Circuitos de proteção do aparelho de som Semp Toshiba, modelo MS75XX

4 de novembro de 2014

Olá, leitores do blog do Curso de Radiotécnico e Eletrônica do IPR!

Os aparelhos de som, em sua grande maioria, possuem circuitos de proteção para desligarem assim que algum problema for detectado.

Vejamos alguns tipos de proteção:

  • Proteção dos amplificadores de áudio – A proteção dos amplificadores visa garantir a integridade dos componentes associados a esse circuito, mesmo quando ele estiver operando em situações extremas.
  • Proteção térmica – Estrategicamente, há componentes colocados em pontos críticos no estágio amplificador, assim, é feito um monitoramento da temperatura do circuito, sendo que, ao ultrapassar valores predeterminados de fábrica, o aparelho desliga, evitando que componentes sejam danificados.
  • Proteção contra curto-circuito – Como há possibilidade de curto-circuito na saída do amplificador, foi implantada uma proteção no conector que interliga as caixas com o aparelho, a fim de garantir a proteção, caso as caixas sejam conectadas ou desconectadas com o aparelho ligado. Essa proteção possui dispositivos que atenuam a corrente e fazem a desconexão da carga.
  • Proteção contra corrente contínua (DC) – Talvez o nome mais adequado fosse “proteção contra falha da tensão simétrica”, pois esse circuito detecta falha na tensão positiva e negativa. Uma falha nesse circuito pode causar danos ao alto-falante, tendo em vista que a corrente contínua fará com que o cone seja deslocado de sua posição de repouso. Nesse caso, o anel de suspensão é tensionado, fazendo com que haja um aquecimento na bobina e, consequentemente, a queima do alto-falante. Para que isso não ocorra, essa proteção entra em atividade assim que a fonte simétrica falha, impedido que a tensão e a corrente contínua cheguem ao alto-falante.
  • Proteção contra ceifamento (clipping) – Essa proteção atua quando o nível do sinal que está sendo amplificado ultrapassa os limites predeterminados, fazendo com que haja “cortes” no áudio que está sendo reproduzido. Para que isso não aconteça, a proteção faz com que o ganho seja reduzido automaticamente, minimizando o efeito. Essa proteção não faz com que o aparelho seja desligado, mas ele passa a operar atenuando o nível de sinal.
  • Proteção contra transitórios Em alguns amplificadores, é comum escutar um ruído no alto-falante quando o circuito do amplificador é energizado, isso se deve a correntes transitórias nesse circuito. Essa proteção atua fazendo o “emudecimento”, ou seja, faz com que o “mute” seja acionado assim que o aparelho é energizado, dessa forma não se escuta aquele ruído desagradável no alto-falante.

Agora que já conhecemos algumas das proteções desse aparelho, vejamos de que modo ele é inicializado.

Os aparelhos de som da Semp Toshiba, da família MS75XX, contam com um regulador de tensão na fonte de alimentação, o L4959 que, quando o aparelho é ligado à rede elétrica, disponibiliza duas principais tensões: 5,6V no pino 3 e 12V no pino 1. Ambas as tensões são responsáveis pela inicialização do microprocessador. Assim que o micro é inicializado, aparece na tela a demonstração (demo) do aparelho, mostrando seus gráficos, níveis de equalização e outros.

No mesmo instante em que a demonstração está sendo exibida no display do aparelho, é disponibilizada a tensão de 8,6V no pino 9 do regulador da fonte. Essa tensão alimentará o circuito do CD, fazendo o posicionamento da bandeja de modo que o “CD1” fique sobre o pick-up da unidade óptica. Após concluir esses procedimentos, o aparelho entra em stand-by (em espera).

Ao ser dado um “Power on”, o micro envia um pulso de tensão para o pino 7 do regulador da fonte e, nesse momento, é disponibilizado às demais tensões, e o aparelho liga.

É importante lembrar que o regulador é alimentado por uma tensão de 12V nos pinos 2 e 10. Essa tensão vem do transformador e é retificada pelos diodos da fonte de alimentação.

A figura mostra parte do esquema elétrico e a “pinagem” do regulador da fonte de alimentação.

O principal responsável pelo correto funcionamento do aparelho é o microprocessador LC876B64C, que recebe as informações e as processa.

Um simples toque em uma tecla qualquer do painel envia uma informação para o processador na forma de nível lógico 0 ou 1, sendo que 0 (zero) significa que um terminal do processador será aterrado, ou seja, 0 volt. Quando uma tecla do painel é pressionada, o pino do micro passa a ter o nível lógico 1 (pulso positivo), ou seja, passa a ser alimentado por uma tensão. O nível lógico 1 não significa que a tensão a ser aplicada no pino do processador seja de 1 volt, mas que certa tensão será aplicada a um terminal.

Para que o micro possa funcionar corretamente, quatro circuitos necessitam estar em perfeito funcionamento, são eles:

  • alimentação do sistema (VDD);
  • clock do sistema;
  • oscilador do relógio;
  • reset.

Recebendo a alimentação do sistema, o micro oscila em uma frequência, normalmente de 10MHz, de forma a se comunicar com os demais circuitos integrados. Podemos dizer que essa é a “linguagem” de “conversação” entre os circuitos integrados. A essa “linguagem” damos o nome de clock do sistema, ou seja, é a velocidade de “conversação” entre um circuito integrado e outro.

O oscilador do relógio funciona com uma frequência fixa de 32.768kHz. Essa frequência serve apenas para que o relógio funcione corretamente, porém, se esse oscilador não estiver funcionando corretamente, o sistema não permitirá que o aparelho ligue.

O circuito de reset é responsável por reiniciar o aparelho, ou seja, quando usuário desliga o aparelho e torna a ligá-lo, esse circuito atua reiniciando os parâmetros para o modo de inicialização.

Em uma parte do esquema elétrico é mostrado o circuito de reset.

O diodo HD707 é alimentado com 5V pela linha de VCC. Essa alimentação chega ao terminal positivo do capacitor CE701, que inicialmente está descarregado.

Enquanto o capacitor se carrega, ele “atua” como se estivesse em curto-circuito para a corrente elétrica, fazendo com que a base do transistor HQ701 seja polarizada. Nesse momento, a corrente no coletor é zero, pois o transistor está saturado, ou seja, condução máxima entre coletor e emissor. Quando a tensão é 0 volt no coletor, o reset é acionado.

Quando o microprocessador está alimentado com VCC, com sinal de reset e sinal do relógio ativo, está pronto para ligar o aparelho, bastando um toque no botão “Power on” para que o microprocessador disponibilize uma tensão de aproximadamente 4,5VDC pelo pino 91.

A alimentação de 4,5VDC polariza o pino 7 do regulador da fonte de alimentação, tornando disponível, também, a tensão de +12V (SW) e -12V (SW). Nesse mesmo instante, é disponibilizada a alimentação para os LEDs de função do painel frontal.

Veja que, em um primeiro diagnóstico, se há tensão na fonte, mas ao dar um “Power on” as demais tensões não são disponibilizadas, devemos verificar se a tensão de 4,5V está chegando ao pino 7 do regulador da fonte, pois ela deve chegar ao pressionar a tecla “Power”. Se isso não ocorrer, devemos verificar se a alimentação está chegando no microprocessador. Caso não esteja chegando, é preciso verificar todos os componentes da linha de VCC.

Caso a alimentação esteja chegando ao microprocessador, mas não esteja saindo o pulso de “Power on” no pino 91, devemos verificar o circuito oscilador e reset, pois certamente o defeito estará nessa região.

Em alguns casos, o defeito está no cristal oscilador; se ele não estiver oscilando dentro da frequência de 10MHz, o aparelho não ligará. Mas também pode ser apenas uma solda fria nesse componente que está fazendo com que o aparelho fique inoperante.

Outro componente muito importante nesse circuito, e em todos os que utilizam microprocessadores, é a memória EPROM. Nesse componente fica armazenada a rotina de inicialização. Quando é dado um “Power on” no aparelho, o circuito de reset entra em funcionamento; assim que ele estiver pronto para funcionar, o microprocessador estabelecerá uma “conversação” com a memória EPROM, através da linguagem de clock (SCL) no pino 80, sendo que a troca de informações se dará pelo sinal de data (SDA) no pino 81. Se a memória estiver com defeito, corrompida ou com mau contato, o aparelho não ligará. Para solucionar esse problema, basta trocar a memória por outra nova; mas ela também pode ser regravada, desde que estejam disponíveis os dados corretos para esse modelo e se tenha um gravador de memória EPROM.

Como usar um osciloscópio

10 de outubro de 2014

Olá, alunos e amigos do blog do Curso de Radiotécnico e Eletrônica do IPR!

Hoje nosso assunto é o osciloscópio.

Vamos considerar, por exemplo, que você queira verificar se a saída de um pino de um circuito integrado está emitindo uma onda quadrada.

O primeiro passo do procedimento básico para testar um circuito eletrônico com um osciloscópio é configurar adequadamente o painel do instrumento. Para isso é necessário ajustar a chave seletora de ganho vertical (volts/div) e a chave seletora da base de tempo (time/div), a fim de que a forma de onda capturada possa ser vista na tela do osciloscópio.

O próximo passo é conectar a “garra de jacaré” da ponteira de teste do osciloscópio a um ponto de aterramento no circuito e, depois, encostar a ponta da sonda no ponto do circuito que se deseja testar.

Algumas vezes é preciso ajustar os controles de intensidade e foco para ver claramente o sinal aparecendo na tela do osciloscópio. É preciso observar a figura para ajustar o nível de sinal sempre que ele estiver alto, ultrapassando os limites superior e inferior da tela, a fim de reajustar o ganho vertical. Para aumentar a quantidade de ciclos apresentados, é necessário reposicionar a chave da base de tempo.

Uma vez ajustadas corretamente essas configurações, você deve ser capaz de visualizar o sinal. Se o sinal não aparecer, provavelmente você tem um problema com o circuito.

As informações a seguir dão uma ideia simples de como visualizar formas de onda na tela do osciloscópio:

Para exibir uma forma de onda DC simples, conecte o osciloscópio a uma pilha de 1,5 volts. Ajuste a chave seletora de ganho vertical (volts/div) para 2 volts. Em seguida, encoste a “garra de jacaré” da ponteira de teste no terminal negativo da pilha e a ponta da sonda de prova ao terminal positivo. A tela resultante deve ser uma linha reta entre a segunda e a terceira divisão vertical acima da linha central (se a pilha estiver sem carga ou fraca, essa linha poderá ficar bem abaixo do mencionado).

Outra experiência que pode ser realizada é ver a forma de onda que aparece no plugue do cabo de um dispositivo de áudio. Depois de configurar as chaves seletoras de ganho vertical (volts/div) e da base de tempo (time/div), conecte uma das extremidades do cabo plugado à saída de um aparelho, como, por exemplo, um rádio. Em seguida, na extremidade livre do cabo, conecte o fio terra da ponteira na parte do plugue que é comum à saída dos dois canais e toque a ponta da sonda na ponta do plugue de áudio. A tela do osciloscópio deve mostrar o sinal de saída com uma forma de onda não regular, que é típica de sinais de áudio.

O osciloscópio é empregado em inúmeras situações, principalmente na manutenção dos aparelhos que trabalham com circuito digital, tais como televisores LCD e aparelhos de som.

Quer saber mais sobre o osciloscópio? Fazendo o Curso On-line de Osciloscópio do IPRol, você recebe importantes informações teóricas sobre o funcionamento e a operação desse instrumento; além disso, através de exercícios específicos e visualizações práticas, aprende como medir sinais elétricos (correntes e tensões) em tempo real.

Fontes de Alimentação Linear

11 de julho de 2014

As fontes lineares são empregadas em diversos circuitos quando se necessita de uma alimentação de tensão e corrente constantes. Para isso, a tensão de saída deve ser retificada, filtrada e controlada.

O mais importante em um projeto de fonte linear é saber que tensão e corrente serão exigidas na sua saída, pois o transformador deve ser dimensionado de acordo com a carga em que será empregada a referida fonte. Normalmente, adota- se o valor da tensão de saída do transformador um pouco maior (aproximadamente 2 ou 3V) do que se deseja. Para um projeto que necessita de uma tensão de saída de 12V, o recomendado é um transformador de 14V ou 15V na saída.

A tensão deve ser maior na saída para compensar as perdas do circuito, permitindo que se obtenha uma tensão igual ou um pouco maior que o necessário após a regulagem.

O transformador baixa a tensão de entrada (110V ou 220V) para a tensão que se deseja no projeto. Logo após o transformador, temos os retificadores, cuja função é converter a tensão alternada em contínua. Mas, como essa tensão após os retificadores é pulsante, deve-se colocar um ou mais capacitores para filtrar essa tensão e torná-la o mais linear possível.

Após a tensão ser retificada e filtrada, vem a etapa de regulagem e controle. Para isso, utilizam-se reguladores de tensão, que podem ser com diodos, do tipo Zener, juntamente com transistores. Essa configuração, utilizando componentes adequados, pode fornecer maior corrente na saída.

No exemplo, ilustra-se apenas a montagem básica de uma fonte regulada com transistor e diodo Zener. Veja, no detalhe, a etapa de retificação e filtragem dessa fonte, com os respectivos componentes, ponte retificadora de diodos e capacitor.

O resistor é colocado entre o cátodo e a base do transistor para que haja polarização nesses terminais, fazendo com que ambos os componentes possam atuar na regulagem de tensão e corrente.

Quando, no projeto, não é necessária uma corrente muito alta, podemos usar os reguladores da família LM78xx (LM7805, 7806, 7812, e assim por diante), esses componentes suportam até 1A.

Veja que o circuito a seguir se tornou muito mais simples, pois apenas um componente faz a regulagem.

Assim como temos o regulador Lm78xx, que regula a saída positiva da fonte de alimentação, temos o regulador da família Lm79xx, que faz o controle e a regulagem de tensões negativas. Esse regulador só é usado quando necessitamos de fidelidade nas tensões para um determinado circuito, que deve possuir baixa tolerância às variações de tensão.

Um detalhe importante a se observar são as tensões negativas. Observe, no esquema, que o regulador LM78xx regula o positivo fornecido pela ponte retificadora, no entanto a ponte retificadora, no detalhe da imagem, o diodo de cor preta, conduz a parte de onda senoidal negativa. Sendo assim, podemos obter um negativo para usar como “terra” nas medições, ou uma fonte de tensão negativa, dependendo da configuração, como foi mostrado acima.

Quando não temos nenhum ponto negativo, como aparece no esquema anterior, para interligar todos esses pontos de “terra”, necessitamos de um referencial. Nesse caso, acrescenta-se mais um capacitor ao circuito, de modo que o polo positivo de um seja ligado no negativo do outro. Nesse circuito, o polo positivo de um dos capacitores é ligado no terminal positivo da saída da ponte retificadora, e o polo negativo do outro capacitor está ligado no terminal negativo da ponte. Observe, ainda, que o arranjo desses capacitores fica em paralelo com a saída da ponte retificadora.

A figura a seguir mostra que entre os polos negativo e positivo dos capacitores há o ponto referencial, que serve tanto para o +B quanto para o –B da fonte de alimentação.

Ao observar alguns esquemas elétricos, vemos que essa configuração entre componentes é bastante comum, principalmente no primário da fonte de televisores. No entanto, no primário da fonte desses aparelho, não temos reguladores da família LM78xx e LM79xx, pois a tensão no primário é mais elevada, sendo que esses componentes reguladores trabalham com baixas tensões.

Outro componente regulador que se pode encontrar nas fontes de alimentação é o LM317 ou LM350. A principal característica desse componente é que se pode variar a tensão no regulador para que, na saída, ela seja ajustada para um valor de acordo com o projeto.

Nesse caso, o positivo que vem da ponte retificadora é aplicado na entrada (In), obtendo-se, na saída, uma tensão em torno de 1,25V.

Como o componente necessita de uma polarização em seu terminal “Adj” (Ajuste), é colocado um resistor (R1) entre a linha de +B e o terminal “Adj” do regulador. Veja que a cor da linha é roxa, o que indica uma alimentação secundária. Nesse caso, o resistor está atenuando a tensão principal para polarizar o terminal “Adj” e, assim, colocar o componente em plena condução. Para estabilizar a tensão no terminal “Adj” é colocado um capacitor.

Se trocarmos o valor do resistor R1, a tensão na linha de +B também vai variar. Colocando um resistor de menor valor, a tensão na saída da fonte sobe, se aumentamos o valor do resistor, a tensão na saída tende a descer.

Esse componente é muito empregado quando necessitamos de tensões de diversos valores (entre 1,25V e 37V) e corrente de aproximadamente 1,5ª. Nesse caso, o resistor R1é substituído por um potenciômetro.

A escolha do potenciômetro deve estar de acordo com o projeto da fonte, ou seja, observando a tensão mínima e a tensão máxima que se deseja obter na saída.

O regulador LM350, que é da mesma família, suporta tensões de 1,25V a, aproximadamente, 50V, e corrente de 3A. Se for necessária uma corrente maior, devem-se utilizar transistores e diodos do tipo zener juntamente com o regulador.

Os reguladores da família LM (LM117, 217, 317 e 350) necessitam de uma polarização de, no mínimo 1,25V no terminal “Adj”. Esse valor de tensão é somado à tensão da saída (Out) desse componente, ou seja, se necessitamos de uma tensão de 12V, temos 11V da entrada “In” mais 1,25V do terminal “Adj”, que, somados, dão um valor de 12,25V no terminal de saída “Out”.

Da mesma forma, se queremos valores exatos de tensão (por exemplo, 12V), temos 10,75V da entrada “In”, mais 1,25V do terminal “Adj”, que somados, resultam, na saída, 12V.

Esses são os reguladores mais utilizados em fontes de alimentação, mas existem outros tipos: uns para uso mais específico e outros que trabalham em conjunto com osciladores e fotoacopladores, como o TL431.