Analizador de Distorção Harmônica (THD)

O QUE É THD E POR QUE ELA É IMPORTANTE?

Em um amplificador ideal, o sinal de saída deve ser uma cópia ampliada do sinal de entrada. No entanto, na prática, circuitos eletrônicos alteram a forma de onda do sinal, ou seja, eles distorcem a informação recebida. Existem diferentes formas de distorção, porém a principal delas é a distorção provocada pela não linearidade dos amplificadores, ou seja, uma relação de ganho entre entrada e saída que não é constante em todas as condições.

A falta de linearidade do amplificador introduz no espectro do sinal componentes harmônicas, ou seja, sinais cuja frequência são múltiplos inteiros do sinal de teste. Chamamos isso de distorção harmônica. A THD, ou Taxa de Distorção Harmônica Total, buscar medir essa distorção avaliando a energia dos harmônicos contra a energia do sinal fundamental (de teste). Quanto menor esse parâmetro, melhor a qualidade do amplificador.

Neste projeto foi usado um oscilador ponte de wien, devido a baixa taxa de distorção, um filtro Notch e um multímetro AC.  O oscilador é constituido pelo CI - IC-1, funcionando em 1Khz com uma pequena variação dada pelos potenciômetro P1. (faixa de 610 a 1280 Hz). A saída é ajustada em 500mv rms por P4.

O filtro Notch é construído usando o CI TL072 (IC-4)  e dá uma rejeição de 60dB em 950Hz. O medidor AC foi desenvolvido usando um TL081 (poderia ser um TL071) com controle de offset.

Neste projeto experimental foi medido inicialmente o sinal com uma montagem de um medidor de AC até 100Khz em um miliamperímetro. Mas o erro foi grande devido ao fato que a onda não é  senoidal perfeita e portanto, a leitura rms apresentava erros. Para corrigir isso, foi necessário que a medida fosse  feita por um multimetro True RMS.

Como é feita a medida

O aparelho tem um conector (J1) para saída do sinal do oscilador de 1Khz, que será conectado na entrada do amplificador em teste. A saída do amplificador é ligada nos bornes (J2) do sinal de entrada e tem um resistor  de 8 ohm x 25W fazendo a carga para o amplificador. 

Passe a chave SW1 para a função "Setar" e aumente o volume do amplificador para 3/4 do máximo,  ajuste o potenciômetro P6 (no painel) para uma leitura de 1.000mVrms no multimetro True rms conectado nos bornes DVM.

Passe a Chave SW1 para "Medir" e então o sinal do amplificador agora vai passar pelo filtro Notch que eliminará o sinal de 1Khz, deixando só os sinais dos harmônicos gerados. Ajuste o potenciômetro P1 (no Painel) para uma menor medida possível eliminando ao máximo o sinal de teste de 1Khz. Este sinal restante é a soma dos níveis dos harmônicos gerados no amplificador e será medido no multimetro True rms.

Com uma matemática simples, divida o valor dado  na posição "Medir" pelo valor dado na posição "Setar" e depois multiplique o valor dado por 100 para achar o resultado em porcentagem.

Exemplo: Posição SET -----> valor = 1.000mVrms

                 Posição Medir ---> valor = 12 mVrms

                 THD = (12mV/1000mV)*100 = 1,2%

No meu protótipo eu deixei o medidor AC porque a placa já estava pronta, mas não será necessário se for usado um multimetro True rms (maior precisão).

Detalhes

Os diodos dz1 e dz2 no oscilador é para estabilizar o nível de saída do oscilador. Com um osciloscópio, ajustar P3 para melhorar a forma da onda. O ajuste deve ser bem próximo de quando a oscilação se extingue.

No conector J2, onde entra o sinal vindo do amplificador, tem um atenuador ATT que diminui a tensão em 10x, caso se utilize um amplificador de maior potencia. Neste caso, coloque uma carga de maior potencia (R12).

Nos pinos de alimentação +/- dos CIs, coloque capacitores cerâmicos de 100nF para eliminar oscilações e ruídos.

                                                             Placa: 120 x 100 mm

 Arquivos do projeto

Caixa Amplificada 2x10W

Alguém pensa em montar uma caixa amplificada com o módulo decodificador de mp3? Eu fabriquei esta aí e ficou muito boa. Disse fabriquei porque fiz tudo, desde a caixa até o amplificador.

          

A caixa foi feita com compensado de 15mm, com 270mm de largura, 200mm de fundo e 630mm de altura. Usei dois alto falantes de 6 polegadas e tweeters piezo. No amplificador usei o CI TDA2003 e no pre amplificador usei o TA630P.  Alimentei a caixa com uma fonte chaveada de 12V e 5A, que proporciona uma potencia de uns 8W por canal. 

Usei o módulo Decodificador de MP3 como fonte de sinal. Para quem não conhece esta belezinha, aqui vai uns detalhes dela. Sintoniza FM e memoriza até 40 canais, decodifica música do pendrive em mp3 e wma, tem controle de volume, tem 4 equalizações pré programada, muda de pasta e ainda memoriza a posição da música escutada, quando você desliga a caixa. 

O amplificador + o pré foram montados numa placa de 140 x 110mm. O pré tem controle de volume, graves e agudos e balanço. Um detalhe interessante do CI TA7630 é que todos os controles dele são feitos por potenciômetros simples e controlados por tensão, não exigindo cabos blindados nos potenciômetros. Optei por não colocar o controle de balanço no painel, ficando num trimpot na placa, porque uma vez ajustado não necessita de reajustes constantes.

PCB top view

PCB botton view

Esta montagem foi trabalhosa mas valeu a pena porque tudo funcionou perfeitamente.

Se alguém quiser fazer esta montagem, entre em contado por email que mando os arquivos da placa e mais detalhes da montagem.

                                                                                                                                                          Abs.