Fonte de alimentação para amplificador de 45 V e 5 A

A fonte de alimentação é uma das partes mais importantes de um amplificador. Ela precisa transformar a energia disponível na rede elétrica nas tensões e correntes exigidas pelo circuito de áudio.

Neste vídeo, apresento uma fonte simples para amplificador, com indicação de 45 V e 5 A, e mostro os principais elementos envolvidos em sua construção.

Apesar de o circuito básico utilizar poucos componentes, existem decisões importantes relacionadas ao transformador, à ponte retificadora, aos capacitores, à corrente da carga e à segurança.

Para que serve a fonte do amplificador?

O amplificador não recebe diretamente a tensão da tomada em seus circuitos de áudio.

A fonte realiza diferentes funções:

• Reduzir ou adaptar a tensão da rede.
• Fornecer isolamento elétrico por meio do transformador apropriado.
• Retificar a corrente alternada.
• Filtrar a tensão pulsante.
• Entregar energia à etapa de potência.
• Atender aos picos de corrente exigidos pelo sinal de áudio.

O caminho básico de uma fonte linear é:

Rede elétrica → transformador → ponte retificadora → capacitores de filtragem → amplificador

Cada etapa precisa ser compatível com a tensão e a potência do projeto.

O que significa uma fonte de 45 V por 5 A?

Essa especificação precisa ser interpretada com cuidado.

Os 45 V podem indicar:

• A tensão alternada no secundário do transformador.
• A tensão contínua obtida depois da retificação.
• Um único barramento de alimentação.
• Cada lado de uma fonte simétrica de aproximadamente +45 V e −45 V.

Da mesma forma, a indicação de 5 A pode se referir à capacidade nominal do transformador, da ponte retificadora ou do conjunto da fonte.

Essas situações não são equivalentes.

Antes de reproduzir qualquer fonte, é necessário confirmar se os valores informados são alternados ou contínuos e se o amplificador utiliza alimentação simples ou simétrica.

Fonte simples e circuito simples não significam a mesma coisa

A expressão “fonte simples” pode gerar confusão.

Em eletrônica, uma alimentação simples normalmente possui dois pontos principais:

• Tensão positiva.
• Referência de zero volt.

Já uma alimentação simétrica possui:

• Tensão positiva.
• Zero volt.
• Tensão negativa.

Um circuito também pode ser chamado informalmente de simples por utilizar poucos componentes, mesmo quando sua saída é simétrica.

Por isso, precisamos olhar as conexões e não apenas o título da montagem.

Por que muitos amplificadores utilizam fonte simétrica?

O sinal de áudio varia nos sentidos positivo e negativo em relação a uma referência.

Uma fonte simétrica facilita o trabalho da etapa de potência porque oferece dois barramentos: um positivo e outro negativo.

Uma fonte indicada como ±45 V possui aproximadamente:

• +45 V em relação ao zero.
• −45 V em relação ao zero.
• Cerca de 90 V entre os dois extremos.

Isso é muito diferente de uma fonte única de 45 V.

Ligar um amplificador projetado para ±45 V em uma saída simples de 45 V não produzirá a alimentação esperada.

A função do transformador

O transformador reduz a tensão da rede e fornece isolamento entre o primário e o secundário, desde que seja um modelo construído para essa finalidade.

O enrolamento primário é ligado à rede elétrica. O secundário fornece a tensão alternada utilizada pelo restante da fonte.

Em uma fonte simétrica, o transformador pode possuir um secundário com derivação central, identificado por valores como:

32 V – 0 – 32 V

Também pode utilizar dois enrolamentos separados, desde que sejam corretamente associados.

O ponto central pode formar a referência de zero volt, enquanto as extremidades alimentam a retificação responsável pelos barramentos positivo e negativo.

A ligação exata depende do transformador e do circuito da fonte.

A tensão alternada aumenta depois da retificação?

Ao retificar e filtrar uma tensão alternada senoidal, a tensão contínua obtida tende a aproximar-se do valor de pico, descontadas as quedas nos diodos e as perdas sob carga.

A relação aproximada é:

Vpico = VRMS × 1,414

Isso significa que um secundário de 32 V CA pode alcançar aproximadamente:

32 × 1,414 ≈ 45,2 V de pico

Depois das quedas na ponte retificadora e da variação sob carga, o valor real será diferente.

Essa relação explica por que transformadores com secundários próximos de 30 ou 32 V CA podem ser utilizados em fontes que produzem barramentos próximos de ±40 ou ±45 V CC.

Um transformador de 45 V CA fornece 45 V CC?

Não necessariamente.

Se os 45 V indicarem o valor eficaz da tensão alternada no secundário, o pico teórico será:

45 × 1,414 ≈ 63,6 V

Depois da retificação e filtragem, a tensão contínua sem carga poderá ficar próxima desse valor, descontadas as quedas no circuito.

Portanto, ligar um transformador de 45 V CA a uma ponte e a capacitores não significa obter apenas 45 V CC.

Essa diferença é fundamental para selecionar os capacitores e verificar os limites do amplificador.

A tensão sem carga pode ser maior

A tensão nominal do transformador normalmente é especificada para determinada condição de carga.

Quando o secundário está sem carga ou conduz pouca corrente, sua tensão pode ficar acima do valor indicado.

A tensão da rede também varia.

Por isso, os capacitores, a ponte retificadora e o amplificador precisam suportar a condição mais elevada que possa ocorrer, e não apenas o valor esperado durante o funcionamento normal.

Medir 45 V em determinado momento não significa que 50 V seja uma tensão segura para os capacitores. É necessário manter margem adequada.

A função da ponte retificadora

A ponte retificadora transforma a corrente alternada do secundário em uma tensão pulsante com polaridade definida.

Ela normalmente utiliza quatro diodos organizados de modo que os dois semiciclos da tensão alternada contribuam para a saída.

Em uma fonte de corrente elevada, a ponte precisa suportar:

• Corrente média.
• Picos de corrente durante a carga dos capacitores.
• Tensão reversa.
• Aquecimento.
• Corrente de partida.

Escolher uma ponte marcada exatamente com 5 A para uma fonte chamada de 5 A pode deixar pouca margem, dependendo das condições do projeto.

Também pode ser necessário utilizar dissipação térmica.

Os capacitores de filtragem

Depois da retificação, a tensão ainda apresenta pulsação.

Os capacitores armazenam energia nos picos e a devolvem à carga entre eles, reduzindo a ondulação da tensão.

Quanto maior a corrente consumida, mais rapidamente o capacitor perde carga entre os picos.

Uma aproximação para a ondulação é:

ΔV ≈ I / (f × C)

em que:

• ΔV é a variação de tensão.
• I é a corrente da carga.
• f é a frequência da ondulação após a retificação.
• C é a capacitância.

A escolha não depende apenas da capacitância. O capacitor também precisa possuir tensão de trabalho, corrente de ripple, temperatura e qualidade adequadas.

Capacitores em paralelo somam capacitância

Podemos utilizar mais de um capacitor em paralelo para aumentar a capacitância total.

Dois capacitores de 4.700 µF em paralelo fornecem nominalmente:

4.700 µF + 4.700 µF = 9.400 µF

Em uma fonte simétrica, normalmente existe um conjunto de filtragem para o barramento positivo e outro para o negativo.

Os capacitores eletrolíticos possuem polaridade. Uma inversão pode causar aquecimento, vazamento ou ruptura.

Antes de ligar, é indispensável confirmar a orientação de todos eles.

O que os 5 A representam?

Uma fonte indicada para 5 A não envia obrigatoriamente essa corrente ao amplificador durante todo o tempo.

A corrente consumida depende da carga e do sinal reproduzido.

Entretanto, a fonte precisa ser capaz de atender à demanda sem apresentar queda excessiva de tensão ou aquecimento inadequado.

Também devemos considerar que sinais musicais variam ao longo do tempo. O consumo não é igual ao de uma carga resistiva constante funcionando permanentemente na potência máxima.

Isso não autoriza dimensionar a fonte arbitrariamente abaixo da necessidade do amplificador. É preciso considerar potência, número de canais, impedância dos alto-falantes, eficiência e condições de uso.

A fonte entrega 225 W?

Multiplicando 45 V por 5 A, obtemos:

P = 45 × 5 = 225 W

Esse cálculo representa uma combinação de tensão e corrente em um barramento contínuo ideal.

Ele não significa automaticamente que o amplificador fornecerá 225 W ao alto-falante.

Existem perdas na fonte e no amplificador. Além disso, em uma alimentação simétrica, é necessário interpretar como a corrente foi especificada e como os dois barramentos participam do funcionamento.

A potência de áudio também depende da impedância do alto-falante e da excursão máxima da saída.

A potência do transformador é expressa em VA

Transformadores são normalmente especificados em volt-amperes.

Uma estimativa básica utiliza:

VA = V × A

Porém, em um transformador com dois enrolamentos ou derivação central, é necessário considerar a tensão total e a corrente especificada para o conjunto.

Por exemplo, interpretar incorretamente “32-0-32 V por 5 A” como apenas “32 V por 5 A” levaria a um dimensionamento errado.

A potência necessária também depende da topologia de retificação e da aplicação.

Por que a fonte influencia o som?

A fonte não cria o timbre da mesma forma que um controle de tonalidade, mas seu comportamento afeta o amplificador.

Uma fonte inadequada pode provocar:

• Ronco.
• Queda de tensão.
• Recorte prematuro.
• Aquecimento.
• Instabilidade.
• Diferenças entre os canais.
• Desligamentos durante picos.
• Danos à etapa de potência.

A organização do terra também é fundamental.

Correntes elevadas dos capacitores e da saída não devem circular indiscriminadamente pelos mesmos caminhos utilizados pelos pequenos sinais de entrada.

O que é o ronco da fonte?

Se a filtragem for insuficiente ou a organização das conexões estiver inadequada, parte da ondulação pode chegar ao caminho de áudio.

O resultado pode ser um ronco audível no alto-falante.

Antes de aumentar aleatoriamente a capacitância, é necessário verificar:

• Estado dos capacitores.
• Conexões do transformador.
• Ponte retificadora.
• Ponto central.
• Organização do terra.
• Proximidade entre transformador e entrada.
• Percurso dos fios.
• Blindagem.
• Consumo anormal do amplificador.

O ronco também pode ter outras origens, como cabos de entrada ou laços de terra.

Corrente de partida dos capacitores

Ao ligar a fonte, os capacitores descarregados se comportam inicialmente como uma carga muito exigente.

Durante alguns instantes, pode circular uma corrente elevada pela ponte retificadora, pelo transformador, pela chave e pelo fusível.

Quanto maior a capacitância, maior pode ser essa exigência.

Fontes potentes podem precisar de um circuito de partida suave, conhecido como soft-start, para limitar a corrente inicial.

Portanto, simplesmente acrescentar capacitores maiores nem sempre melhora o projeto.

Fusível no primário e proteção do secundário

O fusível é uma parte indispensável da segurança, mas não deve ser escolhido apenas por tentativa.

No lado primário, sua especificação depende da potência do transformador, da tensão da rede e da corrente de partida.

Também podem ser utilizadas proteções nos enrolamentos secundários ou nos barramentos da fonte, conforme o projeto.

Um fusível protege principalmente condutores e equipamentos contra determinadas condições de sobrecorrente. Ele não transforma uma montagem insegura em segura e não protege uma pessoa contra todo tipo de choque.

Aterramento do chassi

Quando o amplificador utiliza gabinete metálico, o condutor de proteção da rede precisa ser ligado corretamente ao chassi.

Essa ligação deve ser firme, dedicada e projetada para permanecer segura mesmo que outras conexões sejam removidas.

O terra de proteção não deve ser confundido automaticamente com o zero volt da fonte.

A relação entre chassi, terra de proteção e referência do áudio precisa ser planejada para conciliar segurança e controle de ruído.

Fios e conectores precisam suportar a corrente

Uma fonte de vários amperes exige condutores adequados.

Fios muito finos podem aquecer e provocar queda de tensão. Trilhas estreitas, conectores pequenos ou soldas inadequadas também podem se tornar pontos de resistência.

Nas conexões de potência, é importante observar:

• Seção dos fios.
• Corrente permitida nos conectores.
• Distância entre terminais.
• Isolamento.
• Fixação mecânica.
• Temperatura.
• Qualidade das soldas.

A corrente não passa apenas pelos componentes principais. Todo o percurso precisa suportá-la.

Como testar a fonte antes do amplificador?

A fonte deve ser verificada separadamente antes de ser conectada a uma etapa de potência.

Entre os testes estão:

1. Inspeção visual com tudo desligado.
2. Verificação de curtos entre os barramentos.
3. Conferência da polaridade dos capacitores.
4. Verificação das conexões do transformador.
5. Medição das tensões alternadas do secundário.
6. Medição das saídas contínuas.
7. Conferência do ponto de zero volt.
8. Observação de aquecimento ou ruídos anormais.
9. Teste controlado com carga apropriada.

Um amplificador caro não deve ser utilizado como primeira carga de uma fonte ainda não verificada.

A fonte permanece perigosa após ser desligada

Os capacitores de filtragem podem manter energia armazenada depois que a fonte é desconectada da tomada.

A energia acumulada pode ser representada por:

E = ½ × C × V²

Quanto maiores a capacitância e a tensão, maior pode ser a energia armazenada.

Não toque no circuito supondo que a tensão desapareceu imediatamente. É necessário utilizar um procedimento apropriado de descarga e confirmar a tensão com um instrumento adequado.

Nunca descarregue capacitores provocando deliberadamente um curto com chave de fenda ou outro objeto metálico.

Cuidados com a rede elétrica

A parte primária da fonte trabalha diretamente com a tensão da rede e pode causar choque fatal.

Uma montagem desse tipo exige conhecimento sobre:

• Isolamento.
• Fusíveis.
• Aterramento.
• Chaves e conectores.
• Distâncias entre condutores.
• Fixação do transformador.
• Proteção contra contato acidental.
• Descarga dos capacitores.
• Gabinete apropriado.

A palavra “simples” descreve a quantidade de elementos do circuito, não o nível de risco.

Quem não possui experiência com tensão de rede deve procurar orientação presencial de um profissional capacitado.

Veja a fonte para amplificador

No vídeo, apresento uma fonte de alimentação simples para amplificador, indicada para 45 V e 5 A:

A montagem ajuda a compreender a relação entre transformador, retificação, filtragem e demanda de corrente.

Antes de reproduzi-la, confirme as especificações do seu amplificador e a natureza de cada tensão. Uma diferença entre 45 V CA, 45 V CC e ±45 V CC pode alterar completamente o dimensionamento.

Aprenda eletrônica aplicada ao áudio

Uma fonte corretamente dimensionada é essencial para o funcionamento de amplificadores e outros equipamentos de áudio.

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