Converter amplificador de áudio em inversor de onda senoidal pura

Se você não está muito interessado em entender os aspectos técnicos profundos de um verdadeiro inversor de potência de onda senoidal, mas deseja construí-lo em algumas horas, este artigo o ajudará a realizá-lo usando um amplificador de potência de áudio e alguns motores CC. Aqui veremos como converter amplificadores de áudio em inversores de onda senoidal pura

Iremos considerar 3 projetos separados de inversores de onda senoidal verdadeira usando amplificadores de áudio dimensionados adequadamente e circuitos geradores de onda senoidal digital

Design # 1

Vamos começar entendendo como alguns pequenos motores DC podem ser usados ​​para gerar sinais de onda senoidal pura e então prossiga com os detalhes de acoplamento dos motores com um amplificador de potência pronto para adquirir a saída de potência de onda senoidal verdadeira da rede CA desejada. O artigo explica uma ideia inovadora de configurar algumas unidades prontas como um amplificador de potência, alguns motores CC e uma bateria em um inversor de potência de onda senoidal.

Existem pessoas cujas vidas dependem da energia acessada por inversores e, para elas, esses dispositivos são verdadeiramente inestimáveis ​​e cruciais. Existem também indivíduos que pretendem possuir inversores, mas estão muito mal informados sobre suas especificações técnicas, etc. e, portanto, relutam em trazê-los para casa.

Outro fator com inversores é que eles podem ser imensamente caros, especialmente aqueles que podem ser operados universalmente com todos os tipos de aparelhos elétricos ou simplesmente os verdadeiros inversores de onda senoidal. Já discuti muitos diagramas de circuito do inversor aqui, variando do ideia de tipo de hobby mais comum até a onda senoidal modificada muito sofisticada e a verdadeira tipos de inversor de onda senoidal . No entanto, esses projetos são muito técnicos e definitivamente não são feitos para leigos.

As idéias explicadas não são simples e requerem experiência prévia com eletrônica para compreendê-las, e também um conhecimento profundo sobre eletrônica prática para construí-las. Então, isso significa que um homem leigo seria incapaz de compreender essas magníficas casas de força? E isso significa que um leigo não tem o direito de aproveitar os benefícios de um inversor de energia de onda senoidal caseiro, que pode ser não apenas muito divertido de construir, mas também muito barato e confiável em comparação com os equivalentes comerciais.

A seção a seguir mostrará claramente como um inversor de onda senoidal verdadeiro sofisticado pode ser construído por praticamente qualquer pessoa com habilidades e conhecimentos técnicos comuns.

A ideia explicada abaixo não é uma unidade baseada em circuito que precisa de montagem usando PCBs, componentes eletrônicos, etc., em vez disso, compramos unidades prontas como amplificadores, motores, baterias, transformadores etc. e integramos todos estes para construir a peça final. Vamos aprender como isso pode ser feito em uma hora.

ATENÇÃO: O CONCEITO SÓ É ASSUMIDO PELO AUTOR E NUNCA FOI VERIFICADO OU VERIFICADO PRATICAMENTE, CONSTRUA-O POR SUA PRÓPRIA CONTA E RISCO E SE VOCÊ TEM SUFICIENTE FÉ NA VIABILIDADE DO CONTEÚDO EXPLICADO.

Princípio Básico de Funcionamento de Inversores

O conceito: como todos sabemos, os inversores nada mais são do que amplificadores de tensão ou steppers. O método mais conhecido de aumentar as tensões é através transformadores onde enrolamentos isolados são usados ​​para alcançar multiplicações de níveis de tensão surpreendentes. Basicamente, o processo ocorre por meio de induções magnéticas para transformar fluxos de alta corrente em saídas de alta tensão.

Para cumprir o processo acima, uma alta entrada CA é necessária, a qual pode ser inserida no enrolamento relevante do transformador para obter a alimentação CA de 230 ou 120 volts desejada.

No entanto, como todo o propósito é converter uma fonte CC para os níveis da rede elétrica, primeiro temos que converter a CC de baixo nível para a entrada CA baixa. Em inversores de onda quadrada, isso é facilmente alcançado usando circuitos astáveis ​​comuns, mas uma saída de onda quadrada é o que absolutamente não estamos procurando, então como podemos realmente “fabricar” uma entrada de onda senoidal verdadeira ou pura para nosso protótipo.

Usando motores DC para gerar sinal sinusoidal em vez de circuitos PWM

Claro que podemos fazer isso usando complexos circuitos opamp como um Circuito “bubba” , mas como aqui não queremos envolver muito da eletrônica, uma solução mais simples seria usar um pequeno motor CC para esse propósito. Um motor, como todos sabemos, pode ser girado aplicando-se energia a ele, as rotações são causadas por interação de torção constante do ímã permanente e o efeito eletromagnético induzido.

Se invertermos o processo, isto é, se girarmos um motor aplicando força mecânica externa, podemos induzir uma quantidade razoável de potencial variável em seus terminais de enrolamento e a tensão recebida terá uma forma de onda senoidal. A forma de onda será perfeitamente natural e uma verdadeira onda senoidal.

Se esta entrada de onda senoidal for amplificada para os níveis desejados, talvez nossa missão possa ser simplesmente cumprida. Em vez de embarcar em circuitos mosfet complexos destinados a aplicações de inversores, pensei que seria uma ideia melhor alimentar a entrada senoidal acima para um amplificador de áudio de alta potência adquirido pronto no mercado.

Um modelo de amplificador de amostra é mostrado aqui. As saídas que devem ser unidas aos alto-falantes devem ser unidas aos nossos transformadores de potência.

Se o amplificador for um estéreo, podemos usar um par de transformadores e terminar as saídas CA dos transformadores para separar as tomadas CA para que diferentes aparelhos possam ser conectados a eles.

O motor que realmente fabrica as ondas senoidais é acionado por outro motor acoplado a um mecanismo de polia / correia. O motor de acionamento é operado com a energia da bateria disponível.

Peças necessárias

Você precisará das seguintes peças e unidades para fazer este verdadeiro inversor de onda senoidal:

Um amplificador de áudio de alta potência pronto para uso

Transformador - a classificação deve corresponder à potência do amplificador. Se o amplificador pode fornecer 500 watts a 50 volts, isso significa que o enrolamento de entrada do transformador deve ser avaliado em 50 volts e 10 amperes.

Alternativamente, o transformador da fonte de alimentação do amplificador de potência pode ser removido e usado para esse fim.

Motores - O RPM deve estar acima de 3000 e deve ser ajustado para exatamente 3000 RPM para que uma frequência de 50 z possa ser alcançada a partir dele.

Gabinete adequado para acomodar todo o conjunto.

Porca, parafusos, arruelas, fios, bateria etc.

Layout de fiação para o inversor de onda senoidal proposto usando um amplificador de áudio

Como montar o amplificador de áudio com bateria e entrada sinusoidal

É bastante simples e tudo sobre a integração das unidades adquiridas de acordo com o diagrama fornecido. Todo o sistema junto com o amplificador, transformador e os motores podem ser alojados dentro de um gabinete metálico maior e devidamente fixados.

Os motores, especialmente, devem ser firmemente fixados na base do gabinete do inversor para evitar vibrações e ruídos. O gabinete também deve incluir todos os terminais especificados com a unidade, fixados externamente para a conexão da bateria e as tomadas CA.

Por meio de um conceito simples, a ideia de construir um inversor de onda senoidal pura foi explicada no artigo. Continue lendo para saber todos os detalhes da construção.

Projeto # 2: usando um módulo amplificador de 100 watts

É compreensível que os inversores de onda senoidal não sejam fáceis de construir, devido a muitas razões diferentes. Mas é provavelmente o mais tipo após circuito e também muito difícil de encontrar. Para as pessoas que estão procurando desesperadamente por esse circuito, talvez este artigo possa ajudar.

Depois de muito pensar, provavelmente pareço ter projetado um conceito mais fácil (embora não muito eficiente) de um circuito inversor de onda senoidal pura. Como o circuito não foi testado por mim, não poderei dizer muito sobre as especificações exatas do circuito e gostaria de deixar para os leitores decidirem a viabilidade do circuito atual.

A ideia me ocorreu ao ler a descrição do circuito de um Amplificador de áudio MOSFET . Todos nós sabemos que quando um sinal de áudio é alimentado na entrada de um amplificador, ele produz uma potência de saída amplificada com exatamente as mesmas propriedades da entrada.

Isso simplesmente implica, no lugar de um sinal de áudio, se um sinal AC puro, digamos de um circuito de ponte Wien, for aplicado à entrada de um amplificador de potência e um transformador inversor conectado à sua saída (onde normalmente um alto-falante seria conectado), certamente produzirá uma réplica amplificada da entrada. E o enrolamento secundário do transformador do inversor conectado definitivamente produziria uma energia CA de onda senoidal (minha suposição).

O único grande problema é a perda de uma quantidade significativa de energia da bateria na forma de calor através dos dispositivos de energia, reduzindo a eficiência geral do inversor.

Vamos prosseguir e ver como funcionam os diferentes estágios do circuito proposto.

O Circuito Oscilador

O circuito gerador de onda senoidal simples mostrado ao lado pode ser usado para produzir as ondas senoidais necessárias na entrada do amplificador de potência, vamos estudar a respeito de seu funcionamento através das seguintes etapas:

Op amp A1 é basicamente conectado como um multivibrador astável,

O resistor R1 e o capacitor C1 definem a frequência de oscilação do astável.

A onda quadrada de A1 é alimentada para A2, que é configurado como um filtro passa-baixo de dois pólos e é usado para filtrar os harmônicos de A1.

A saída de A2 será quase uma onda senoidal pura, o pico obviamente dependerá da tensão de alimentação e do tipo de amp op usado.

A frequência do circuito atual foi fixada em aproximadamente 50 Hz. Se os valores das partes mostradas entre parênteses forem selecionados, a frequência será em torno de 60 Hz.

Lista de Peças

Todos os resistores são 1/8 watts, 1%, MFR

R1 = 14K3 (12K1),

R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,

R5, R6 = 2K2 (1K9),

R9 = 20K

C1, C2 = 1 µF, TANT.

C3 = 2µF, TANT (DOIS 1µF EM PARALELO)

C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,

C5 = 100µ / 50v,

C8 = 22µF / 25V

A1, A2 = TL 072

IC2 = LM3886 (National Semiconductor),

HEATSINK PARA IC2 COMO MOSTRADO NA IMAGEM,

TRANSFORMER = 0 - 24 V / 8 AMPS. SAÍDA - 120/230 V CA

PCB = FINALIDADE GERAL

O circuito amplificador de corrente

Tendo em vista manter as especificações de design muito simples e a contagem de componentes o mínimo possível, um único amplificador de chip era o requisito básico. Um amplificador razoavelmente poderoso usando IC LM3886 (National Semiconductor) foi finalmente selecionado por mim para esse propósito. As características salientes deste chip amplificador de potência são as seguintes:

IC verdadeiramente versátil e de alto desempenho em comparação com outros tipos de dispositivos híbridos e discretos.

Totalmente protegido internamente de picos de temperatura instantâneos,

Tem uma área de operação segura protegida dinamicamente,

A saída está perfeitamente protegida contra curto-circuito com o terra ou alimentação positiva através de uma rede de circuito interno limitador de corrente.

A saída também é protegida contra sobretensões de saída devido a transientes de carga indutiva,

Pode ser operado com tensões tão baixas quanto 20 volts até incríveis 94 volts.

Suas especificações técnicas são as seguintes:

A sensibilidade de entrada é 1 Vrms

A potência de saída será em torno de 100 watts se a resistência primária do transformador for de cerca de 4 Ohms.

A largura de banda de energia é massiva de 10 Hz a 100 KHz.

Dicas de construção

O circuito consiste basicamente em apenas dois ICs como os principais componentes ativos e um punhado de outros componentes passivos, portanto, o procedimento de construção deve ser muito fácil. A montagem inteira pode ser feita simplesmente sobre um pedaço de placa de uso geral (aproximadamente 4 por 4 polegadas).

IC2 deve ser posicionado na borda do PCB para facilitar o encaixe fácil do dissipador de calor. O presente utiliza duas grandes baterias de caminhão de 24 volts. Conecte-os conforme mostrado no diagrama.

Um carregador de bateria separado é necessário para carregar as baterias.

Design # 3: Inversor de onda senoidal pura de 500 W

A postagem explica como fazer um inversor de onda senoidal pura de 500 watts usando um amplificador de áudio de 500 watts para obter resultados razoavelmente excelentes.

O circuito usa basicamente uma topologia push pull por meio de algumas baterias de 24V. O uso de duas baterias de 24 V permite que baterias de baixo AH sejam incorporadas com maior eficiência e potência.

Baterias de 12 V também podem ser testadas, porém a potência de saída seria reduzida à metade.

Visto que uma alimentação dupla é usada, o transformador conectado não precisa ser do tipo com derivação central, em vez disso, um transformador comum de dois fios torna-se adequado aqui.

Os dois projetos mostrados abaixo são tudo o que seria necessário para implementar este circuito inversor de onda senoidal pura simples.

O gerador de onda senoidal

O primeiro circuito é o gerador de onda senoidal básico, que se torna a entrada de alimentação para o amplificador de onda senoidal principal ou o estágio de saída.

O gerador de onda senoidal produz uma saída de onda senoidal pura com os componentes mostrados em cerca de 50 Hz, para outras frequências o resistor de 2,5K pode ser alterado e testado em um simulador para fixar os resultados desejados.

O circuito gerador de seno deve ser fornecido com +/- 12 V, e não diretamente da bateria de 24 V, pois isso pode danificar o IC permanentemente.

Os opamps usados ​​neste gerador de seno são do IC TL072

Usando um circuito amplificador de potência como um inversor

O próximo diagrama mostra o estágio de saída do circuito inversor de onda senoidal pura proposto, que é na verdade um projeto de amplificador de potência de 500 watts. Como pode ser visto, o design não é nada complicado.

Todos os componentes envolvidos são padrão e facilmente disponíveis.

Os mosfets são IRF540n e IRF9540n que se complementam para produzir o efeito push pull necessário sobre o transformador conectado.

Com um transformador de 0-24 V / 25 amperes e um par de baterias de 24 V, o circuito seria capaz de gerar até 600 watts de saída de onda senoidal pura na tensão relevante.

A saída através do lado direito opamp do gerador de seno deve ser conectada através da entrada do segundo circuito para inicializar as operações propostas.

Detalhes da fiação da bateria para o circuito inversor de onda senoidal simples acima