Construindo um Amplificador

(Por Sérgio Gallo)

Sou um engenheiro eletrônico que há muito tempo trabalha em Tecnologia de Informação (TI). Senti falta de montagens eletrônicas e encontrei no Áudio DIY (Do It Yourself – Faça Você Mesmo) um meio de voltar às origens.

Após algumas montagens, me interessei por um projeto DIY, baseado no amplificador Aksa 55 [1] do australiano Hugh Dean. Trata-se do Baby Aksa [2] desenvolvido por Greg Erskine. Outras informações estão disponíveis no tópico destinado a ele no site www.diyaudio.com [3]. Se houver dificuldades com o idioma Inglês, há a alternativa de utilizar o Google Tradutor [4].

Antes de continuar a descrever o meu Baby e sua montagem, assumo que tenha prática e conhecimentos básicos de eletrônica, sabe identificar componentes, utilizar ferro de solda, realizar montagem de placas, testar componentes e circuitos montados com multímetro, bem como alguma habilidade mecânica para perfis, gabinetes e dissipadores. Leia todo o texto antes de começar.

1. Esquema elétrico e PCB

Se comparar o esquema que utilizei, ver Figura 1, com o original do Greg notará diferenças que acrescentei ao meu gosto pessoal.

O trimpot P2 permite o ajuste de offset (tensão de saída sem sinal). Os diodos D3 e D4 protegem os transistores de saída Q7 e Q8 de transientes de tensão vindos dos alto-falantes. D2 e C2B complementam o capacitor de realimentação C2, que teve o valor aumentado. A inclusão do capacitor de realimentação CL permitiu reduzir o valor do capacitor de realimentação C5. A placa foi alargada para permitir utilizar em Q7 e Q8 transistores com encapsulamento MT-200, mais largo. Uma das finalidades do DIY é experimentar um pouco, mas não exagere nas alterações se não souber o que está fazendo. Devido a estas mudanças, minha versão de placa ficou como na Figura 2. Tem as dimensões de 105 mm por 95 mm.

Uma imagem para criar esta placa, bem como esquema e lista de material, pode ser baixada no link Dropbox da referência [7].

2. Montagem

Nas Figuras a seguir podem ser observados detalhes de montagem da placa, uma por canal.

Conforme a Figura 3, monta-se o transistor Q4 sobre o transistor de saída Q7. Suas conexões se fazem através de fios aos pontos B, C e E localizados na placa. Para o fio E, há um furo de passagem para a parte de baixo. Os trimpots P1 e P2 são do tipo Bourns 3296, ajuste-os em seu ponto central antes de montá-los na placa. O transistor Q3 (NTE2501) leva seu próprio dissipador. Foi montado inclinado devido a testes naquele momento. Pode ser necessário montar R19 na vertical devido ao seu tamanho.

Nos pontos TP1 e TP2 podem ser soldados fios rígidos ou terminais, desde que não se dobrem ao se conectar ali a ponta de prova de um multímetro. Acabei utilizando pontas de prova diretamente nos terminais dos transistores Q7 e Q8, como visto na Figura 10.

Na Figura 4 pode-se ver os componentes que são instalados por baixo da placa. R18, R20, D3 e D4 são montados soldados com suas pernas dobradas a 90º e cortadas no tamanho certo para caber nas trilhas de cobre. Não há furação na placa para eles de modo a evitar curtos com o perfil “L” do outro lado. R18 e R20 devem ser ligeiramente deslocados de modo a não interferir nos parafusos de fixação de Q5 e Q6. O capacitor C15 é soldado entre os pontos C (+) e E (-), atentar para a polaridade. O capacitor CL é soldado do ponto C até a perna de R9 que está ao lado. Recomenda-se que C15 e CL tenham suas pernas isoladas. O fio com o terminal vermelho destina-se a ligar o dissipador de calor ao terra (GND). Observa-se também o reforço de algumas trilhas da placa com solda. O fio azul é a conexão para o ponto E, vindo de Q4.

Os transistores Q5, Q6, Q7 e Q8 são montados em um perfil “L” de alumínio (ver Figura 3) com espessura mínima de 3 mm e dimensões mostradas na Figura 5. Foi uma peça de alumínio cortada e dobrada. Utilizei “pads” de material elástico para prover a isolação elétrica entre a carcaça dos transistores e o perfil. A alternativa é o isolante de mica com aquela pasta térmica branca que suja tudo… O dissipador era de um amplificador desmanchado, dimensões de 6 cm por 12 cm, aletas de 2 cm. Mostrou-se razoável para uso doméstico (não estou falando em festas), considere como tamanho mínimo. Foi aplainado com lixa d’água para um melhor contato mecânico com o perfil. Entre o perfil e o dissipador utiliza-se uma fina camada de pasta térmica. A Figura 6 permite observar a montagem do perfil e dissipador com mais detalhes, bem como C7 que é montado acima de R15 utilizando-se ilhas adjacentes ao mesmo.

O conjunto para implementar um amplificador completo apresentou-se montado como na Figura 7. Escolhi uma placa de madeira como base de modo a poder refazer toda a montagem sem estragar um custoso gabinete de metal, bem como poder testar outras placas de amplificador no futuro. Esta montagem, no entanto, apresenta risco de choques elétricos devido à fiação exposta. Recomendo que faça sua montagem em uma caixa fechada.

Esta montagem permitiu também levar o protótipo a diversos lugares para testes de audição, algo impossível quando se monta as placas com os fios espalhados em cima de sua mesa. Ver link na referência [10].

Dica 1: Sucatas de equipamentos às vezes fornecem os gabinetes de que precisa. E você vai passar mais tempo cuidando da parte mecânica do que montando a parte eletrônica.
Dica 2: Teste TODOS os componentes antes de montá-los. Utilizo multímetro e capacímetro. Faça também antes uma inspeção visual nas placas procurando trilhas em curto ou interrompidas. Tudo isto aumenta a probabilidade de que sua montagem irá funcionar.

Os resistores R21 e R22 se destinam a um método alternativo de ajuste do Bias, mas não utilizei este método. Se montá-los, servirão de aviso visual (fumaça) no caso de um dos fusíveis queimar.

Voltando à Figura 7, o conjunto indutor + resistor montado nos fios ligados ao terminal de saída de cada canal é opcional, aproveitei de um amplificador desmanchado. A placa mostrada ao centro com os relés consiste em uma proteção para a saída do amplificador. A placa de alumínio frontal com um knob possui um controle de volume passivo. Estes itens e outros detalhes da montagem poderão ser objeto de outros artigos, futuramente.

O transformador principal que utilizei veio de um receiver desmanchado. DIY também é reciclagem… Considere um transformador com secundário de 24+0+24Vac e capacidade de 300 VA. Esta tensão não deve ser ultrapassada. O transformador pequeno é exclusivo para a placa de proteção.

A fonte de alimentação foi montada com uma placa adquirida via Internet. Pode ser utilizada qualquer fonte que atenda um esquema como o exemplificado na Figura 8. Deverá ser a primeira coisa a montar e testar, uma vez que o amplificador não funcionará sem ela.

ATENÇÃO: Os capacitores eletrolíticos podem armazenar cargas com potencial destrutivo. Por isto os resistores R1 e R2 da fonte, para descarregá-los algum tempo após desligada. Mesmo assim, antes de mexer na fonte ou amplificador depois de desligá-los, meça as voltagens –V e +V para ter certeza de que estão próximas de zero. Eu deixo multímetros ligados direto ali.

Além disso, verifique bem se não montou algum eletrolítico com polaridade invertida. Um eletrolítico ligado ao contrário, ou excedido em sua voltagem máxima de trabalho, tem como resultado uma explosão proporcional ao seu tamanho físico. E a caneca do mesmo vai voar como uma bala para qualquer lado. Se acertar seu rosto… recomendo utilizar óculos de segurança.

O diagrama geral de conexão ficou como na Figura 9. Observou na Figura 7 um grande parafuso vertical na madeira recebendo diversos fios? Ele corresponde ao “Star Ground” ou Terra em Estrela. Agora volte à Figura 9, o mesmo é representado pela estrela amarela centralizando as ligações de terra. Há 2 (duas) ligações de Gnd da fonte ao Star Ground. As entradas de sinal vão pelos fios preto-e-branco enrolados até as entradas das placas, somente. Utilizei para as alimentações –V e +V, Terras (Gnd) e Saídas fios com bitola de 1,5 mm².

3. Ativação e ajustes

Após montada a placa de fonte, seguindo o esquema da Figura 8, liga-se o conjunto à rede elétrica através de uma lâmpada série [5] [6]. Além disto, eu ligo a fonte (e o amplificador) na primeira vez através de uma extensão elétrica e do lado de fora da oficina. Se um eletrolítico explodir, que esteja sozinho…

A lâmpada deve acender forte inicialmente e enfraquecer depois, após a carga dos capacitores. Meça a tensão entre os terminais –V/Gnd e +V/Gnd, deve estar entre 33V e 39V, conforme a variação de sua rede elétrica.

O próximo passo é ligar o conjunto conforme a Figura 9. Acrescente um curto-circuito entre os terminais de entrada de sinal de cada canal e deixe as saídas sem carga (em aberto, sem alto-falantes).

Para realizar testes eu utilizo vários multímetros simultaneamente, como se vê na Figura 10. Com os multímetros amarelos estou medindo as tensões das saídas (offset) e as tensões entre os pontos TP1 e TP2 (bias) das placas. Com o último multímetro amostro continuamente uma das tensões de alimentação. Vale a pena ter este estoque de multímetros simples, são baratos hoje em dia e evitam um troca-troca de fios que pode levar a um curto acidental. As pontas de prova são garras jacaré ou do tipo adequado a terminais de componentes. Estou medindo a tensão TP1/TP2 na verdade entre as pernas de emissor dos transistores Q7 e Q8.

Inicialmente, multímetros em escala de tensão DC alta (em geral 100V ou 200V). Comece ligando todo o amplificador com a lâmpada série. Ela acenderá forte, depois poderá permanecer acesa fraca, devido ao consumo de corrente de repouso do amplificador. Se alguma medida de tensão, de saída ou TP1/TP2, der alta há problemas de componentes ou montagem. Estamos procurando tensões abaixo de 100 mV (cem milivolts) aqui. Se tudo certo, vá baixando as escalas até conseguir ler os valores naquele momento.

O primeiro ajuste é o de tensão de saída (offset), feito via P2. Com uma ferramenta de ajuste ou chave de fenda fina, procure deixa-la na faixa de 10 a 20 mV. Gosto desta faixa, visando evitar alguma polarização negativa em C2. Alguma variação do valor ajustado, deve-se provavelmente a variações da rede elétrica. Verifique se o resistor R19 está esquentando, isto indica oscilação de alta frequência no circuito.

O próximo ajuste é a polarização (bias) dos transistores de saída Q7 e Q8. Como o amplificador deve estar frio, faça um ajuste inicial de 60 mV na tensão medida entre TP1 e TP2. Observe que o ajuste de bias influencia o de offset e vice-versa. Aguarde cerca de 15 minutos e refaça estes ajustes.

Feitos estes ajustes, retire o curto e conecte os terminais de entrada na saída de, por exemplo, um CD player. Conferindo que o offset se mantém na faixa 10-20 mV, conecte alto-falantes ou caixas de som nas saídas. Faça um primeiro teste auditivo de aproximadamente 20 minutos. Ao terminar, refaça os ajustes de offset e bias se necessário. No próximo dia, quando o amplificador estiver frio, ligue-o e observe de onde partem as medidas e como se estabilizam com a temperatura. Pode ser necessário um pequeno tempo (aquecimento) para estabilizar em seu último ajuste. Você pode mudar um pouco o bias para avaliar sua influencia na qualidade do som, mas evite ir além de 70-80 mV, o aquecimento em repouso vai aumentar consideravelmente. O resultado? Veja nos links YouTube das referências [8] e [9].

4. Conclusão

Eu descrevi a minha realização de um amplificador de áudio baseado no projeto Baby Aksa. Mostrei minhas modificações e diversos passos utilizados na montagem, com fotos. Bem como dicas e instruções que se aplicarão não só a esta montagem como a outras que venha a fazer no futuro. A potência contínua esperada deste amplificador é de aproximadamente 50 W em 8 ohm e 90 W em 4 ohm. Não utilize caixas de som ou associações com impedância menor que 4 ohm.

Os itens como proteção para a saída do amplificador e o controle de volume passivo poderão ser assunto de próximos textos, assim como informações adicionais sobre este Baby e como procurar problemas se a montagem não funcionar, conforme a manifestação dos leitores.

5. Referências

[01] AKSA Online
[02] Greg’s Home Page
[03] DIY Audio Forum
[04] Google Translator
[05] A Lâmpada em Série (Newton C. Braga)
[06] Lâmpada Série no Século XXI – Paulo Brites
[07] Esquemas AKSA – Dropbox
[08] Teste do amplificador – vídeo 1 – Autor
[09] Teste do amplificador – vídeo 2 – Autor
[10] Teste do amplificador – vídeo 3 – Autor

Até a próxima!

(Por Sérgio Gallo)