Construir um amplificador de guitarra é um daqueles projetos que permitem aprender vários conceitos de eletrônica ao mesmo tempo.
Neste projeto, a proposta é especialmente interessante: construir um amplificador simples, portátil, com aproximadamente 5 watts de potência, utilizando uma saída complementar push-pull e ainda reaproveitando a carcaça de um velho aquecedor de ar.
Além de termos um equipamento funcional para guitarra, a montagem permite compreender como dois transistores complementares podem trabalhar juntos para fornecer corrente suficiente para movimentar um alto-falante.
No vídeo deste artigo mostro a montagem e o funcionamento desse pequeno amplificador.
O que significa um amplificador push-pull?
O nome push-pull descreve a maneira como os dispositivos da etapa de saída trabalham.
Em uma configuração complementar típica com transistores bipolares, temos:
um transistor NPN + um transistor PNP
De maneira simplificada, um deles atua sobre uma parte do sinal e o outro sobre a parte oposta.
Podemos imaginar:
semiciclo positivo → um transistor atua
semiciclo negativo → outro transistor atua
Na saída, os dois trabalhos se complementam e reconstruímos o sinal que será aplicado ao alto-falante.
Esse arranjo NPN/PNP é conhecido como saída complementar push-pull e é uma configuração clássica em amplificadores de potência.
Por que utilizar dois transistores na saída?
Uma guitarra fornece um sinal elétrico relativamente pequeno.
Esse sinal não possui potência suficiente para movimentar diretamente um alto-falante com intensidade adequada.
Precisamos então de diferentes funções dentro do amplificador.
De maneira simplificada:
guitarra
↓
entrada/pré-amplificação
↓
amplificação do sinal
↓
estágio de potência
↓
alto-falante
A etapa push-pull é particularmente importante no final dessa cadeia porque consegue fornecer a corrente necessária à carga.
Em uma configuração complementar com seguidores de emissor, por exemplo, o ganho de tensão da etapa de saída fica próximo da unidade, enquanto sua principal contribuição é a capacidade de fornecer corrente à carga.
O que significa “saída complementar”?
O termo vem justamente da utilização de transistores de polaridades complementares:
NPN ↔ PNP
Eles possuem comportamentos complementares e podem ser combinados de forma bastante elegante em uma etapa de saída.
Isso eliminou, em muitas topologias, a necessidade de utilizar um transformador de saída para realizar a função push-pull.
É um conceito importante para quem começa a estudar amplificadores transistorizados de áudio.
Classe B e Classe AB
Quando estudamos esse tipo de saída, aparecem frequentemente os termos Classe B e Classe AB.
Em uma saída Classe B ideal, cada dispositivo conduz aproximadamente durante metade do ciclo.
O problema é que os transistores bipolares precisam atingir determinada tensão entre base e emissor antes de conduzirem de maneira significativa.
Surge então uma pequena região próxima da passagem do sinal pelo zero na qual nenhum dos dois transistores conduz adequadamente.
O resultado é a chamada:
distorção de crossover
ou distorção de cruzamento.
O que é a distorção de crossover?
Imagine uma senoide passando de seu semiciclo positivo para o negativo.
O primeiro transistor está deixando de conduzir.
O segundo ainda não começou a conduzir suficientemente.
Nesse pequeno intervalo, a saída não acompanha corretamente a entrada.
Em vez de:
uma transição suave pela região de zero
podemos ter:
uma pequena deformação da forma de onda
Essa é a distorção de crossover característica de uma saída push-pull Classe B com transistores bipolares.
Como a Classe AB reduz esse problema?
Uma solução muito utilizada é polarizar os transistores para que eles permaneçam ligeiramente conduzindo mesmo quando não existe sinal significativo na entrada.
Criamos então uma pequena sobreposição na condução.
Nesse caso, a etapa deixa de ser uma Classe B pura e passa a operar em Classe AB.
O objetivo é reduzir a região morta e, consequentemente, a distorção de crossover. Diodos ou outros circuitos de polarização podem ser utilizados para estabelecer essa condição.
É interessante perceber que uma alteração aparentemente pequena na polarização pode provocar uma diferença significativa na qualidade do sinal.
Por que push-pull é interessante para um amplificador portátil?
Uma vantagem importante da Classe B/AB em relação a uma saída Classe A simples está na eficiência.
Em Classe A, o transistor permanece conduzindo continuamente, inclusive quando não existe sinal de áudio significativo.
Isso pode significar:
maior consumo + maior dissipação de calor
Na configuração push-pull, podemos obter uma utilização mais eficiente da alimentação. A Classe B ideal possui eficiência teórica máxima de aproximadamente 78,5%, embora um circuito real fique abaixo disso.
Para um amplificador pequeno e portátil, eficiência é uma característica interessante.
E 5 watts são suficientes para uma guitarra?
Aqui é importante colocar a potência em perspectiva.
5 W não parecem muito quando comparamos com amplificadores de palco de dezenas ou centenas de watts.
Mas potência elétrica e percepção sonora não possuem uma relação simples de “dobrou os watts, dobrou o volume”.
Além disso, o resultado depende muito do alto-falante utilizado, especialmente de sua eficiência/sensibilidade.
Para um amplificador destinado a:
estudo, experiências, bancada, pequenos ambientes e prática de guitarra, alguns watts já permitem construir algo bastante interessante.
O objetivo deste projeto não é competir com um amplificador profissional de palco, mas criar um equipamento compacto e compreender seu funcionamento.
O alto-falante também faz parte do projeto
Não devemos analisar somente a potência indicada para o amplificador.
A impedância do alto-falante influencia diretamente a corrente exigida da etapa de saída e a potência que o circuito consegue fornecer.
Por isso, não devemos simplesmente conectar qualquer alto-falante a qualquer amplificador.
Precisamos considerar pelo menos:
impedância do alto-falante
potência suportada
capacidade de corrente da saída
tensão de alimentação
dissipação dos transistores
Esses elementos fazem parte do projeto do estágio de potência.
O calor também precisa ser considerado
Transistores de potência não transformam toda a energia retirada da fonte em energia acústica.
Parte dela é dissipada como calor.
Dependendo dos componentes, alimentação, potência e condições de funcionamento, pode ser necessário utilizar dissipadores de calor.
Isso é especialmente importante em uma montagem reaproveitada.
Não basta encontrar uma caixa onde o circuito caiba.
Precisamos pensar também em:
ventilação + isolamento + fixação + dissipação térmica
A estabilidade térmica é, inclusive, uma questão relevante no projeto de estágios Classe AB, porque as características dos transistores variam com a temperatura.
Reaproveitando a carcaça de um velho aquecedor de ar
Uma das características que mais gosto neste projeto é justamente o reaproveitamento.
Em vez de começar comprando um gabinete específico, utilizei a carcaça de um velho aquecedor de ar.
O objeto deixa de cumprir sua função original e ganha outra completamente diferente:
velho aquecedor → gabinete → amplificador de guitarra
Isso permite aproveitar elementos mecânicos que já estavam disponíveis e construir algo com identidade própria.
É uma abordagem muito interessante para projetos experimentais de eletrônica.
Mas cuidado ao reaproveitar equipamentos ligados à rede elétrica
Se a carcaça veio de um equipamento originalmente alimentado pela rede elétrica, é fundamental garantir que nenhuma parte do antigo circuito de potência permaneça conectada ou possa criar uma condição perigosa.
Reaproveitar a caixa não significa reaproveitar indiscriminadamente a parte elétrica.
Em um projeto portátil alimentado em baixa tensão, devemos manter a montagem adequadamente isolada e protegida.
Um amplificador de guitarra é diferente de simplesmente amplificar qualquer áudio?
Sim, principalmente nas etapas anteriores à saída de potência.
O captador de uma guitarra elétrica produz um sinal com características próprias. A impedância da entrada, ganho, resposta em frequência e eventualmente a distorção introduzida pelo circuito influenciam bastante o resultado sonoro.
Por isso, quando construímos um amplificador para guitarra, estamos trabalhando não apenas com potência, mas também com o timbre.
A etapa push-pull fornece potência ao alto-falante, mas o comportamento completo do amplificador depende também dos estágios que vêm antes dela.
Podemos produzir distorção propositalmente
Existe ainda uma característica curiosa.
Em equipamentos de áudio de alta fidelidade normalmente tentamos evitar:
clipping, distorção harmônica e não linearidades.
Em guitarra, a história é diferente.
Algumas formas de distorção fazem parte do som que desejamos produzir.
Isso não significa que qualquer distorção seja musicalmente interessante. Mas mostra uma diferença fundamental entre:
amplificador Hi-Fi → tentar reproduzir fielmente o sinal
e
amplificador de guitarra → o próprio amplificador pode participar da construção do timbre
É por isso que estudar eletrônica aplicada à guitarra é tão interessante.
Um projeto para compreender amplificação de potência
Mais do que simplesmente obter um amplificador funcionando, essa montagem permite visualizar vários conceitos:
sinal da guitarra
↓
amplificação
↓
transistores complementares
↓
push-pull
↓
potência elétrica
↓
alto-falante
↓
som
E ainda podemos relacionar isso com:
polarização, Classe B, Classe AB, distorção de crossover, impedância, potência e dissipação térmica.
É praticamente uma pequena aula de eletrônica analógica dentro de uma caixa reaproveitada.
Veja a montagem do amplificador de guitarra de 5 W
No vídeo abaixo mostro o projeto do meu amplificador de guitarra simples e portátil, com saída complementar push-pull e aproximadamente 5 watts, montado dentro da carcaça de um antigo aquecedor de ar.
Eletrônica fica muito mais clara quando conseguimos ouvi-la
Esse tipo de projeto tem uma vantagem pedagógica enorme.
Podemos estudar um circuito push-pull apenas no papel e entender matematicamente o que cada transistor deveria fazer.
Mas quando construímos o circuito, ligamos uma guitarra e ouvimos o alto-falante, aqueles conceitos deixam de ser apenas símbolos em um esquema.
O transistor está realmente controlando corrente.
O alto-falante está realmente convertendo energia elétrica em movimento.
E as características do circuito podem ser percebidas no próprio som.
É justamente esse tipo de experiência que torna a eletrônica aplicada ao áudio tão interessante.