Amplificador darlington de até 500 watts

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Amplificador darlington de até 500 watts

  1. 1. Amplificador Darlington de até 500Watts (250+250W PMPO) Uma das principais vantagens encontradas no projeto de amplificadores de áudio onde se usam transistores Darlington, é a necessidade de etapas de pequena potência na excitação. O ganho elevado desses transistores elimina a necessidade de transistores intermediários que, para os amplificadores de potências muito altas, podem significar um gasto considerável, dada a própria potência que eles precisam ter, isso sem se falar nos problemas de lay-out da placa de circuito impresso. Hoje podemos contar com transistores Darlington de potências muito altas e a um custo muito acessível, como o par formado pelos tipos TIP142 e TIP147 (NPN e PNP respectivamente). Estes transistores, para 100Ve 10 A com dissipação de 125 W, possibilitam a realização de bons projetos de áudio, como o que descrevemos nesta pagina. Uma possibilidade interessante para os leitores que necessitam de potências de áudio muito altas é usar estes circuitos em módulos. Assim, dois módulos formam um sistema estéreo de 500 W (PMPO).Para a sonorização de grandes ambientes, podem ser usados diversos módulos, cada um com potência PMPO de 250 W. O circuito básico é dado em duas versões, de potências diferentes, que dependem justamente da maneira como o amplificador será utilizado. A fonte de alimentação é simétrica, eliminando-se assim a necessidade do capacitor etetrolítico de valor elevado para o acoplamento do alto-falante. Lembramos que neste tipo de projeto deve haver especial cuidado com as conexões de altas correntes e a própria instalação do sistema, no que se refere à parte térmica. Os leitores que desejam montar com segurança o aparelho devem ter boa experiência com este tipo de circuito. CARACTERÍSTICAS: *Potência de saída: versão 1: 180 W (PMPO) por canal - 40 Watts RMS versão 2: 250 W (PMPO) por canal - 75 Watts RMS *Corrente drenada à plena potência: versão 1: 1,58 A versão 2: 2,5 A *Corrente de repouso: 17 a 25 mA *Resistência de carga: 4 ohms *Impedância de entrada: 39 omhs *Distorção com 80% da potência máxima: menor que 0,5% *Resposta de freqüência (-1 dB): 20 Hz a 60 kHz *Carga de entrada nescessaria para exitar o amplificador: 2V Obs:(Dependendo da aplicação é nescessario um bom pre-amplificador ligado a entrada) COMO FUNCIONA:
  2. 2. Os transistores Darlington na verdade são circuitos integrados que reúnem num único componente dois transistores e dois resistores na configuração mostrada pela figura 1. O resultado é um circuito que se comporta como um único transistor cujo ganho é o produto dos ganhos dos transistores usados separadamente, e que no caso é de pelo menos 1000x. Isso significa que na realidade temos um "supertransistor" que pode controlar elevadíssimas correntes de coletor a partir de tênues (1000 vezes menores) correntes de base. Os tipos TIP142 e TIP147 são transistores de potência onde a corrente de coletor pode chegar a 10 A, o que significa a possibilidade de serem usados em amplificadores de boa potência. A configuração empregada é a tradicionalmente usada na maioria dos circuitos transistorizados comerciais: simetria complementar com dois transistores, um NPN e outro PNP conduzindo alternadamente a corrente conforme mostra a figura 2. Nesta configuração temos uma fonte de alimentação simétrica que fornece uma tensão positiva e uma tensão negativa de igual valor, em relação à referência (terra) onde está ligada a carga (alto-falante). Considerando a elevada carga dos capacitores eletrolíticos da fonte de alimentação, estes funcionam como reservatórios de energia para atender às solicitações dos transistores na obtenção de correntes elevadas, e assim podem ser obtidas elevadas potências instantâneas de áudio (PMPO) como caracterizado neste projeto. Assim, nos semiciclos positivos do sinal de áudio, conduz o transistor NPN, de modo que a corrente flui do +Vcc ao terra, passando pelo alto-falante. Nos semiciclos negativos, conduz o transistor PNP, de modo que a condução ocorre do terra ao -Vcc, também passando pelo alto-falante. Veja que a potência final (dois semiciclos) é dada pela soma das correntes dos dois ramos da fonte.E muito importante neste tipo de circuito que as saídas sejam equilibradas de modo que, num sinal, um semiciclo não seja diferente do outro, pois isso significaria distorção.
  3. 3. O ajuste do ponto de funcionamento desta etapa é muito importante, tanto em vista da necessidade de se manter a simetria do sinal, como também por um fator denominado "deriva térmica". Quando os transistores de saída se aquecem, com a operação a plena carga, há uma tendência deste aquecimento mudar suas características, aumentando a corrente de fuga do coletor do primeiro elemento do par, conforme mostra a figura 3. Essa corrente é amplificada pelo próprio transistor, e depois pelo segundo do par, e o resultado é um aumento substancial da corrente no componente, o que causa uma elevação ainda maior do aquecimento do componente. E assim temos um efeito acumulativo: mais fuga, mais corrente; mais corrente, mais calor; mais calor, mais fuga; num processo que, saindo do controle, causa a destruição do componente. Uma maneira de se fixar a polarização correta dos transistores de saída e evitar o problema da deriva térmica é com a utilização de um transistor que estará em contado térmico com o radiador de calor dos transistores de saída. Este transistor "sente" as variações de temperatura do transistor de saída e reduz proporcionalmente a tensão entre as bases dos Darlingtons, de modo a reduzir a corrente de coletor. O ajuste do ponto de funcionamento deste transistor, feito por meio de um trimpot é muito importante para garantir a estabilidade do circuito. A excitação dos Darlingtons é feita por um transistor PNP de média potência e alta tensão. O BC640 é ideal para esta aplicação, mas equivalentes de 80 V x 1 A podem ser usados. Finalmente, temos a etapa de pré-amplificação, que consiste num par diferencial com transistores BC547B ou equivalentes. A configuração de par diferencial é especialmente atraente nos projetos em que se deseja uma excitação de alta potência com poucos elementos e a garantia da simetria do sinal, o que é importante no nosso circuito. O trimpot nos emissores do par diferencial tem por função ajustar a simetria da etapa. O melhor ajuste é obtido quando se injeta um sinal e se observa sua forma de onda na saída da etapa por meio de um osciloscópio. MONTAGEM: Na figura 4 temos o diagrama completo do amplificador. Para as duas versões, de potências diferentes, muda apenas o valor de R3 (36k para 180 W e 47k para 250
  4. 4. W) e a tensão de alimentação, que será dada mais adiante. A disposição dos componentes principais numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.
  5. 5. Observe que os transistores Darlington de potência devem ser montados em excelentes dissipadores de calor, Estes dissipadores devem ficar isolados dos coletores dos transistores, que correspondem às aletas, isso por meio de uma folha de mica ou plástico apropriado para esta finalidade. Junto a um dos transistores de saída, no próprio radiador de calor, é montado o transistor regulador Q4. Cole-o com um pouco de epoxi. Os fios de conexão aos transistores de saída, assim como ao positivo da alimentação, negativo e terra, além do alto-falante, devem ser grossos, dada a corrente intensa. As dissipações dos resistores são indicadas na lista de material, com atenção para R12 e R13 que devem ser de fio. As tensões dos capacitores eletrolíticos também são indicadas na lista de material.
  6. 6. Na figura 6 damos a disposição dos terminais dos transistores de modo a facilitar sua montagem. Os diodos D, e D2 tanto podem ser 1N4148 como equivalentes, sendo uma boa prática que eles fiquem bem próximos de R7, de modo que o calor do resistor realimente-os no sentido de estabilizar o transistor excitador. Um pouco de epoxi unindo estes componentes fisicamente pode ser uma solução interessante. Para a entrada de sinal deve ser usado cabo blindado devidamente aterrado. O circuito não inclui um pré-amplificador, mas qualquer um que tenha uma saída de pelo menos 500 mV deve excitar satisfatoriamente o amplificador para máxima potência. Na figura 7 temos o diagrama da fonte de alimentação, observando-se que a tensão de secundário do transformador depende da potência. A corrente vai depender da versão. Para 180 W + 180 W (PMPO) temos 4A de secundário, e para a versão de 250 W + 250 W (PMPO) temos 5A.
  7. 7. As tensões mínimas de trabalho dos capacitores etetrolíticos são as indicadas-no diagrama, e os diodos admitem equivalentes. O fusível de proteção é muito importante no projeto, para maior segurança. O conjunto pode ser usado em módulos ou montado em caixas metálicas que servirão de blindagem. Os controles de volume e balanço serão conjugados ao pré-amplificador. PROVA E USO Para testar o aparelho, inicialmente ligue o amplificador a uma fonte, sem carga (sem alto-falante). Meça as tensões da fonte e verifique a corrente de repouso, ajustando-a em P2 Para aversão de menor potência elapode ficar entre 10 mA e 18 mA, e para a versão de maior potência, entre 15 mA e 23 mA. Verificado o funcionamento normal da fonte nestas condições, conecte uma carga ao amplificador e injete na entrada um sinal para verificar o funcionamento. Se tiver um osciloscópio, ligue-o na junção de R12 com R13 e, usando uma carga resistiva (um resistor de 4 ohms de alta dissipação Porcelana) ajuste P1 para simetria do sinal. Comprovado o funcionamento, é só utilizar o aparelho.
  8. 8. Na figura 8 temos uma sugestão de um pré-amplificador para ser usado com este amplificador. Todas as ligações entre componentes e entradas devem ser blindadas para que não ocorra a captação de zumbidos,
  9. 9. LISTA DE MATERIAL (1 canal) Semicondutores: Q1, Q2 - BC547B - transistores NPN de uso geral Q3 - BC640 - transistor PNP - driver Q4 - BC547 ou BC547B - transistor NPN de uso geral Q5 - TIP142C - transistor NPN Darlington de potência Q6 - TIP147C - transistor PNP Darlington de potência D1, D2 - 1N4148 ou equivalentes - diodos de uso geral Resistores: R1 - 2,2k x 1/2 W R2 - 39k x 1/2 W R3 - 47k ou 39 1/2W x 1/2 W (ver texto) R4 - 3,3k x 1/8 W R5 - 39k x 1/8 W R6 - 3,9k x 1/8 W R7 - 15 ohms x 1 W R8 -1,8k x 1/2 W R9 - 560 ohmsx 1 W R10 - 1k x 1/8 W R11 - 330 ohms x 1/8 W R12, R13 - 0,47 ohms x 5W - fio P1 - 470 ohms - trimpot P2 - 220 ohms - trimpot Capacitores: C1, C2, C3 - 10uF x 16 V - eletrolíticos C4 - 47uF x 50 V - eletrolíticos C5 - 47pF - cerâmico Diversos: Placa de circuito impresso, radiadores de calor para os transistores de saída, caixa para montagem, material para a fonte de alimentação, jaque de entrada, terminais de è aí da para o alto-falante, fios, solda, etc. Fonte: D1, D2, D3, D4 – 1N5404 C1, C2 – 4700mf / 50v TRAFO – 25+25V

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