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Sidnei Ângelo

Circuito pré-amplificador de sinal

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Boa noite pessoal, sou novo no fórum, este é meu primeiro post, é um prazer estar aqui com vocês. Estou buscando conhecimentos na área de eletrônica. Tenho uma dúvida em relação ao circuito em anexo. A finalidade do circuito é captar um sinal por meio de um transdutor piezoelétrico e amplifica-lo até um alto-falante. Minha dúvida é na fase de pré-amplificação do sinal, antes de injetá-lo no amplificador operacional. 

 

Minha dúvida é em relação ao indutor ligado ao coletor do transistor, gostaria de entender a sua função quando ligado desta maneira. Também gostaria de entender também o papel do FET ligado à base do outro transistor, bem como a função dos capacitores C5, C11, C12 e C16. 

 

Se alguém puder ajudar fico agradecido.

Circuito esquemático MD10 da WEM.pdf

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3 horas atrás, Sidnei Ângelo disse:

A finalidade do circuito é captar um sinal por meio de um transdutor piezoelétrico e amplifica-lo até um alto-falante.

Esse circuito me pareceu muito complexo pra fazer só isso. 

Isso parece algum aparelho de ultrassom ou algo do tipo, pois tem um transmissor e um receptor. 

3 horas atrás, Sidnei Ângelo disse:

Minha dúvida é em relação ao indutor ligado ao coletor do transistor, gostaria de entender a sua função quando ligado desta maneira.

O Indutor junto ao capacitor C5 forma um filtro passa faixa, deixa passar somente o sinal que é emitido pelo transmissor. É o mesmo tipo de circuito encontrado no rádio, que permite que uma única estação seja ouvida de cada vez. 

3 horas atrás, Sidnei Ângelo disse:

Também gostaria de entender também o papel do FET ligado à base do outro transistor, bem como a função dos capacitores C5, C11, C12 e C16. 

A função do fet é formar um amplificador de alta impedância para receber os pequenos sinais filtrados por L1 e C5. 

C11 e C12 eliminam os sinais de baixa frequência ao próximo estágio do circuito. 

C16 faz a mesma coisa no estágio da frente. 

 

 

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  • Autor do tópico
  • 7 horas atrás, Mestre88 disse:

    Esse circuito me pareceu muito complexo pra fazer só isso. 

    Isso parece algum aparelho de ultrassom ou algo do tipo, pois tem um transmissor e um receptor. 

     

    Esse esquema pertence a um equipamento de detecção fetal, onde os sinais captados pelo receptor do transdutor piezoelétrico pelo efeito doppler é amplificado de forma a possibilitar escutar os batimentos cardíacos do feto.

    7 horas atrás, Mestre88 disse:

    A função do fet é formar um amplificador de alta impedância para receber os pequenos sinais filtrados por L1 e C5. 

    C11 e C12 eliminam os sinais de baixa frequência ao próximo estágio do circuito. 

    C16 faz a mesma coisa no estágio da frente. 

     Entendi. Por favor me corrija se meu raciocínio estiver errado. O capacitor C3 também é um capacitor de filtro, no caso destinado para filtragem de altas frequências. E os capacitores C13 e C15, ligados ao emissor do transistor são capacitores de desacoplamento.

    Uma coisa que eu não entendi é a função de polarização do capacitor C14 ligado à base do transistor.

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    1 hora atrás, Sidnei Ângelo disse:

     

    Esse esquema pertence a um equipamento de detecção fetal, onde os sinais captados pelo receptor do transdutor piezoelétrico pelo efeito doppler é amplificado de forma a possibilitar escutar os batimentos cardíacos do feto.

    Sim, eu pensei que fosse pra isso mesmo. 

    1 hora atrás, Sidnei Ângelo disse:

    Entendi. Por favor me corrija se meu raciocínio estiver errado. O capacitor C3 também é um capacitor de filtro, no caso destinado para filtragem de altas frequências. E os capacitores C13 e C15, ligados ao emissor do transistor são capacitores de desacoplamento.

    Uma coisa que eu não entendi é a função de polarização do capacitor C14 ligado à base do transistor.

    Sim, C3 é para altas frequências. 

    C13 e C15 fazem parte do pré amplificador, trabalham em conjunto com os transistores para amplificar o sinal. 

    O objetivo de tanto capacitor independente do modo que está ligado é um só:

    É permitir que somente o sinal modulado pelo transmissor/receptor seja captado, o sinal de alta frequência é ignorado permitindo que seja ouvida somente as variações, no caso os batimentos cardíacos que são de frequências muito baixas. 

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  • Autor do tópico
  • 27 minutos atrás, Mestre88 disse:

    É permitir que somente o sinal modulado pelo transmissor/receptor seja captado, o sinal de alta frequência é ignorado permitindo que seja ouvida somente as variações, no caso os batimentos cardíacos que são de frequências muito baixas. 

    Maravilha, entendi a explicação. Realizei o cálculo da frequência do circuito ressonante LC com uma indutância ajustada em 56uH e capacitância de 68pF e foi confirmado o barramento de altas frequências. O uso de um indutor ajustável serve para modular estas frequências correto? Segue o cálculo descrito acima

    image.png.1fd3d3772e25fe336f546c36759c7cab.png

     

    A última duvida rsrs. O capacitor C4 está configurado como um capacitor de acoplamento na saída do amplificador de áudio LM380 correto?

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    A primeira parte do circuito, é um circuito de sintonia igual a um rádio mesmo, retira a áudio frequência que vem junto com a rádio frequência. 

    C4 tem a função de carga e descarga junto com o alto-falante, é peça principal do amplificador. Forma uma corrente alternada a partir dos "liga e desliga" feito pelos transistores internos do LM380. 

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    O efeito doppler, neste caso, tem a ver com as medidas de variação da amplitude da onda de ultrasom.

    O circuito do transmissor emite um trem de pulsos estreitos de onda quadrada de tensão, mas o circuito sintonizado C18 com L2, começa a filtrar este pulso e deixar passar a corrente quase senoidal para o secundário de L2. O piezo do transmissor tem a mesma característica elétrica dos cristais. Uma (principal) ressonância série e outra paralela. Ambas as frequências se encontram bem próximas e definidas. A ressonância série do Piezo do transmissor provoca a passagem de uma corrente senoidal em 2,5MHz. Quase toda esta energia é convertida em vibrações nesta frequência altíssima. A escolha desta frequência é baseada em fatores que não vêm ao caso. Os pulsos de energia produzidos no transmissor são idênticos e tem a forma de um trem de senoides amortecidas. O grau de amortecimento tem a ver com o Q (fator de qualidade) do circuito C18, L2, R23 e do piezo Tx.

    O receptor tem o piezo como transdutor. Ele tem que estar sintonizado na mesma frequência do piezo do Tx. 

    Com a mudança da geometria do organismo, provocada pelos batimentos cardíacos do feto (outras mudanças também seriam sentidas), o retorno das ondas de ultrasom alteram de potência. Tem a ver com reflexões, ângulos, atenuações etc. 

    Ao longo do tempo, é notada a modulação EM AMPLITUDE (AM) do sinal em 2,5MHz, assim como o Mestre88 afirmou. Este sinal é amplificado por T3, que basicamente possui um circuito sintonizado no coletor, na mesma frequência dos dois piezos. Então ele amplifica apenas o sinal em 2,5MHz. O Q do circuito é determinado pelo resistor R8 de 4k7, já que o resistor R14 é de valor bem mais alto, não influenciando no Q deste estágio. O mesmo pode-se dizer com relação à impedância de entrada do fet T5. O detalhe aí, é que, para que o sinal de AM seja detectado, o fet tem que se comportar como detector e não como um filtro passa-baixas frequências. Em sinais AM, a modulante (sinal útil) se encontra em frequências próximas à frequência da portadora (2,5MHz). Um simples filtro passa baixas eliminaria todo o sinal, portadora e modulante. Por este motivo é que acredito que a junção gate dreno do fet, atue, em determinados instantes, como um diodo retificador, que juntamente com R18 e C12, recuperam o contorno do sinal modulante. Este sinal tem as características das variações geométricas do local por onde ele circula. Movimenta-se o transdutor de ultrasom à procura do coração do feto. Ao se apontar convenientemente para o coração do feto, observa-se a tal variação, que é o sinal modulante. A parte importante deste sinal são os componentes de baixa frequências. Algo como nas frequências de áudio. Os estágios seguintes são dois amplificadores transistorizados (T4 e T6) com alto ganho na faixa de áudio. Os capacitores C13 e C15 tem a função de provocar um ganho maior nas faixas de áudio. Os capacitores C8 e C10 são meros capacitores de acoplamento entre os estágios. R17, R12 e C14 formam um filtro passa baixas frequências, sendo que basicamente permite passar os sinais de mais baixa frequência e filtram sinais a partir de 140Hz. 

    À partir daí tem o amplificador operacional, com um potenciômetro de volume. Sua função é a de ajustar o nível de tensão apropriado para o falante. A função de C14 é a de bloquear o nível cc existente na saída do amplificador operacional.

    Com este instrumento pode-se ouvir os batimentos do feto.

    MOR_AL

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  • Autor do tópico
  • Muito obrigado pela explicação, graças a vocês (MOR_AL e Mestre88) consegui entender o funcionamento do circuito.

    Grato.

    • Obrigado 1

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  • Autor do tópico
  • 1 hora atrás, MOR disse:

    O circuito do transmissor emite um trem de pulsos estreitos de onda quadrada de tensão, mas o circuito sintonizado C18 com L2, começa a filtrar este pulso e deixar passar a corrente quase senoidal para o secundário de L2

    Me surgiu outra duvida. O papel do transistor T7 é de realizar a comutação do sinal CC proveniente da pilha para que o transformador consiga realizar o seu papel, ou seja, de eleva ou abaixar a tensão?

    Desculpe pelas dúvidas básicas, mas ainda estou em fase de aprendizado de eletrônica analógica...

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    3 horas atrás, Sidnei Ângelo disse:

    Me surgiu outra duvida. O papel do transistor T7 é de realizar a comutação do sinal CC proveniente da pilha para que o transformador consiga realizar o seu papel, ou seja, de eleva ou abaixar a tensão?

    Desculpe pelas dúvidas básicas, mas ainda estou em fase de aprendizado de eletrônica analógica...

    A função do transformador:

    1 - O primário possui um conector que vai ao Vcc, que é terra para sinais ac. Então o extremo oposto ao coletor do transistor T7 produz uma tensão inversa, que ao entrar pela base de T7 retorna ao coletor em fase. Isso é uma realimentação positiva, que faz o circuito oscilar. 

    2 - O circuito de primário possui um capacitor C18, que com a indutância vista pelo primário prove alguma sintonia, que deve coincidir com a ressonância série do piezo. 

    3 - Como há um resistor R23 em série com o secundário, ele deve servir como limitação de corrente, e consequentemente, de potência no piezo. Se a corrente é limitada, é porque ela deve ser alta. Em consequência o trafo tem tudo para ser um redutor de tensão. Outro fator é que observando o diagrama, em particular L2, nota-se que o secundário tem menos espiras. Isso não seria uma garantia, mas até hoje não vi nenhum projetista colocar o trafo invertido no diagrama.

    4 - Como o piezo tem que estar recebendo corrente na frequência de sua ressonância série, sua impedância é baixa, o que justifica o resistor R23 de baixo valor. Na frequência de ressonância paralela do piezo, a sua impedância é muito alta, não havendo transferência de potência necessária para sensibilizar os órgãos. Não haveria trânsito de onda ultrasônica suficiente. 

    5 - Com o oscilador oscilando na mesma frequência do piezo, o primário do trafo vê uma impedância de R23 somada a impedância do piezo na ressonância série, multiplicadas pelo quadrado da relação do número de espiras do primário pelo número de espiras do secundário. Isso aumenta a impedância vista pelo primário, o que permite um aumento do Q do circuito sintonizado L2, C18, contribuindo para que a forma de onda da corrente no primário de L2 tenda a ser senoidal. Cada pulso do trem de pulsos aparece como uma senoide amortecida.

    MOR_AL

    • Obrigado 1

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  • Autor do tópico
  • Perfeita a explicação, parabéns pelo conhecimento. Me ajudou muito, obrigado mesmo.

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