Fontes para pedais de efeitos (Parte 2): Fontes Isoladas

Por que as fontes isoladas seriam, tecnicamente, a melhor opção?

Simples! Porque cada saída de alimentação da fonte é isolada galvanicamente. Não existe conexão elétrica entre as saídas de alimentação. Isso evita que ruído proveniente de um pedal passe para o outro através da fonte de alimentação e evita os Ground Loops.

Um exemplo de fonte isolada:

Figura 1 - Fonte Isolada Pedal Power ISO-5 da Voodoolab.
Fonte: http://www.voodoolab.com/pedalpower_iso-5.htm

Vou usar esta fonte como exemplo pois conheço bem o funcionamento interno dela e de seus componentes.

Descrevendo esta fonte de forma concisa: São múltiplas fontes de alimentação lineares isoladas entre si por um transformador toroidal com múltiplos enrolamentos secundários. Não entendi...

Vamos começar pelo transformador.

O transformador é um elemento que vai reduzir a tensão alternada da rede elétrica (127 V ou 220 V) para um valor menor que seja adequado à aplicação. Em nosso caso, a tensão será reduzida para 9, 12 e 18 V (Que é o valor específico para cada tipo de saída da fonte). O transformador pode ser separado grosseiramente em três partes: Enrolamento primário, enrolamento secundário e núcleo. Ver Figura 2.

Figura 2 -  Diagrama esquemático de um transformador isolador.
Fonte: O autor.

Ao enrolamento primário é ligada a tensão primária, ou seja, a rede elétrica de 127 ou 220 V. Do enrolamento secundário sai a tensão secundária - em nosso caso os 9, 12 ou 18 V alternados - que é responsável por alimentar os circuitos subsequentes. O núcleo tem a função de melhorar a transferência eletromagnética entre o primário e o secundário. Note que neste exemplo os enrolamentos primário e secundário não são conectados eletricamente, mas acoplados eletromagneticamente (a famosa isolação galvânica). A tensão do primário é transferida para o secundário eletromagneticamente em função da relação de transformação.

Já temos o primeiro milagre! Com o transformador reduzimos a tensão alternada de 127 ou 220 V para um valor mais baixo, em torno de 9, 12 ou 18 V.

Ótimo! O primário está isolado do secundário, mas como cada saída é isolada das demais? A resposta é fácil: Em um transformador geralmente temos apenas um primário, mas podemos ter vários enrolamentos secundários isolados entre si. Ver Figura 3.

Figura 3 - Transformador isolado com dois enrolamentos secundários isolados entre si.
Fonte: O autor.

Neste fonte da Voodoo Lab, a Pedal Power ISO-5. Temos 5 enrolamentos secundários isolados. Três enrolamentos para as saídas comuns de 9 V; Um enrolamento para as saídas de maior potência de 9 e 12 V (Importante: nesta fonte as saídas 9 e 12 V de maior potência - 400 mA - não são isoladas entre si, e isso pode ser  confirmado no manual do produto, em inglês aqui) e um enrolamento para a saída de 18 V. Nosso diagrama portanto, pode ser visto na figura 4.

Figura 4 - Transformador isolado com cinco enrolamentos secundários isolados entre si.
Fonte: O autor.

Na saída de cada enrolamento secundário são ligadas as pontes de diodo, capacitores de filtro, reguladores de tensão e possivelmente capacitores de desacoplamento. Não entrarei em detalhes do funcionamento da retificação, filtros com capacitor e reguladores de tensão. Já existem ótimos artigos escritos sobre o assunto. Futuramente talvez eu escreva artigos sobre eletrônica, mas não é o foco agora.

Segue um link para quem estiver interessado:

Funcionamento de uma fonte de alimentação


Prosseguindo...

Observando a Figura 5, você pode observar o diagrama equivalente encontrado em cada uma das saídas da fonte ISO-5.

Figura 5 - Diagrama elétrico de uma fonte de alimentação regulada.
Fonte: O autor.

É válido observar, mais uma vez, que as saídas de maior corrente 9 e 12 V usam um mesmo enrolamento. São dois circuitos separados, conforme o circuito acima, porém em paralelo, usando o mesmo enrolamento. Ao usar estas saídas, se utilizar as duas ao mesmo tempo, é necessário lembrar que a corrente máxima somada deve ser menor que 400 mA.

Para quem conhece um pouco mais afundo sobre eletrônica: Sim! Eles usam o LM317 para as saídas. Nas saídas de baixa corrente eles usam um integrado SMD com capacidade para 100 mA. Nas duas saídas com maior corrente usam a versão TO-220 para 1A.



O fabricante estampa no manual que cada saída tem proteção contra curto-circuito e que se uma saída sofrer um curto-circuito, as outras funcionarão sem problemas. Essa é uma característica importante que também diferencia esta fonte das demais encontradas no mercado.

Esta aclamada proteção contra curtos-circuitos não é nenhum circuito mágico inventado pela Voodoo Lab. É apenas a proteção de cada um dos circuitos integrados reguladores de tensão, e dado o funcionamento de cada saída isolada, ele vai funcionar mesmo!

Bem, e quanto à redução de ruído supressão dos Ground Loops?

Primeiro é necessário entender o que seria um ground loop. Observe a Figura 6.

Figura 6 - Diagrama evidenciando o ground loop.
Fonte: O autor.

O diagrama não está dos melhores, mas se você se esforçar vai entender a descrição.

Temos três componentes chave: Uma fonte não isolada e dois pedais de efeito. A fonte não isolada está alimentando o Pedal 1 com uma tensão de 9 V na linha positiva e com 0 V (zero volt) na linha negativa ("terra"). Como a fonte não é isolada, o Pedal 2 está ligado em paralelo com o Pedal 1. Sendo assim, o Pedal 2 está sendo alimentado com a mesma linha de 9 V e com a mesma linha de 0 V (zero volt) do Pedal 1.

Do Pedal 2, vai um cabo que leva o sinal de áudio para o Pedal 1. Este cabo contém duas linhas, uma que está ligada ao centro do cabo (ou "hot", ou center tip,  ou na ponta do plug), e outra linha que é a linha de referência. A linha de referência está ligada em algum ponto do circuito do pedal, na linha negativa de alimentação do pedal, portanto, ligada ao "terra" da fonte.

Note que isso forma um circuito fechado na malha de "terra". Nesta malha fechada um pedal pode introduzir ruído no outro pedal. Acho que já deu pra entender que isso é ruim.


Observe agora a Figura 7.

Figura 7 - Circuito sem ground loop.
Fonte: O autor.

Note que, com a fonte isolada, os "terras" de cada saída estão isolados. Desta forma, não há um circuito fechado na malha de terra. Portanto, não há um ground loop, e assim não há como ruído ficar circulando de um pedal para o outro através da fonte de alimentação.

Este exemplo dado mostra um jogo com dois pedais apenas. Já vi amigos por aí com mais de 5, fácil... Imagina o problema se ampliando...

Fiquem de Olho!

Existem algumas marcas vendendo fontes para pedais como Fontes Isoladas. É muito fácil saber se uma fonte é realmente isolada! Basta testar com um multímetro a continuidade nos terminais de saída da fonte ou a resistência. Faça o teste na carcaça do plug de alimentação. Se o teste resultar em continuidade ou resistência baixa (quase sempre zero) significa que a fonte não é isolada.

Como as fontes isoladas usam secundários isolados, não há desculpa. Em uma fonte isolada, a resistência entre cada saída é muito alta (praticamente infinita), portanto não há continuidade.

Dúvidas ou comentários são bem vindos!

Rafael

Fontes para pedais de efeitos (Parte 1)

Por onde começar?

A discussão é grande quando tratamos do tema "Áudio". Muitas pessoas procuram seguir uma marca ou alguns produtos específicos usados por pessoas experientes ou pessoas famosas. Minha intenção neste pequeno "artigo" e nos subsequentes é tirar dúvidas sobre como funcionam alguns sistemas. A escolha de qual sistema você vai usar depende única e exclusivamente das conclusões que você obtiver das informações postadas aqui. Após a leitura desta série de artigos você vai saber encontrar um custo-benefício que vai ser sua melhor opção.

Lembrem-se: Não se deixem levar pelo gosto dos outros. A diversidade do mundo só existe pois algumas pessoas pensaram de forma diferente das outras. Porém, você pode e deve aprender com o erro dos outros.

Voltando ao escopo do artigo.

Existem no mercado diversas opções de fontes de alimentação para pedais de efeito. Algumas cumprem o que prometem, outras só tem rótulo...

Vamos ver aqui, que, cada fonte de alimentação vai ter sua devida aplicação, seus prós e seus contras.

Na Parte 2 desta série iremos começar pelo o que entendo tecnicamente ser a melhor opção em relação à qualidade, mas não necessariamente pelo preço: Fontes Isoladas.

Fontes de Alimentação de 5V

Fontes de Alimentação de 5V

Muitos dos projetos em que utilizamos microcontroladores utilizam fontes de alimentação de 5V CC. Para isso podemos utilizar baterias, mas elas tem um tempo útil. Para contornar este problema podemos contruir uma pequena e simples fonte de alimentação utilizando poucos componentes. Em contrapartida, podemos reaproveitar algumas fontes de alimentação que possuímos em nossas casas (Carregadores de celulares, Fonte de computador etc.)

Este artigo quando completo mostrará como construir passo-a-passo uma fonte de alimentação de 5V, além de mostrar como fazer um circuito que aproveite fontes de alimentação já existentes, o que poupará um bom trabalho.


O diagrama esquemático de uma simples fonte de alimentação de 5V é mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Fonte de Alimentação de 5V CC.
Clique para ampliar e visualizar melhor.

Quando dispomos de uma fonte de computador podemos utilizar a mesma sem nenhuma dificuldade nos circuitos com PIC, basta usar a pinagem correta dos cabos e iremos ter os nossos valiosos 5V.

Para tanto necessitamos apenas prestar atenção em qual pino estamos ligando e confirmar a tensão utilizando um multímetro (multiteste para alguns). Além disso não devemos nos esquecer que a fonte necessita de um Jumper em um dos conectores para funcionar. A Figura 2 (a) mostra o jumper para o funcionamento e (b) mostra como a ligação deve ser feita .

Figura 2(a) - Jumper para ligar a fonte.

Figura 2 (b) - Ligação do jumper entre os Pinos PS_ON e GND.
Obs.: O Pino PS_ON é o pino do fio verde, e o GND os fios Pretos

Depois de efetuar a ligação do jumper (jumper é apenas um pedaço de fio) da fonte é só ligá-la na rede e utilizar os fios vermelho e preto, onde o vermelho tem a tensão de +5V e o preto é o GND (Terra). Sempre confirme a tensão dos pinos da fonte antes de ligá-la em seus circuitos para não danificá-los. A Figura 3 (a) e (b) mostra o teste da tensão com um multímetro.

Figura 3 (a) - Ligação das pontas de prova do multímetro
no conector da fonte de alimentação.

Obs.: A ponta de prova preta deve sempre ser ligada no pino do conector que corresponda ao fio preto, pois este é quase que por regra o terra do circuito. Se a medição no multímetro apresentar um valor negativo a tensão está invertida, ou as pontas de prova. Lembre-se que a ponta de prova preta é ligada ao terminal COM do multímetro. Se a medição for positiva, é só ligar no circuito utilizando alguns fios auxiliares.

Figura 3 (b) - Valor de tensão medido pelo multímetro.
Os décimos de volt acima dos 5V são provenientes
de desvio padrão normal que as fontes podem sofrer.

Podemos aproveitar também carregadores de celular e outros dispositivos para obter os 5 volts, desde que a saída seja CC (Corrente Contínua), o que pode ser constatado pelas especificações do aparelho que obrigatóriamente devem vir inclusas. Em alguns casos o próprio carregador já fornece 5 volts, como os carregadores da Nokia. Nesses casos onde o carregador já fornece a tensão de 5 volts não há muita preocupação com o nível de tensão, apenas com a polaridade correta, e como sempre, devemos fazer o teste do nível de tensão utilizando o multímetro.

Figura 4 - Carregador de Celular Nokia com tensão de saída de 5V CC (ou DC, em inglês). Observe o detalhe da especificação do carregador, que contém níveis de tensão de entrada e saída.

Nos casos onde o carregador fornecer mais de 5 volts necessitaremos de um regulador de tensão.

O regulador de tensão é um circuito integrado muito semelhante a um transistor. Ele é disponível em 2 encapsulamentos: TO-92 e TO-220. A Figura 5 mostra os 2 encapsulamentos e suas nomenclaturas, que diferem apenas por uma letra. O encapsulamento TO-220 (7805) é o maior da foto e suporta correntes de até 1A. O encapsulamento TO-92 (78L05) é o menor da foto e suporta correntes de até 100mA. Sua função é manter um nível de tensão constante de acordo com sua especificação, isto é, o 7805 mantém uma tensão de 5 volts mesmo se a tensão de entrada for superior a 5 volts. É claro que se você utilizar uma fonte de alimentação inferior a 5 volts o regulador de tensão não irá garantir os 5 volts. Existem reguladores para vários níveis de tensão, a saber, 7809 para 9 volts, 7812 para 12 volts e 7815 para15 volts. No caso de regular uma tensão negativa, o ragulador possui o prefixo 79XX. Ex.: 7915 para -15 volts.


[1] O LM7805 é um regulador de tensão linear fornecido por vários fabricantes como a Fairchild ou ST Microelectronics.
Ele pode vir em vários encapsulamentos. Para corrente de saída até 1A existem dois encapsulamentos: TO-220 (vertical) e D-PAK (horizontal).

Figura 5 - Circuitos Integrados Reguladores de Tensão 7805 e 78L05.

O circuito usado com o regulador de tensão é bem simples, e difere muito pouco do circuito da fonte de alimentação apresentada acima, neste mesmo artigo. A Figura 6 mostra o circuito utilizando tensão de alimentação em corrente contínua a ser regulada.

Figura 6 - Circuito com regulador de tensão 78L05 Clique para ampliar a figura.

A pinagem do circuito integrado é mostrada na Figura 7.

Figura 7 - Pinos dos Reguladores de tensão 7805 e 78L05
Obs.: O 78L05 está com a face plana voltada para frente.

Concluindo o artigo, podemos agora trabalhar tranquilamente seguindo os passos para a construção de algumas fontes de 5V para utilização em projetos com eletrônica digital e microcontroladores.


[1] http://www2.eletronica.org/hack-s-dicas/regulador-lm7805/
Acesso em: 16/07/2010.
Horário: 11h33min.

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