Os amplificadores são dispositivos que produzem um sinal de saída com amplitude várias vezes maior que os sinais de entrada. A relação entre a amplitude do sinal de saída de um circuito amplificador e a amplitude do sinal de entrada é chamada de Ganho. Os circuitos amplificadores são normalmente projetados para uma quantidade fixa de ganho. Existem amplificadores com ganho muito baixo, como os amplificadores no lado do alto-falante de um dispositivo de áudio e também existem amplificadores com ganho muito alto, como os amplificadores nos receptores de rádio ou amplificadores no lado do microfone de um dispositivo de áudio.
Fig. 1: Circuito de controle automático de ganho na placa de ensaio
O Controle Automático de Ganho (CAG) amplificadores são outra categoria de amplificadores que podem variar seu ganho de acordo com o nível do sinal de entrada. Eles fornecem amplificação suficiente para os sinais fracos e evitam que os sinais fortes sejam amplificados demais. Eles foram projetados basicamente para o circuito receptor de rádio que recebe sinais de intensidade muito variável de acordo com as condições climáticas. Eles aplicam um ganho muito alto sempre que os sinais são fracos e à medida que a intensidade do sinal diminui, eles diminuem automaticamente o seu ganho. Eles também são usados na maioria dos circuitos amplificadores de áudio, CIs de áudio, analisadores de sinal, etc. Eles são comumente encontrados com circuitos de microfone para gravar a voz no nível de sinal ideal.
Este projeto demonstra a funcionamento de um amplificador AGC de áudio de ganho muito alto que é usado para amplificar os sinais do microfone. Os sinais são reproduzidos em um fone de ouvido através do qual a maior parte do som do ambiente pode ser ouvida. A música é tocada em um telefone celular colocado próximo e afastado do microfone e pode-se observar que o volume do som reproduzido no fone de ouvido é constante em uma faixa razoável do microfone.
DESCRIÇÃO:
Este circuito usa uma amplificação de dois estágios dos sinais, primeiro com um amplificador de transistor simples e depois com um amplificador AGC baseado em amplificador operacional. Um microfone condensador é usado na entrada e um fone de ouvido normal com recurso de controlador de volume é usado na saída. Todo o sistema pode ser representado usando o seguinte diagrama de blocos:
Figura 2: Diagrama de blocos do circuito de controle automático de ganho (AGC)
1) ACOPLADOR DE MICROFONE
O acoplador de microfone é um circuito que ajuda a acoplar os sinais de áudio fracos gerados no microfone. Existem diferentes tipos de microfones que possuem princípios de funcionamento diferentes, mas todos possuem um diafragma que vibra de acordo com os sinais sonoros. À medida que o diafragma vibra, a corrente que flui através do microfone varia de acordo com a amplitude do sinal sonoro que fez o diafragma vibrar. Aqui neste circuito é usado um microfone condensador que e a corrente variável flui através de um resistor através do qual a tensão equivalente é gerada devido ao fluxo de corrente. Esta tensão através do resistor terá uma tensão CC à qual a tensão variável é somada. Esta tensão variável é separada da tensão CC com a ajuda de um capacitor de acoplamento e alimentada nos circuitos amplificadores seguintes.
Com um microfone condensador, um resistor de 10K e um capacitor de acoplamento de 0,1uF são usados na maioria dos circuitos.
Fig. 3: Diagrama de Circuito do Acoplador de Microfone
2) AMPLIFICADOR DE TENSÃO
Este é um amplificador com ganho fixo e é usado para pré-amplificar os sinais de áudio do microfone até o nível necessário para o circuito amplificador AGC. Os sinais produzidos no microfone, especialmente de fontes sonoras distantes, serão muito fracos e precisarão ser amplificados várias vezes antes de poderem ser aplicados a qualquer outro circuito.
Aqui, um circuito amplificador baseado em transistor único é usado para amplificar os sinais de áudio acoplados ao microfone. Este circuito foi projetado para ter ganho extremamente alto para que os sinais de áudio sejam amplificados o suficiente. O transistor é conectado em uma configuração de emissor comum e a técnica de polarização fixa é usada para polarizar o transistor.
À medida que o valor de Rc aumenta o ganho do circuito aumenta e deve-se ter cuidado para que quando não houver sinais de entrada presentes o amplificador deve estar em seu estado quiescente, ou seja, no caso de um circuito baseado em transistor a tensão de saída sem qualquer o sinal de entrada deve ser exatamente a metade da tensão total de alimentação.
Aqui, um resistor de 2,2K ohm é selecionado, o que permitirá fluir mais de uma corrente de mil amperes através do transistor e do próprio resistor em série com ele, criando cerca de 2,8 volts em Vce.
Vce = 5 – (2200 * 1mA) = 2,8 V; (tensão quase quiescente)
Como a corrente de saída esperada Ic é fixada em 1mA, a corrente de entrada no estado quiescente que produzirá essa corrente de saída pode ser calculada com a ajuda da relação da vida de um transistor com as correntes de entrada e saída. O hfe é geralmente chamado de ganho de corrente e é dado pela equação
hfe = Ic/Ib; onde Ic é a corrente do coletor de saída e Ib é a corrente da base de entrada
O hfe do transistor BC548 tem valor máximo de 300, e aplicando os valores de Ic e hfe na equação acima o Ib pode ser calculado em torno de 4uA.
A tensão Vb através do resistor de base Rb será a tensão de alimentação menos 0,7 volts para um transistor de silício em estado quiescente. Aqui, como a tensão de alimentação é 5V, o Vb pode ser calculado como 4,3 V. Agora, como a tensão Vb no resistor e a corrente Ib que flui através do resistor são conhecidas, o valor necessário do resistor pode ser calculado usando a lei de ohms;
Rb = 4,3 V / 4,3 uA = 1M
Um capacitor de 0,1uF é comumente usado para acoplar os sinais de áudio entre os estágios do amplificador.
Circuitos Amplificadores e AGC
3) AMPLIFICADOR + AGC
Este circuito usa um amplificador de feedback negativo baseado em amplificador operacional normal com uma rede de feedback extra em seu pino de entrada positivo. Normalmente o ganho de um amplificador de realimentação negativa é fixado pela resistência de realimentação em seu pino de entrada negativo, mas como este circuito possui uma rede de realimentação conectada ao pino de entrada positivo, o ganho também depende desse circuito. A rede de feedback no pino positivo inclui principalmente um FET que atua como um resistor variável de tensão, um transistor para acionar esse FET e um circuito de filtro RC que gera a tensão variável de porta para o FET de acordo com a intensidade variável do sinal na saída do amplificador operacional.
Fig. 4: Diagrama de Circuito de Controle Automático de Ganho com Amplificador
O capacitor C1 acopla os sinais de áudio da saída do amplificador operacional à base do transistor PNP. O converte o sinal CA acoplado da saída do amplificador operacional em uma tensão equivalente CC com a ajuda de C2 e R4. A operação de Q1 e C2 e R4 é muito semelhante a um retificador de diodo único, onde Q1 atua como um retificador e C2 e R4 atuam como um filtro RC suavizando as ondulações na saída do diodo retificador e criando um Voltagem de corrente contínua. Aqui o valor desta tensão DC depende da amplitude do sinal na saída do amplificador operacional. Se a saída do amplificador operacional estiver baixa, a tensão CC será baixa e se a saída do amplificador operacional for alta, a tensão CC também será alta.
Esta tensão é aplicada à porta do FET para controlar a transcondutância do mesmo, que atua como um resistor variável de tensão neste circuito. Se a tensão na porta do FET diminuir, ele conduz menos do terra para o pino de entrada positivo do amplificador operacional, o que aumenta o ganho do amplificador operacional. Quando a tensão na porta do FET aumenta, ele conduz mais e, portanto, reduz o ganho. Portanto, este mecanismo controla o ganho do amplificador operacional de acordo com a amplitude do sinal na saída do amplificador operacional, o que acontece de acordo com a amplitude do sinal de entrada do amplificador operacional.
Em sinais de amplitude muito pequena, a tensão da porta do FET será muito pequena e não conduzirá do terra para o pino positivo do amplificador operacional. Nesse caso, a rede de feedback no pino positivo pode ser completamente ignorada e todo o circuito se comporta como um simples amplificador operacional de feedback negativo. O ganho estará no máximo naquele momento e pode ser descoberto usando a seguinte equação:
G = – (R2 / R1) dB
Este circuito específico fornece um ganho máximo de cerca de 50 dB e mantém a amplitude do sinal de saída constante em 2,5 V pp a partir da amplitude do sinal de entrada de 50mV pp.
Diagrama de circuito
Figura 5: Diagrama de circuito de controle automático de ganho com conexões de microfone e fone de ouvido
Fig. 6: A imagem explica sobre o circuito de ganho automático conectado à placa de ensaio
Vídeo de demonstração do circuito
1kommentar
Reporting an error: The resistor and capacitor connected to the JFET gate are shown with values of 1kΩ and 0.1µF, respectively. That time constant (R*C) is impossibly small. The circuit works perfectly when I simulate it using the same 1kΩ resistor and a 100µF capacitor. In other words, the RC time constant in the illustration is off by a factor of 1000.