Amplificador Subwoofer DIY 100W: Compacto, Econômico e Potente para Graves

Você está procurando uma maneira de obter um som grave de alta qualidade e sem ruído? O que você precisa é um circuito amplificador subwoofer. Não só é compacto, mas também barato de construir. Além disso, pode servir seus gadgets ou sistemas de forma durável.

Um driver de subwoofer

Fonte: Wikipedia

Hoje, vamos projetar um circuito amplificador subwoofer/estéreo que produz sinais de áudio de baixa frequência variando de 20Hz a 200Hz. Além disso, a potência de saída de som é 100W, e usa uma carga de alto-falante de 4 ohms para sua operação.

1. O que são Circuitos Amplificadores Subwoofer?

Circuitos amplificadores subwoofer são alto-falantes que produzem sinais de áudio de baixa frequência. Em outras palavras, eles garantem que a qualidade dos graves do seu alto-falante aumente amplificando os sinais de áudio de entrada. Da mesma forma, eles eliminam qualquer distorção harmônica.

Um exemplo de subwoofer é o subwoofer passivo. Ele obtém energia de um amplificador externo, mas também tem um design de caixa do tipo alto-falante.

Um alto-falante

Fonte: Wikipedia

2. Princípio do Circuito Amplificador Subwoofer

O princípio de um circuito amplificador subwoofer envolve amplificar os sinais de áudio de baixas frequências.

• Primeiro, o amplificador filtra o sinal de áudio de entrada para eliminar sinais de alta frequência.
• Em seguida, um amplificador de tensão amplifica os sinais de baixa frequência.
• Depois, várias configurações elevam o sinal de baixa tensão para um nível necessário.
• Por fim, um transistor converte a versão amplificada de um som de baixa frequência em sinais de potência. Eventualmente, os sinais de potência produzem graves/estouro alto e ruído mínimo.

Dica Profissional

• Para o melhor acoplamento ao volume de ar da sala e melhor eficiência, posicione o alto-falante do subwoofer em um canto.
• Além disso, use variações de caixa para ajudar a reduzir os requisitos de potência do amplificador e aumentar a eficiência do drive do subwoofer.
• Quando em uma conexão pessoal, certifique-se de usar antivírus para escanear seu dispositivo e reduzir as chances de dispositivos infectados.

Amplificador Subwoofer de 100 Watts

Diagrama do Circuito

O Diagrama do circuito de um amplificador subwoofer de 100 Watts

Componentes do Circuito

Conforme o diagrama acima, podemos ver que os componentes para fazer um circuito amplificador estéreo de 100 Watts incluem:

• Fonte de alimentação dual — +/-30V
• Q1 – 2N222A
• Q2, Q3 – TIP41
• Q4 – TIP147, PNP
• R1, R2 – 6K
• R3 – 130K
• R5 – 15K
• R6 – 3,2K
• R7 – 300 ohms
• R8 – 30 ohms
• R9, R10 – 3K
• D1, D2 – 1N4007
• C3, C5, C6 – 10µF, eletrolítico
• C4 – 1µF, eletrolítico
• C1, C2 – 0,1µF, eletrolítico

Dependendo dos componentes, teremos ideias de sub-circuitos amplificadores que também são úteis durante seu projeto de amplificador.

Projeto do Filtro de Áudio

Para o primeiro projeto, você usará um amplificador operacional LM7332 para construir um filtro passa-baixa Sallen-Key.

Uma topologia de filtro Sallen-Key

Fonte: Wikipedia

Agora, vamos assumir a frequência de corte como 200 Hz, e o fator de qualidade como 0,707. Além disso, vamos ter o número de polos igual a um e os valores de C1 e C2 iguais a 0,1µF.

Portanto, para encontrar um valor semelhante de R1 e R2, podemos usar a fórmula abaixo substituindo os valores conhecidos.

R1 = R2 = Q/(2*pi*fc*C2)

O valor resultante para cada resistor é 5,6K. No entanto, optaremos por 6K para R2 e R1 para melhor precisão.

Não incluiremos os resistores no terminal não inversor para o filtro passa-baixa ajustável. É porque queremos um filtro de ganho em malha fechada e não um que tenha um curto no terminal de saída.

Projeto do Pré-Amplificador

Em um projeto de pré-amplificador, aplicaremos a operação de classe A do transistor 2N222A.

(transistores)

Precisaremos ainda de uma tensão de alimentação de 30V, um resistor de carga de 4 ohms e uma potência de saída de 100W.

Podemos ter uma tensão de coletor em repouso, metade da tensão de alimentação (15V), e uma corrente de coletor em repouso de 1mA. Então, ao calcular o valor do resistor de carga, ele deve igualar 15K.

R5 = (Vcc/2Icq)

Corrente de Base é, I_b = Icq/h_fe

Se substituirmos o valor do ganho CA/hfe na fórmula acima, a corrente de base deve ser 0,02mA. Da mesma forma, I_b ou corrente de polarização é frequentemente dez vezes a corrente de base. Portanto, totaliza 0,2mA.

Além disso, a tensão do emissor/Ve, aproximadamente 12% da tensão de alimentação, está em 3,6V. Agora você pode obter o Vb/tensão de base adicionando 0,7 a Ve, ou seja, 4,3V.

A fórmula abaixo ajuda a obter os valores de R4 e R3;

R3 = (Vcc – Vb) I_bias e R4 = Vb/ I_bias

Se substituirmos os valores, R4 será 22K enquanto R3 será 130K.

A resistência do resistor do emissor (Ve/Ie) está em 3,6K, um valor compartilhado por R7 e R6.

R7 atua como resistor de realimentação e funciona para diminuir o efeito de desacoplamento de C4. Para obter o valor de R7 apenas, calculamos os valores de ganho e R5, que é 300 ohms. Portanto, o valor de R6 torna-se 3,2K.

Finalmente, o valor de C4 é 1µF, pois a resistência do emissor deve ser maior que a reatância capacitiva de C4.

Projeto do Amplificador de Potência

O amplificador de potência AB tem um modo de operação classe AB que usa transistores Darlington, nomeadamente TIP147 e TIP142. Portanto, os diodos de polarização que você selecionar devem ter propriedades térmicas semelhantes aos transistores, ou seja, 1N4007.

Um diodo 1N4007

Fonte: Wikimedia

3K para o resistor R9 é adequado porque a baixa corrente de polarização requer um alto valor de resistor de polarização. Além disso, o amplificador de potência recebe uma entrada de alta impedância do estágio driver. Assim, usaremos o transistor de potência TIP41 em operação modo classe A.

O valor de R8 é igual tanto à corrente do emissor (0,5A) quanto à tensão do emissor (1/2Vcc - 0,7) valores. O valor final torna-se 28,6 ohms, mas neste caso, use um resistor de 30 ohms.

O resistor bootstrap R10 deve oferecer alta impedância aos transistores TIP147 e TIP142. Portanto, 3K é recomendável.

Operação do Circuito Amplificador Subwoofer

A explicação passo a passo dá os fundamentos da operação de um circuito amplificador subwoofer.

• O filtro passa-baixa Sallen-Key dos projetos acima filtra o sinal de áudio. Apenas frequências iguais ou abaixo de 200 Hz passam pelo filtro, enquanto as restantes sofrem filtragem.
• A entrada de Q1 através do transistor de acoplamento e C3 recebe o sinal de baixa frequência. Como Q1 opera no modo classe A, ele melhorará a versão do sinal de áudio de entrada em sua saída.
• Então, Q2 converte o sinal amplificado em um sinal de alta impedância antes de passá-lo para um amplificador de potência classe AB.
• TIP147 e TIP142 dão um ciclo completo do sinal de saída. Um transistor conduz para um meio ciclo negativo enquanto o outro é para um meio ciclo positivo.
• Além disso, R13 e R11 reduzem as diferenças entre os transistores de correspondência.
• Os diodos mantêm a distorção de crossover mínima.
• No final, o sinal de saída de alta potência opera um subwoofer/alto-falante com baixa impedância, aproximadamente 4 ohms.

Aplicações do Circuito Amplificador Subwoofer

Algumas aplicações de um circuito amplificador subwoofer incluem;

• Para aplicações de som, você os encontrará principalmente em locais como concertos, música eletrônica de dança ou aplicações de sistema de reforço. Até mesmo seu carro, alguns teatros selecionados ou sistemas de home theater têm um dos circuitos.

(um sistema de home theater)

• Transmissão de longo alcance caso você queira obter potência para antenas de alto alcance.
• Você pode usá-los como amplificadores de potência para os sinais de menor frequência.

Limitações do Circuito Amplificador Subwoofer

Elas compreendem;

• Primeiro, nossa ilustração do circuito é teórica, com a saída às vezes tendo distorção como em gêneros musicais acústicos.
• A polarização também pode ter alguma interrupção, pois o circuito do filtro às vezes aumenta o nível CC do sinal de áudio.
• Outras vezes, o circuito não consegue remover perturbações de ruído como alto-falantes convencionais.
• Por último, mas não menos importante, a eficiência do circuito reduz devido aos dispositivos lineares que causam dissipação de potência.

Conclusão

Em resumo, um circuito amplificador subwoofer é a maneira mais segura de criar um som de baixa frequência. Nosso post destaca as etapas a seguir para alcançar uma melhor qualidade de aplicação de som. No entanto, se você ainda tiver dúvidas ou precisar de esclarecimentos, entre em contato conosco, e nós responderemos.