RMS (root mean square ou eficaz). Ela corresponde a quantidade de energia que um amplificador pode entregar a uma carga trabalhando com um sinal em forma de senoide (senoidal).

Para se realizar essa medição são necessários alguns itens:

– Gerador de funções capaz de gerar ondas senoidais na frequência de 1KHz.

– Um multímetro que possua escala de Volts – CA.

– Resistor ou banco de resistores de forma a ser conseguida uma resistência ôhmica igual à carga do amplificador. Além do mais, deve-se levar em consideração a potência máxima possível de ser alcançada pelo amplificador para que os resistores possuam potência de dissipação dentro desses parâmetros.

Assim, há necessidade de que o resistor suporte a potência máxima de saída do amplificador. Porém, é sabido que os maiores resistores comerciais que podem ser encontrados situam-se na casa dos 50 Watts de potência de dissipação. Dependendo da aplicação, 50 Watts pode ser um valor pequeno. Então melhor seria estar preparado para medir potências em amplificadores mais potentes.

Sendo assim, é possível adquirir 15 resistores no valor comercial de 120 Ω x 5 Watts, cada um. Após isso, realizar a ligação em paralelo desses resistores de forma a obter uma resistência equivalente de 8 Ω, conforme cálculo mais adiante. Esse cálculo foi realizado através da fórmula usada para encontrar o valor da resistência equivalente em um circuito com associações em paralelo. Uma vez que os resistores podem ser associados em série ou paralelo. Sendo que na associação em série, a resistência equivalente corresponde ao somatório de todas as resistências ligadas.

Analisando o circuito abaixo, pode-se ver que todos os resistores estão sendo alimentados com a mesma tensão.

Resistências associadas em paralelo

Fonte: CARVALHO; SILVA, 2015.

Dessa forma temos:

A corrente que flui da bateria se divide ao encontrar os resistores. A intensidade com que a corrente irá circular por cada um dos resistores está ligada ao valor de cada um dos resistores. Mas segundo a Lei de Kirchhoff, a soma das correntes que entram em um nó é igual a soma das correntes que saem do nó.

Então, utilizando a Lei de Ohm (I = V / R) é possível reescrever a fórmula acima de outro jeito:

Como a tensão V está multiplicando todos os elementos, é possível usar um recurso da matemática chamado evidência e assim colocar a tensão em evidência.

Em seguida, a tensão que estava multiplicando passa para o lado esquerdo da igualdade, porém como divisão.

Pela Lei de Ohm, sabe-se que V = R x I ou R x I / V.

Passando o R para o outro lado ele vai dividindo e tem-se:

Assim substitui-se na última fórmula acima onde Ifonte / V e tem-se:

Então provada a fórmula para cálculo da resistência equivalente para ligações em paralelo, há necessidade de aplicar a mesma nos valores de resistores anteriormente citados para se chegar até as resistências necessárias para testes dos circuitos amplificadores.

Como os denominadores são todos iguais não há necessidade de realizar o MMC, dessa forma tem-se:

Quanto à potência máxima suportada por esse conjunto de 15 resistores em paralelo, temos. Novamente lembrando a Lei de Kirchhoff:

A fórmula de potência é P = V x I, ou reescrita, temos:

Substituindo na fórmula que chegou-se com a Lei de Kirchhoff:

Como o denominador é o mesmo para toda a sentença, tem-se:

Assim, fica provado que a potência é subdividida na ligação em paralelo e a associação dos resistores que serão utilizados na medição de potência chega ao seguinte cálculo:

15 resistores x 5 Watts = 75 Watts

Esses cálculos foram realizados para o primeiro conjunto de resistores que totaliza uma carga de 8 Ω, Caso a impedância desejada para os testes seja de 4 Ω, é possível realizar a construção de uma outra associação de forma a obter um conjunto que suporte uma potência máxima também elevada. Dessa forma, com 11 resistores de 47 Ω x 10 Watts, chega-se a uma resistência equivalente de 4,7 Ω, um valor aproximado de 4 Ω com o uso de resistores de valores comerciais.

Quanto à potência máxima suportada por esse conjunto de 11 resistores em paralelo, temos:

11 resistores x 10 Watts = 110 Watts

Para realizar o teste de bancada da medição da potência devem ser seguidas as seguintes etapas:

– Injetar um sinal senoidal na entrada do amplificador na frequência de 1000 Hz (1KHz). Esse sinal pode vir de um gerador de sinais ou então gerado através de um software como o Sound Forge.

– Ajustar o amplificador no volume máximo, caso o mesmo possua controle de volume.

– No lugar do alto-falante ligar a ponte de resistores que foi mostrada de acordo com a impedância que se deseja utilizar: 4 ou 8 ohms.

– Ligar a tensão de alimentação do amplificador.

– Com um multímetro na escala tensão AC, medir o valor que está sendo lido. O ideal nesse teste é utilizar um multímetro true RMS.

Maior Tensão de Trabalho, Maior Potência de Saída

Segundo a fórmula da potência, tem-se que P = V x I. Se a tensão ou a corrente aumentarem, a potência resultante também aumentará. Dessa forma, o circuito amplificador montado pode ter sua tensão elevada e dessa forma será conseguida uma potência maior de saída. Sem refazer os cálculos dos resistores de polarização fixa, no Circuit Maker a tensão foi aumentada de 9 Volts para 12 Volts (em destaque na imagem abaixo). A potência sonora conseguida foi então aumentada também segundo mostra a figura.

Efeito do aumento da potência sonora com o aumento da tensão de alimentação do amplificador.

Fonte: Desenhado e testado no Circuit Maker por Baroni, 2023.

Referências bibliográficas

BOYLESTAD, Robert; NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11a Edição: São Paulo: Pearson, 2013.

CARVALHO, Antônio Carlos Lemos; SILVA, Davinson Mariano. Laboratório de eletrônica analógica e digital. 1a Edição: São Paulo: Senai SP, 2015.

A Amplificação do Sinal de Áudio

Os transistores são componentes muito importantes na história da eletrônica justamente pelo fato de tornarem possível a amplificação dos sinais. É bem verdade, que antes deles as válvulas desempenhavam esse papel. Mais especificamente as válvulas triodo, tetrodo e pentodo e outros modelos com mais elementos. Já que a válvula diodo não amplifica os sinais, mas tão somente funcionava da mesma forma que o diodo de estado sólido que temos hoje em dia.

No início da década de 30, o tetrodo de quatro elementos e o pentodo de cinco elementos ganharam destaque na indústria de válvulas eletrônicas. Com o passar dos anos, esse setor tornou-se um dos mais importantes, obtendo rápidos avanços em termos de projeto, técnicas de fabricação, aplicações de alta potência e alta frequência e miniaturização (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 115)

Porém, com o transistor foi possível realizar a amplificação de sinais através de um componente de estado sólido.

Os transistores bipolares tidos como de pequena potência, normalmente têm o seu encapsulamento (ou invólucro) de plástico. São componentes usados com sinais de pouca intensidade e que por isso não aquecem em funcionamento. Como exemplo, temos: BC 549 e BC 238.

Uma categoria acima desta mencionada é composta pelos transistores bipolares de média potência. Esses componentes algumas vezes possuem o corpo totalmente ou parcialmente metálico. São invólucros apropriados para a instalação de dissipadores calor. Como exemplo, temos: TIP 32 e TIP 41.

Existe ainda um outro nível, onde encontram-se os chamados transistores bipolares de alta potência. São componentes criados para trabalharem com níveis maiores de tensão e corrente, resultando desta forma em mais potência. É normal seu invólucro ser totalmente metálico, pois esquentam muito em funcionamento e é imprescindível o uso de um bom dissipador de calor na maior parte das aplicações. Como exemplo, pode-se citar o 2N3055. Esse componente aparentemente possui tão somente 2 terminais, porém o terceiro elemento está ligado à sua carcaça. Esse terminal é o coletor, que normalmente é o elemento que mais esquenta. Dessa forma, existe uma melhor transferência de calor para o ambiente. Respaldando essas informações, Boylestad e Nashelsky (2013), citam: “Os transistores de construção mais robusta são dispositivos de alta potência, enquanto os que possuem um pequeno encapsulamento metálico (na forma de chapéu) ou estrutura de plástico são dispositivos de baixa ou média potência.” (p. 136).

Variedades de transistores bipolares

Fonte: BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013.

Ganho dos Transistores

Uma das medidas de ganho é chamada de beta cc que é definido pela razão entre a corrente corrente contínua (CC) do coletor e a corrente corrente contínua de base. Tem que: “o beta cc é conhecido também como o ganho de corrente porque uma baixa corrente da base controla uma corrente muito maior do coletor.” (MALVINO; BATES, 2007, p. 194).

Os transistores bipolares trabalham com a amplificação de correntes e dessa forma existe uma outra nomenclatura chamada de parâmetros h, ou como é muito conhecido hFE em vez de beta cc. Não podendo esquecer “[…] dessa relação porque as folhas de dados usam o símbolo hFE para o ganho de corrente.” (MALVINO; BATES, 2007, p. 211).

Veja que esses parâmetros são iguais, onde: βcc = hFE

O ganho de corrente é a principal vantagem de um transistor e tem encontrado todos os tipos de aplicação. Para os transistores de baixa potência (abaixo de 1W), o ganho de corrente é tipicamente de 100 a 300. Os transistores de alta potência (de mais de 1W) têm geralmente ganhos de 20 a 100. (MALVINO; BATES, 2007, p. 194)

Testes dos Transistores

Para realizar o teste de transistores existem três maneiras diferentes: por meio do traçador de curvas, usando medidores digitais e com o uso do multímetro.

Com o uso multímetro, é muito simples realizar o teste dos transistores. Porém, com o uso desse instrumento os resultados são mais limitados. Basicamente esse teste consiste em interpretar o transistor bipolar como dois diodos. O aparelho deve estar em uma escala intermediária de medida de resistência, como x100, por exemplo.

Para facilitar a análise do resultado desse teste, o uso de um multímetro analógico é mais indicado. Pois há necessidade de identificar na leitura se a resistência entre os terminais é alta ou baixa, e assim com um multímetro analógico basta olhar a região que se encontra a agulha do instrumento.

Realizar o teste do transistor com o multímetro

Fonte: Adaptado por BARONI, 2022

A mesma lógica pode ser aplicada a um transistor do tipo NPN. Dessa forma, realiza-se o teste do transistor como se estivesse testando diodos individualmente. Caso as pontas de prova entre os terminais base e coletor, assim como base e emissor sejam invertidas, o resultado esperado é o contrário ao mostrado na imagem acima. Assim, a inversão das pontas de prova entre os terminais coletor e emissor sempre gera uma alta resistência nos transistores bipolares.

Configuração de Amplificadores de Acordo com a Classe

Os circuitos amplificadores são divididos em categorias que são chamadas de classes. Dessa forma, são representados por uma série de letras: A, B, AB, C (usada só em radiofrequência), D, G e H. As classes definem padrões e características sobre as quais os circuitos funcionam. Abaixo estão listadas as principais características das três primeiras classes, que são as mais usuais em áudio, são elas A, B e AB.

Classe A

Os amplificadores que operam nessa classe trabalham com todo o ciclo do sinal para então ser amplificado. Dessa forma, existe uma limitação grande no quesito potência que pode ser conseguida com essa configuração. Na prática o rendimento de circuitos nessa classe situa-se em torno de 20%. Por estarem sempre em condução, os transistores podem aquecer bastante. Em compensação, nessa classe temos os melhores resultados sonoros, sem apresentarem distorção por crossover. Então “essa classe de operação caracteriza-se pela baixa distorção e baixo rendimento. Os transistores da etapa de potência ficam constantemente em condução.” (BORTONI, 2000, p. 64).

Região de trabalho de um amplificador operando em classe A.

Fonte: BOYLESTAD; NASHELSKY (2013)

Classe B

Os circuitos amplificadores que atuam com o uso dessa classe conseguem uma maior potência de saída, porém sob a pena de uma maior distorção. Nessa classe o sinal a ser amplificador é dividido entre dois transistores. Então cada um deles amplifica um semiciclo da onda. Ao final, ambos os transistores entregam seus semiciclos ao alto-falante. Como os semiciclos são separados para a amplificação, enquanto um transistor está conduzindo o outro está inoperante. Dessa forma, o aquecimento final é menor e o circuito apresenta maior rendimento se comparado com um circuito classe A. Porém, devido à forma como os transistores são polarizados, eles não interpretam corretamente os sinais situados entre o 0V e 0,7 Volts, pois nessa região os transistores são inoperantes.

Assim, temos que “cada braço da etapa de saída opera apenas por um semiciclo do sinal, o que nos faz concluir que durante o outro semiciclo o braço oposto estará fora de operação.” (BORTONI, 2000, p. 66).

Representação do bloco de operação push-pull.

Fonte: BOYLESTAD; NASHELSKY (2013)

Classe AB

Os amplificadores que operam na classe AB procuram tirar o melhor dos benefícios de ambas as classes. Ou seja, buscam a qualidade sonora da classe A, porém com o maior rendimento proporcionado pela classe B (BORTONI, 2000).

No circuito classe A toda a onda é amplificada pelo transistor, dessa forma são amplificados os seus 360o. Na classe B, como já descrito, cada transistor realiza a amplificação de metade da onda ou um semiciclo, levando a 180o. No circuito de classe AB os transistores são polarizados um pouco acima da região de corte onde o transistor é inoperante. Dessa forma, é amplificado uma onda menor do que 360o, porém maior que 180o.

E assim “na prática, os amplificadores Classe AB são levados a operar com características próximas ao da Classe B, com ajuste de polarização (Bias) feito no intuito de minimizar a distorção por crossover.” (BORTONI, 2000, p. 70).

Resistores de Polarização

Para que os circuitos amplificadores possam funcionar de maneira adequada há necessidade de uma correta definição de tensões e correntes nos vários pontos do circuito. Não existe mágica na amplificação dos sinais alternados – CA, levando-os a um aumento na sua amplitude.

É comum imaginarmos que o transistor é um dispositivo mágico capaz de aumentar o valor da entrada CA aplicada sem o auxílio de uma fonte de energia externa. Na verdade, qualquer aumento em tensão, corrente ou potência CA é resultado de uma transferência de energia das fontes CC aplicadas. (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 144)

Dessa forma, é possível compreender que existe uma análise de CA e CC na definição dos diferentes valores dos resistores que irão levar ao ponto que deseja-se polarizar o transistor (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013).

O ponto em que irá se definir como o ideal para funcionamento do circuito é chamado de ponto quiescente, também representado pela letra Q maiúscula. Onde “[…] por definição, quiescente significa em repouso, imóvel, inativo.” (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 145).

Capacitores de Acoplamento

Os capacitores são componentes eletrônicos que possuem a capacidade de reter cargas. No passado eram chamados de condensadores, nome esse que não é utilizado nos dias atuais na língua portuguesa.

Portanto, o “capacitor é um elemento passivo projetado para armazenar energia em seu campo elétrico.” (SADIKU; ALEXANDER, 2013, p. 190).

A essência da construção de um capacitor são duas armaduras metálicas responsáveis por armazenar as cargas elétricas. Pois “um capacitor é formado por duas placas condutoras separadas por um isolante (ou dielétrico).” (SADIKU; ALEXANDER, 2013, p. 190).

Um capacitor consegue armazenar mais cargas quanto maiores forem essas armaduras, e também o quanto mais próximo elas estiverem uma da outra, ainda sem se tocarem. Além disso, varia também de acordo com o material isolante existente entre as armaduras.

“… três fatores determinam o valor da capacitância:
1. A área das placas – quanto maior a área, maior a capacitância.
2. O espaçamento entre as placas – quanto menor o espaçamento, maior a
capacitância.
3. A permissividade do material – quanto maior a permissividade, maior a
capacitância.” (SADIKU; ALEXANDER, 2013, p. 191).

Existem diferentes tipos de capacitores e os nomes tem sua origem na sua constituição. Por exemplo, temos capacitores de poliéster que possuem como elemento separador das armaduras um tipo de poliéster. Esse elemento entre as armaduras se chama dielétrico. Além disso, a maior parte dos capacitores não possui polaridade. A exceção fica por conta dos capacitores eletrolíticos que possuem polaridade e não deve ser esquecida sob a penalidade de perda do componente caso aconteça. A unidade de medida dos capacitores é o Farad em homenagem a Michael Faraday e representada pela letra F (CARVALHO; SILVA, 2015).

Porém 1 Farad é um valor muito elevado e a maior parte das vezes é preciso representar valores bem menores. Assim, utilizamos os seus submúltiplos, onde temos:

µF – Microfarad / nF – Nanofarad / pF – Picofarad

Em respeito à capacitância, temos que “[…] é a razão entre a carga depositada em uma placa de um capacitor e a diferença de potencial entre as duas placas, medidas em farads (F).” (SADIKU; ALEXANDER, 2013, p. 190).

O capacitor é um componente amplamente utilizado nos circuitos de áudio. E falar em áudio nós devemos pensar em corrente alternada. Pois esse sinal possui uma forma de onda que se inverte de acordo com a informação musical. E os capacitores, segundo uma propriedade chamada de reatância capacitiva, permitem a circulação de corrente alternada. Considerando o valor da capacitância fixa como exemplo, essa circulação será mais intensa quanto maior for a frequência da corrente alternada que circula pelo componente.

A tensão de saída do coletor de um estágio é alimentada diretamente na base do estágio seguinte por meio de um capacitor de acoplamento CC. O capacitor é escolhido de modo a garantir que bloqueie sinais CC entre os estágios e atue como um curto-circuito para qualquer sinal de CA (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 175)

Cálculo do Valor dos Capacitores de Acoplamento

O valor dos capacitores de acoplamento em circuitos amplificadores está diretamente associado com valores que não interfiram nas frequências de saída do amplificador. Ou seja, deve ser um valor que permita a passagem da componente alternada (CA – áudio), dentro da frequência que o amplificador se propõe a funcionar. Considerando um capacitor de acoplamento para uma saída de um circuito que se propõe a amplificar uma guitarra, por exemplo, podemos presumir que a frequência a ser atingida deve ser algo entre 1KHz a 5KHz (1000 Hz a 5000 Hz).

Os autores Boylestad e Nashelsky (2013) demonstram como podemos analisar a reatância capacitiva em um circuito de áudio. Assim, “para demonstrar que os capacitores são realmente equivalentes a um curto-circuito na faixa de áudio, devemos substituir uma frequência bem baixa de 100 Hz na equação de reatância de um capacitor de 56 μF.” (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 291)

Cálculo da reatância capacitiva do capacitor de acoplamento.

Fonte: BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013.

Desta forma, se for um amplificador a ser utilizado por uma guitarra elétrica podemos adotar o valor de frequência de 100 Hz (feito acima), valor bem menor do que a frequência mais baixa da guitarra. Segundo a fórmula da reatância capacitiva foi calculado o valor de 28,42 Ω. Portanto, “um valor de 28,42 Ω comparado ao de quaisquer impedâncias nessa área é certamente pequeno o suficiente para ser ignorado. Frequências maiores terão efeito ainda menor.” (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 175).

Capacitores de Desacoplamento

O capacitor pode se comportar como um circuito aberto ou uma resistência bem baixa. Tudo depende de como o mesmo está ligado, tipo de corrente (CA ou CC) e seu valor. Capacitores de desacoplamento são usados em diferentes aplicações. Como em um circuito amplificador que seja alimentado com pilhas. Nele existe um capacitor em paralelo com a fonte de alimentação. Nesse cenário, em algum momento a pilha ficará fraca e nessa hora é importante o uso desse capacitor que virá a eliminar possíveis oscilações da fonte no circuito evitando roncos na saída de áudio. Esse efeito é chamado de motorboarding.

Ainda dentro de fontes de alimentação é comum o uso de capacitores de elevadas capacitâncias. A intenção é eliminar resquícios da corrente alternada da rede elétrica residencial. Nesses casos, é comum o uso de capacitores eletrolíticos de elevadas capacitâncias. Devido à forma como são constituídos esses componentes, eles geram algum tipo de indutância (bem leve) e por essa razão é comum também haver um capacitor de desacoplamento do tipo cerâmico ou poliéster em paralelo de forma a curto-circuitar esse espúrio gerado, já que os mesmos deixam passar os sinais de alta frequência.

Em circuitos de áudio é comum também encontrar esse capacitor ligado, por exemplo, em paralelo com resistores de polarização do transistor. O resistor de polarização do emissor, por exemplo, fixa o ponto de funcionamento correto. O capacitor em paralelo com ele gera o efeito de ser possível abaixar a impedância da entrada e com isso se obtém maior ganho.

Manual de identificação dos terminais

Existe uma variedade transistores muito grande no mercado. Dessa forma, é comum o uso de um manual para identificar os diferentes transistores. Muitos anos atrás existiam manuais de transistores onde era possível encontrar essas informações.

Manual de transistores

Fonte: Acerto do autor – BARONI, 2022

Em tempos de internet, a situação se tornou bem mais fácil. Hoje basta digitar o código do componente ou buscar pelo datasheet e imediatamente conseguimos obter uma série de detalhes sobre o mesmo.

Buscando informações sobre os componentes na internet.

Fonte: Busca no Google pelo termo BC549

Dissipação de calor

Como não existe um condutor perfeito, sempre há alguma oposição à passagem da corrente elétrica. Além do mais, estamos tratando de transistores que são formados por partículas semicondutoras. Os semicondutores geram uma média oposição a passagem da corrente elétrica. Assim sendo, é comum esses componentes esquentarem quando em uso, principalmente se trabalharem próximos aos seus limites de funcionamento.

Portanto, “a máxima potência suportada por um dispositivo específico e a temperatura das suas junções estão relacionadas, uma vez que a potência dissipada pelo dispositivo provoca um aumento de temperatura em sua junção.” (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 589).

Em se tratando de amplificadores de áudio, quanto maior a potência que está sendo trabalhada há a tendência de que também aumente a temperatura de trabalho do transistor (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 589).

Para lidar com o calor, os transistores possuem alguns mecanismos usados durante sua construção. Normalmente o cristal que mais sofre com o aquecimento é o coletor. Por isso nos transistores onde o invólucro seja de metal, o coletor está ligado eletricamente ao mesmo. Isso visa ajudar a dissipação de calor do coletor.

Além do mais, os “transistores de potência são montados em grandes encapsulamentos de metal para permitirem uma grande área pela qual o calor gerado pelo dispositivo possa irradiar (ser transferido)” (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 589).

Os transistores são normalmente resfriados através do contato com o ar. Então dessa forma é importante que eles possuam um invólucro maior para existir um contato mais íntimo com o ar. Porém, criar um componente maior tão somente para essa função seria exagero, pois o mesmo ficaria mais caro e teria maiores dimensões o que atrapalharia seu uso em outras aplicações onde ele não aqueça da mesma forma. Então a solução adotada foi instalar o que é conhecido como dissipador de calor ou radiador de calor nesses componentes (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013).

Esses transistores possuem em seu invólucro um furo por onde instala-se um parafuso com porca para prender adequadamente o dissipador de calor. Os radiadores de calor são feitos de alumínio, já que esse material tem a capacidade de dissipar melhor o calor.

Quando o dissipador de calor é utilizado, o transistor que dissipa potência tem uma área maior para irradiar (transferir) o calor para o ar, o que mantém a temperatura do encapsulamento em um valor muito menor do que resultaria sem o uso de dissipador (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2013, p. 589)

É comum o uso de uma pasta térmica entre o componente e o dissipador. Essa pasta possui a cor branca e é constituída de silício. Já foi dito que é comum a parte metálica do invólucro do transistor estar eletricamente ligada ao coletor. Dessa forma, também é aconselhável utilizar o que é conhecido como isolante de mica entre o componente e o dissipador. Esse isolante deixa passar o calor, mas não conduz eletricidade.

Referências bibliográficas

BOYLESTAD, Robert; NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11a Edição: São Paulo: Pearson, 2013.

BORTONI, Rosalfonso. Amplificadores de Áudio. 1a Edição: Rio de Janeiro: H Sheldon, 2002.

CARVALHO, Antônio Carlos Lemos; SILVA, Davinson Mariano. Laboratório de eletrônica analógica e digital. 1a Edição: São Paulo: Senai SP, 2015.

MALVINO, Albert e BATES, David. Eletrônica. 7a Edição: Porto Alegre: Mc Graw Hill, 2007.

SADIKU, Matthew e ALEXANDER, Charles. Fundamentos de circuitos elétricos. 5a Edição: Porto Alegre: Mc Graw Hill, 2013.

Transformando uma esponja condutora em uma balança experimental para sua bancada. Ideia simples.

Você já pensou em montar uma balança caseira? Pois é. Saiba que é possível fazer umas boas experiências com o uso de esponjas condutoras. Esse tipo de esponja é encontrado em embalagens de circuitos integrados dos mais variados tipos.

Com o uso de um pequeno multímetro é possível testar o seu funcionamento. E para uso definitivo, pode-se construir um pequeno circuito cuja saída sensibilize um instrumento do tipo miliamperímetro.

Eu até gravei um pequeno vídeo falando mais detalhes sobre essa esponja.

Veja que no meu caso, a esponja veio de uma embalagem de microprocessador. Ficando claro que é algo descartado, ou seja, normalmente não é utilizado. E assim, conseguimos dar um novo uso para a pequena esponja.

Como resfriar o ESC do seu aeromodelo – Dica simples e útil – Pode ser modelo de depron ou balsa

Durante o voo em um aeromodelo uma das vantagens do vento que a hélice produz é resfriar o motor. E você não precisa fazer nada para que esse processo ocorra. É algo natural do voo. Ou seja, enquanto estiver voando o vento produzido pela hélice somado ao vento do deslocamento do modelo levará uma boa quantidade de vento ao motor, ajudando assim a resfriar o mesmo.

Porém surge uma questão. E como fazemos para resfriar o ESC? Pois o ESC, ao contrário do motor, normalmente está localizado em um compartimento mais escondido. Esse lugar é dentro do avião – aeromodelo. Ele costuma fica próximo da bateria, que também aquece durante o uso e não tem nenhuma ventilação.

Pensando nisso eu fiz uma adaptação na porta de acesso onde está o ESC e a bateria. Embora a minha preocupação maior seja resfriar o ESC e não a bateria. Afinal, ela aquece, mas nem tanto.

O meu aeromodelo Cesna possui um compartimento na parte de baixo que é acessado por meio de uma pequena porta. Esse modelo é de isopor depron e isopor P3. O que fiz nessa pequena porta de acesso foi instalar, também com depron, pequenas aletas que levam o vento para dentro desse lugar. Na parte traseira da porta fiz 2 furos por onde o ar sai. O melhor de tudo é que não impactou em nada o voo, que transcorre da mesma forma.

Para fazer as aletas da entrada de ar utilizei depron de bandeja de frios, como queijo e presunto. Sim, esse material das bandejas é depron e pode ser encontrado dessa forma em espessura bem finas, exatamente o que precisava. Colei tudo com cola Epóxi de 2 componentes. Os dois furos na parte traseira foram feitos com um material cilíndrico e quente (ficou perfeito).

Para que você veja, fiz o vídeo abaixo. Afinal, uma imagem vale mais que mil palavras. Depois deixe o seu comentário no vídeo falando o que achou da engenhoca.

De onde vem o apito do motor sem escovas (brushless) Um motor pode reproduzir áudio?

Sempre que ligamos a bateria em um modelo, seja ele aero, nauti ou auto, ouvimos um apito logo no início desse processo. Esse apito tem um padrão que ao ouvirmos sabemos que tudo foi conectado corretamente e o modelo está pronto da o funcionamento. Algumas vezes o apito pode ter um padrão diferenciado e assim indicando que algo está errado. Além disso, esse apito pode servir também para fazer configurações no ESC. É verdade. Os ESCs podem ser configurados. E isso é feito ligando e desligando sua alimentação por meio do direcionamento dos apitos. Procure um manual de ESC que você verá a quantidade de coisas que podem ser configuradas dessa forma (não são todos os ESCs que possuem isso).

Bom, se ouvimos um apito é sinal que existe algum dispositivo que gera esse áudio. Algo como um alto-falante, certo? Sim, existe! Mas quem é responsável pelo apito? Seria o ESC, o receptor ou até o motor?

Para responder essa pergunta precisamos falar sobre a constituição de um alto-falante. Esse dispositivo possui um fio enrolado para formar uma bobina. Essa bobina se atrai ou repele em relação a um ímã permanente. Essa é a configuração de um alto-falante de bobina móvel. Seu princípio de funcionamento é o seguinte. O cientista Oersted descobriu que quando a corrente elétrica circula por um fio condutor, uma das consequências é a geração de um campo magnético no entorno desse fio. Então se pegarmos o fio e transformarmos em forma de bobina podemos acumular esse campo.

A corrente por meio da polaridade de uma bateria pode circular em 2 sentidos diferentes. Ou seja, ligando o positivo de um lado e o negativo da alimentação no outro. E depois invertendo essas ligações. Assim, o campo magnético tem a opção de atuar atraindo e repelindo com o ímã permanente do entorno. Esse é o princípio básico do alto-falante.

E aí eu te pergunto. Na estrutura elétrica de um modelo elétrico. Quem tem exatamente essa estrutura que expliquei? O motor! Ele é quase um alto-falante. Só que ao invés da bobina ficar indo de trás para frente ela faz um eixo se movimentar. Dentro de um motor nós temos fio enrolado, ou seja, bobina. Temos também ímã permanente. Ou seja, tudo o que um alto-falante também tem.

Então ao ligar a bateria no circuito do ESC, um sinal sonoro é gerado pelo ESC e reproduzido pelo motor, que atual como um alto-falante. Você pode até perceber que durante os apitos o motor dá uma pequena movimentada. Assim, vemos que existe uma corrente circulando por alguma bobina do motor gerando um campo magnético. Esse campo interage com o ímã permanente.

Ah, lembre-se que isso vale para qualquer motor. Embora a estrutura construtiva do motor sem escovas seja diferente do motor com escovas, a constituição deles é parecida. Sendo assim dá até para ouvir música usando um motor elétrico no lugar do alto-falante. Duvida? Então veja nesse vídeo a experiência que eu fiz. Você vai se surpreender.

Dica sobre a construção de eixos para barcos de controle remoto – Nautimodelismo

Um assunto que volta e meia meus amigos modelistas questionam é sobre a instalação do eixo que aciona o hélice em um barco ou navio. O ponto de dúvida surge principalmente na questão de como fazer para a água não entrar dentro do barco. Afinal, pelo ponto por onde sai o hélice (sim, é masculino em náutica), seria um local possível da água entrar dentro do barco fazendo-o inundar. Para explicar de uma forma bem didática, vou usar um exemplo bem interessante. Vamos fazer uma vitamina de banana. O que acha?

Você pega o ‘copo’ do liquidificador e coloca banana, açúcar e leite. Opa, aí vem a sacada da explicação. Na hora que você coloca o leite o líquido não vaza pela parte inferior. Mas como? Pois afinal, tem ali uma hélice e deve haver alguma folga nela, pois caso contrário ela não iria se movimentar (girar). Chamamos isso de ‘gaxeta’. Existem ali elementos que permitem o movimento da hélice, mas ao mesmo tempo o leite (no caso do liquidificador) não passa. Mas é bem verdade que se você deixar a vitamina batendo no liquidificador por um período longo, por vezes até algumas gotinhas podem ser vistas. Sim, um pouco pode vazar, especialmente se se liquidificador for antigo. Pois nesse caso sua gaxeta está precisando de revisão.

Esse mesmo princípio pode ser utilizado nos barcos de controle remoto. A gaxeta é feita na maior parte das vezes por um eixo que gira dentro de um tubo onde não existe muito espaço, assim diminuindo a chance da água entrar. Mas além disso, é colocada graxa para fazer a vedação final e assim proteger do acesso indevido da água. Eu tenho vários amigos que usam esse sistema. Mas a verdade é que: pinga água. Depois de você usar por algum tempo seu modelo navegando, a água vai entrar. Não muito, bem pouco. Lembra o que falei do liquidificador. É isso. Então você precisa sempre analisar sua gaxeta e verificar o nível de graxa para continuar em segurança.

O eixo dessa forma pode ficar paralelo ao fundo do casco. Isso é muito interessante, principalmente sob o ponto de vista de ser possível alcançar maiores velocidades. Ou seja, instalando o eixo como expliquei, em linhas gerais a performance final do conjunto será superior.

Porém caso você não queira se preocupar com gaxeta e a possibilidade da água entrar dentro do seu navio, você pode seguir por outra solução. Sim, um caminho mais prático e simples e que não necessariamente precisa de graxa no eixo. Porém, a performance final não é melhor que o modelo anteriormente explicado. Ou seja, funciona bem, mas se você está projetando um barco de corrida, essa não é a melhor solução.

A minha resposta para esse projeto é deixar o eixo em diagonal. E não só isso. Fazer o eixo longo de tal forma que o eixo termine acima da linha d’água. Pois assim, a água pode até entrar dentro dele, mas como o eixo se prolonga acima do nível da água ela não vai vazar para dentro da embarcação. Mas veja, foi como disse. Um eixo em diagonal gera duas forças: uma na horizontal que ajuda o barco a se deslocar, mas também uma outra na vertical que tende a empurra a popa do barco (parte traseira) para cima. Ou seja, essa força não é interessante para altas velocidades. Pois uma vez que levanta a popa, abaixa a proa. E durante a navegação de uma embarcação, o que ocorre é exatamente o contrário, a proa que deve levantar.

Veja nessa imagem abaixo a explicação que dei sobre os dois diferentes tipos de instalação do eixo no navio.

Para ajudar você nessa tarefa de instalar o eixo em uma embarcação de rádio controle eu gravei um vídeo. Assista e depois deixe seu comentário.

Premiação dos Nautimodelistas da Escola Naval – 2018

A Escola Naval, aqui no Rio de Janeiro, é o palco de um grande evento anual chamado “Regata da Escola Naval”. Esse é um dos belos eventos que a EN realiza. Nele os nautimodelistas também têm espaço. Afinal, são destinadas duas grandes piscinas onde podemos colocar nossos barquinhos de controle remoto. Nesse mesmo dia temos também uma série de disputas entre os participantes onde os ganhadores ganham medalhas e troféus.

No ano passado eu e meu filho ganhamos dois prêmios. Na foto abaixo podemos ver o momento da premiação.

Já nessa outra foto podemos ter uma ideia do evento e de uma das piscinas que a Escola Naval possui.

Nesse vídeo abaixo, navegue a bordo do meu barco por uma das piscinas da Escola Naval.

Ah, o evento é totalmente gratuito. Ainda dentro dessa gratuidade tem o almoço e uma série de exposições de veículos militares.

O Colégio Militar do Rio de Janeiro e as tardes navegando na piscina dessa escola

Ter um barco de controle remoto, ou seja, um modelo dinâmico, nos levanta uma grande questão: “Onde navegar?”. Algumas pessoas moram perto de lagos e lagoas, o que pode ser uma ótima saída para colocar o barco rádio controlado. Porém conheço algumas pessoas que evitam colocar em água salgada. Por isso se for uma lagoa com água salgada restringe mais ainda o acesso à água. Isso também acaba por tornar mais difícil o uso de água do mar. Na verdade, além da água salgada, nesse caso ainda temos as ondas. Isso tudo dificulta mais encontrar um local para navegar.

Uma saída é utilizar das piscinas. Muitos condomínios possuem piscinas grandes. Não só em condomínios, por exemplo. Todo ano temos um evento na Escola Naval – RJ onde navegamos com os barcos em piscinas. Nesse caso as piscinas deles são enormes. Ou seja, dá para colocar barcos bem grandes e navegar em boa velocidade. A única restrição é que em um ambiente desses só podemos usar barcos com motores elétricos, pois caso contrário poderia sujar a água com resíduos de combustível.

Uma das piscinas que também usamos para a prática do hobby é a do Colégio Militar do RJ. Na verdade nos últimos tempos não temos tido acesso a esse ambiente. Mas eu tenho várias filmagens que foram feitas nessa piscina. Coloquei inclusive câmera a bordo e isso torna o resultado muito legal.

Aqui abaixo eu listei vários vídeos de diferentes momentos os quais eu naveguei lá no Colégio Militar. Curta os vídeos.

Monte de forma fácil o eixo para seu barco – nautimodelismo

Várias são as possibilidades para montar eixos de barcos rádio controlados. Porém nesses vários anos mexendo com modelismo acredito que achei uma solução muito boa e simples. Para a construção do eixo podemos fazer uso de varetas de solda elétrica. Você pode encontrar essas varetas constituídas de uma série de diferentes metais. Isso ocorre pois a vareta varia conforme o tipo de material que será soldado. Dessa forma, temos varetas de latão e alumínio, por exemplo.

Uma das grandes vantagens do latão é que o mesmo aceita facilmente a solda. E veja que não estou falando de solda elétrica usada por soldadores.

Estou me referindo a um pequeno ferro de soldar. O ideal é que o ferro tenha uma potência um pouco maior. Nesse caso um ferro de soldar de 100 W seria perfeito, mas já fiz várias soldagens usando um ferro com 30 W de potência.

Bom, resolvemos o problema do eixo, porém ainda temos uma questão que é a do tubo por onde esse eixo irá girar. Existem algumas formas simples e bem funcionais. A primeira delas diz respeito a utilizar um tubo de cobre desses usados em lojas de para refrigeração. É normal você encontrar esse tubo um pouco retorcido. Isso porque ele não é vendido a metro e sim por peso. Pegue-o com cuidado e vá aos poucos colocando ele todo reto. Vá fazendo isso com as mãos somente sem nenhuma ferramenta.

Existe uma outra possibilidade simples que é através do uso de um secador de roupas de alumínio. Sabe aquela estrutura tubular onde a roupa é pendurada? Então! Esse será o tubo que pode ser utilizado no seu barco.

Mas enfim. Essas são algumas das possibilidades para construir essa parte da propulsão do seu barco ou lancha. Quer mais detalhes? Assista o vídeo abaixo.