Planejamento e execução de projetos DIY 2

Se você não leu a primeira parte do artigo, leia antes aqui

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Como já falei um pouco sobre meus critérios técnicos de desenvolvimento dia desses, achei válido deixar registrado também meus critérios estéticos de desenvolvimento, na prática. Será mais uma postagem voltada para quem está começando no DIY - também para quem foi iniciado ou já é veterano, mas deixa a desejar em alguns pontos práticos - e costuma exagerar no visual dos projetos. Uma das grandes queixas minhas é a utilização desenfreada de LEDs de alto brilho, coolers desnecessários e microcontroladores para funções primárias que seriam facilmente resolvidas com CIs discretos. E outra, são tentativas falhas de criar silk para painéis dos projetos onde o resultado não vale sequer o tempo perdido. Na dúvida, deixe cru.

Painéis, controles e indicadores visuais

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Tenho um senso estético bastante chato apurado e me incomodo facilmente com LEDs grandes e brilhantes em painéis que deveriam ser discretos e foscos. Me incomodo mais ainda quando as cores escolhidas são berrantes ou não fazem sentido. Tenho um cérebro bastante confuso. Penso que as cores devem fazer algum sentido com aquilo o que elas querem indicar. Principalmente se tratando de equipamentos de áudio, que geralmente são utilizados em locais com pouca iluminação - como salas de vídeo e entretenimento. Quando olho para algum equipamento de áudio, simpatizo quando os LEDs indicadores fazem alguma menção à função e mais ainda quando consigo linkar a cor com sua função. Sou daqueles que buscam projetos bacanas de serem vistos na Internet e que dedicam alguns minutos em leituras estrangeiras de grandes projetos.

Também me irrito facilmente quando vejo um painel muito bacana com knobs toscos, mal pensados e com cores burras. Pior ainda é quando tentam reaproveitar potenciômetros antigos com knobs mais modernos... Não satisfeitos com o carnaval, aplicam LEDs bizarros com cores diversas e com alto brilho. Fico imaginando a sala desses caras quando eles ligam os projetos: deve ser uma festa rave só.

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Portanto, cuide bastante na escolha dos LEDs e de suas cores. Case as características de consumo e brilho, os formatos e leve em consideração todo o conjunto. Lembre que LEDs de alto brilho possuem um consumo bastante alto, principalmente se você vai montar algo que seja alimentado por baterias ou pilhas. E seja crítico consigo mesmo, busque inspiração em projetos pela Internet e vá aperfeiçoando suas técnicas e senso crítico. Seja saudável, também, na criação de silk e na adesivação dos painéis. Muitas vezes, o resultado desse trabalho falho não vale sequer o tempo que você perdeu. Então, na dúvida, crie painéis com indicadores e controles dispostos com alguma lógica visual. Mesmo que somente você entenda o que cada LED queira indicar, é mais elegante nada ter descrito num painel a querer arrancar os olhos com adesivações medíocres.

Microcontroladores

Já falei o que penso sobre essa molecada nova que transformou eletrônica em informática e não vou me repetir. Só vou acrescentar que, se você pretende aplicar microcontroladores nos seus projetos, que você os utilize sabiamente para funções avançadas. Nada de ATMEGA para piscar LED ou para temporizar relé. Tenha piedade daqueles que pesquisaram décadas até chegarem a acessíveis dispositivos programáveis destinados a funções avançadas. Deixe de preguiça e vá estudar eletrônica analógica também.

Se você pretende desenvolver projetos envolvendo lógica digital e controle de portas I/O com display e tudo mais, certamente vou lhe recomendar a aplicação de algum microcontrolador, escolhido de acordo com a sua aplicação. No mais, pense em soluções extremamente simples e eficientes utilizando apenas e boa e velha eletrônica analógica.

Coolers (ou FAN)

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Nos primeiros projetos de fontes e amplificadores de potência, o cara fica meio confuso na escolha dos dissipadores de calor corretos para cada caso. Principalmente quem escolhe projetos mais complexos mesmo sendo um iniciante - meu caso, aos 14 anos de idade, ao escolher um amplificador transistorizado de 180W e fonte simétrica. Me lembro até hoje da peleja que era encontrar bons dissipadores de calor... Hoje é tudo mais fácil, temos muitas lojas físicas e sites dedicados que dispõem de quase todo material necessário para um bom projeto, fora as sucatas e as toneladas de lixo eletrônico disponíveis quase sempre gratuitamente. O caso é que, diferentemente dessa molecada de hoje, eu já sabia mensurar os dissipadores que eu precisaria utilizar caso a caso e somente utilizei coolers em projetos compactos de alta potência, como o PWA 5000 e o PWA700T, 500W e 700W classe AB de pura potência, respectivamente. E somente utilizei coolers por conta do espaço reduzido e por falta de um dissipador maior. É que, como fiz testes de carga máxima e os dois se mostraram grandes e calorosos amplificadores, não quis arriscar a dissipação passiva em dois equipamentos projetados para trabalho contínuo por horas em grande potência. Eis o meu respeito para com os componentes. Mas o que eu vejo por aí são projetos que dispensam por completo a dissipação ativa mas que, por alguma razão, os projetistas insistem em instalar coolers. E não ficam por aí: muitas vezes instalam coolers iluminados por LEDs, o que torna a estética ainda mais sofrível. Isso sem falar do consumo desses coolers, que pode chegar a 400mA! E antes que você fale do PWA 700T possuir um cooler medonho desses, se você puder ler toda a postagem vai entender a razão desse crime. O mesmo não ocorre no PWA 5000, que se utiliza de coolers discretos e devidamente instalados de forma harmônica e planejada, onde até a atuação (velocidade e acionamento de acordo com a necessidade) e direção do fluxo de vento foram pensadas. Isso garante a aplicação dos recursos e promove qualidade, um bom andamento do cronograma e a redução dos custos com dispositivos desnecessários.

Portanto, mais uma vez, seja crítico. Calcule as dissipações, trabalhe com gabinetes que promovam a troca de ar com grandes e inteligentes frestas de ventilação. Se realmente for necessário aplicar um ou mais coolers ao projeto, o faça de forma discreta e elegante. Se possível, controle esse cooler para que somente gire a 100% se realmente for necessário, otimizando o consumo de corrente, aumentando a vida útil do cooler e silenciando o funcionamento do equipamento. De preferência, crie um controle de velocidade baseado em eletrônica analógica. Você vai ficar impressionado com a facilidade de montagem de um circuito de controle de velocidade para cooler utilizando apenas componentes discretos.

Uma boa ideia é avaliar se seu projeto necessita de constante fluxo de ar. Vamos utilizar como parâmetro um amplificador classe AB de 250W. Potências de classe AB dissipam calor proporcionalmente ao volume de sinal em que estão operando. Se você pretende manter uma boa temperatura de trabalho interna, calcule a rotação desse cooler em torno de 20% da sua capacidade total. Quando o amplificador começar a aquecer, por volta dos 50ºC internos, calibre o circuito de controle do cooler para que libere a rotação a 100% para iniciar a manutenção da temperatura. Obviamente, quando esse limite for gradualmente reduzido, o cooler passará a girar em velocidade proporcional à temperatura medida, até chegar novamente aos 20% iniciais. Dessa forma, você mantém uma faixa de temperatura segura internamente tanto em baixas potências quanto em altas, pelo período de tempo em que o equipamento estiver operando. Lembre-se sempre de que a temperatura interna de trabalho deve ser observada, nunca permita que um amplificador trabalhe em altas temperaturas, mesmo que o limite do componente esteja dentro dos valores admissíveis. Quanto mais cuidados com seu projeto, mais qualidade você conseguirá. Logo, a durabilidade e a robustez serão pontos altos.

Dica quente: existem modelos de fontes ATX que possuem uma plaquinha dedicada ao controle do cooler que pode ser facilmente reaproveitada. Elas já vem com sensor e se utilizam da tensão de 12V fornecida pela própria saída da fonte. Basta conectar o cooler desejado, alimentar a plaquinha e posicionar o sensor no ponto crítico de aquecimento do seu projeto. Se quiser utilizar mais de um cooler ou um cooler mais parrudo, substitua o transistor/MOSFET original por outro que atenda a nova faixa de corrente. A faixa de atuação desses plaquinhas é muito desejável e você pode facilmente alterá-la se for necessário.

Em suma, vai reduzir espaço? Utilize cooler de forma inteligente. Tem espaço? Dissipe passivamente.

Conclusão

Seja o seu maior crítico.

Pur'A - Amplificador de Potência Hi-End Classe A

Com um visual vintage, indicadores precisos, grande dissipador de calor exposto, sonoridade de qualidade impecável e uma cara de mau, o Pur'A é meu grande projeto classe A para minha coleção de projetos de amplificadores de potência desenvolvidos nesses muitos anos de DIY

É com muita alegria que publico mais este projeto que prima pela qualidade sonora e pelo visual vintage, que aplico mais uma vez na identidade diyPowered. Por se tratar do meu primeiro projeto finalizado - montar esquema em bancada para ver se funciona e para testar a sonoridade não conta! - de um amplificador classe A, quis fazer tudo direitinho. Fui até um pouco além do que pretendia ao adicionar funcionalidades avançadas naquilo o que deveria ser bastante básico. Mas eu não me aguento e lá fui complicar o projeto.

O projeto Pur'A

Há alguns carnavais, montei de brincadeirinha só pra ver como era o projeto 3 - 5 Watt Class-A Audio Amplifier, publicado no site RED Free Circuit Designs, e achei muito interessante pela qualidade final do áudio - mesmo com toda a simplicidade do esquema. Fiz algumas alterações na época tentando melhorar o que já era bom - e lá fui complicar o projeto - e acabei redesenhando todo o circuito. Na verdade, acabei criando um novo esquema me baseando na mesma simplicidade do projeto original, alterando alguns componentes, aumentando o número e a ordem deles. Consegui uma qualidade surpreendentemente superior ao adicionar poucos e alguns novos componentes, redesenhando o projeto original que acabou se tornando um novo projeto. É complicado, mas em suma, o 3 - 5 Watt Class-A Audio Amplifier serviu como inspiração para o Pur'A, assim como projetos clássicos e minimalistas como Super Class A Amplifier, J. L. Hood Class-A Single-Ended Amplifier e os projetos do gênio Nelson Pass.

Mas ainda não tinha montado um classe A para chamar de meu. E isso me deixava um lugar vazio numa estante cheia de grandes projetos já finalizados. Então, há algumas semanas, encontrei um antigo decodificador de TV a cabo jogado no lixo, enquanto levava Cícero, o labrador para aquela voltinha de final de tarde. Nada hesitante, meti a mão nele e carreguei pra casa.

Desse decoder, aproveitei alguns CIs e o trafo, que possui dois secundários (enrolamento único de 40V x 150mA e duplo de 7V x 800mA) e apenas um primário de 220V. E claro, o gabinete dele. Fiquei alguns dias pensando o que montar naquele gabinete toscão, mas a ideia de finalmente montar meu classe A foi mais forte. Mesmo sabendo que seria complicado colocar tudo dentro desse gabinete com elegância e segurança, me desafiei. De novo.

Fonte de alimentação

Sempre me apego ao projeto da fonte. E quase sempre levo mais tempo definindo seu esquema e características do que trabalhando em outros setores do projeto. É que a fonte, na minha opinião, é parte tão fundamental do projeto quanto o setor que receberá sua alimentação. Não consigo conceber o isolamento de prioridades dentro do projeto onde a fonte de alimentação fica em terceiro plano. Porque de nada adianta PCI com fibra de vidro e componentes selecionados a dedo se você vai montar uma fontezinha porca.

E lembrando: uma fonte mal projetada pode colocar em risco todo um projeto.

Mas voltando ao tópico inicial, meu esquema redesenhado e chamado já na época de Pur'A (píure-Ei) drena cerca de 800mA por canal numa tensão de 24V estabilizados. E quando estamos falando de um classe A, seja ele um solid state ou tube, são 800mA violentamente devorados de forma contínua. E não é pouca coisa. Como costumo respeitar os componentes mantendo uma boa margem de segurança, o projeto original da fonte conta com dois - sim, dois - transformadores de 30V x 1A, um para cada canal, que sustenta uma linha regulada de 24V com um banco de capacitores que somam 27000MF devidamente desacoplados e com resistores auxiliares de 0.10R x 5W. Uma super fonte para um super projeto.

Isso num mundo justo. É que, na época, eu possuía esses dois trafos disponíveis. Para o projeto definitivo do Pur'A, fiquei na mão por alguns dias até me lembrar de uma fonte chaveada que possuo faz tempo que fornece exatamente a tensão que preciso com gordos e redondos 2.5A - mais do que o suficiente para sustentar a queima de corrente das potências. Como a premissa diyPowered é o reaproveitamento das tecnologias, adotei com alguma resistência - não pude perder o trocadilho - a fonte chaveada no projeto. É que não gosto de fontes chaveadas para amplificadores de potência e outros equipamentos que trabalham criticamente com áudio. Mas como a necessidade é maior do que o dinheiro para comprar o um trafo toroidal de 24V x 3A...

Não tem muito o que dizer sobre essa fonte, só que é bem projetada e que possui boa estabilização e corrente. Mantive o banco de capacitores do projeto original, mas reduzi os 27000MF para 20000MF, já que não é necessário tanta coisa assim para a saída de uma chaveada. O resultado? As potências trabalham felizes e devoram suas correntes sem culpa.

Potências

A ideia era pretensiosa: montar as potências num dissipador de calor vertical, afixar todos os componentes dentro do pequeno gabinete e torcer para que cada peça coubesse perfeitamente. Isso sem falar na dissipação interna dos transformadores e da fonte regulada - em tempo: a configuração atual não utiliza trafos, como disse anteriormente. A dissipação das potências era garantida pelo contato maciço com o ar, já que a peça foi montada externamente, mas o calor gerado pelos transformadores e pela regulagem da tensão da fonte era um desafio a ser vencido - mesmo queimando corrente e cozinhando o dissipador, os transistores trabalham dentro da faixa de segurança, bem abaixo da máxima. O gabinete possui frestas de ventilação inferiores bastantes generosas - na base metálica - e apenas uma parte do painel traseiro possui aberturas para ventilação. Não é um projeto dos mais inteligentes no quesito circulação de ar, mas como o aparelho original não necessitava de grandes trocas, não se justificava fazê-lo.

PET - Ponto de Equilíbrio Térmico

Uma função desnecessária que achei legal embutir do Pur'A é o que chamo de PET - Ponto de Equilíbrio Térmico. É o ponto onde as potências entram em trabalho constante e limpo, após alguns minutos do acionamento da fonte de alimentação. É que, dentro das minhas concepções, valvulados e transistorizados classe A somente me convencem de sua qualidade após estarem quentes. E quando eu falo em quentes, falo de cheiro de vapor e de regiões tão aquecidas que se torna inviável tocá-las por mais que 1 segundo =]

Aproveitando o painel original do decoder que possuía três botões (channel down/up e power on/off) adicionei um espelho por trás que, iluminado por LEDs de cores amarelo lâmpada de 6V para power e verdes temos 20 anos de uso. Os verdes é que indicam esse ponto de equilíbrio, onde os dois devem estar acesos e nunca somente o down ou o up - isso indicaria um erro de calibração. Alguns minutos após o acionamento do Pur'A, esses dois LEDs verdes devem se apagar lentamente e em conjunto, indicando visualmente que as potências estão equilibradas e equivalentes. Isso garante que a pureza do som está validada, de certa forma.

E por falar em lâmpadas de 6V, pensei em utilizá-las para o painel do Pur'A. Mas como a minha peleja em busca de uma fonte com mais corrente foi grande, acabei optando por utilizar LEDs mesmo, com resistores limitadores de valores altos para que consumissem a menor corrente possível sem sacrificar seus brilhos. O resultado ficou muito bom e o mais próximo possível do que eu esperava.

Gabinete

Como já teve spoiler antes. o gabinete é herdado de um antigo decodificador de TV a cabo. Nenhuma peça interna foi aproveitada e a parte frontal dele foi revestida com um adesivo estampado com tema amadeirado, e os knobs escolhidos para os controles individuais de volume são de alumínio polido para dar mais ainda um clima vintage. As chaves utilizadas são do tipo alavanca para ligar e desligar e também para o attenuator, uma função muito útil quando se necessita limitar o sinal que chega nas potências, reduzindo a distorção.

Também foi adicionado um LED indicador de clip para cada canal. Na falta de mais LEDs temáticos, os dois LEDs vermelhos de clip foram desgastados até que se eliminasse as lentes, sendo polidos logo em seguida. Isso confere um ar de coisa velha e usada, e também fornece um brilho diferenciado para o conjunto.

Ainda falando em componentes, foram adicionados quatro capacitores de 5000MF cada externamente, sem qualquer informação impressa - retirei a 'embalagem' deles - ficando com aparência de metálicos, apenas. Mais visual vintage. Aproveitando a oportunidade, adicionei o porta fusível e a tomada de força na mesma tampa. Tudo muito ogro e sem frescura.

O painel traseiro traz as conexões para falantes e sinal. Para entrada de sinal, foram adotados par de RCA - meus favoritos - e para as saídas, bornes toscos com fixação por parafusos. Algumas frestas de ventilação e nada mais. Esses bornes de parafusos foram aproveitados de um temporizador padrão de painel elétrico, ou algo parecido, que também encontrei no lixo. E ainda falando nesse temporizador, consegui aproveitar quase toda a placa dele, incluindo um trafo 127V/220V x 20V+20V 100mA que é sempre muito útil para projetos pequenos.

E o grande e bizarro dissipador de calor externo? Esse cara foi retirado de um desktop Dell descartado. Possui uma base pura de cobre em contato com os transistores de saída, uma segunda base de alumínio para fixação e diversas aletas verticais que ajudam muito no contato com o ar. Mesmo julgando ser um dissipador parrudo, ele ferve a picos de 64ºC após alguns minutos de uso. Não utilizei um dissipador maior porque realmente não tenho. Porque esses amplificadores hi-end queimam corrente sem dó.

Fiquei muito contente com o resultado. Muito mesmo. Acho que mais pessoas deveriam se encorajar e colocar na bancada suas ideias e conceitos sem dar muita bola para o que dizem nesses fóruns de garotos mimados. Confie nos seus ouvidos e respeite os componentes.

E vamos lá, fotos!

Teste de temperatura máxima do dissipador...

... e o resultado!

Vista superior 

Detalhe do painel frontal

Cara de mau

Chave de liga/desliga, capacitores e LEDs

LEDs do 'PET' e power

Chaves do attenuator e LEDs peak level

Painel traseiro

LEDs 'PET' ao acionar o Pur'A (ainda não equilibrado)

Log do projeto

Pur'A - Amplificador de potência classe A
SCH/PCB  _________ 100%      HARDWARE  __________ 100%      TESTE  __________ 100%

14/01/2017 - esquema elétrico definido, características casadas e iniciando separação dos componentes

19/01/2017 - iniciando montagem dos circuitos das potências; definido gabinete e dissipador externo afixado

20/01/2017 - montagem dos canais; reguladores de tensão da fonte e ponte montados; banco de capacitores da fonte em montagem; próximos passos serão teste da tensão regulada da fonte e teste individual dos canais previamente montados; chaves, indicadores e demais recursos em montagem e fixação; montagem do circuito de soft start das saídas; mais itens adicionados ao gabinete; banco de capacitores em montagem

* primeiros testes de audição e afinação do circuito surpreendentes, poucos ajustes foram feitos para obter um som claro, aberto, rascante e de muita presença

21/01/2017 - fixação do banco de capacitores; fixação dos terminais RCA de entrada; definições de leds indicadores; fixação de quase todos os componentes externos ao gabinete; em fase de acabamento do gabinete

22/01/2017 - fixação dos bornes de saída, chaves e potenciômetros; conexões internas, áudio e alimentação fixados e conectados; fonte regulada e testada; algum tempo perdido até encontrar os trafos em inversão de fase (são dois trafos internos) mas resolvido em tempo; projeto em fase de finalização, passa agora para inspeção final, teste geral e audição definitiva

23/01/2017 - definições de cores para LEDs indicadores; finalização do controle de equilíbrio com indicador visual, faltando apenas afixar no dissipador e conectar os pontos de monitoramento

24/01/2017 - primeiro fechamento do gabinete para conferir espaços, passagens de cabos e fixação do monitor de ponto de equilíbrio; fixação dos LEDs peak level e teste do attenuator

25/01/2017 - teste de aquecimento para calibração do ponto de equilíbrio monitorado; projeto em fase final

26/01/2017 - monitor de ponto de equilíbrio calibrado e finalizado; peak level testado e calibrado para as chaves do attenuator; como dissipador principal escolhido para as potências está aquecendo demais, será estudado implantação de cooler girando a 20% somente para reduzir alguns graus sem afetar o ponto de equilíbrio termal monitorado

27/01/2017 - verificado consumo excessivo de corrente não previsto inicialmente, transformadores trabalhando no limite - o que não é nada desejável; estudando a possibilidade de reduzir aquecimento e consumo utilizando fonte chaveada, caso não seja possível upgrade dos transformadores

28/01/2017 - teste com a fonte chaveada foi muito promissor, devido aos seus 3A de corrente bem definidos, o que dispensaria os dois trafos e também o regulador da fonte com sua retificação, reduzindo também o volume de componentes internos, mas ainda não é definitiva a alteração do projeto original da fonte

* projeto concluído!

** 30/01/2017

E para demonstrar o funcionamento dos LEDs do peak level, aquele videozinho de sempre.

Ok, eu me rendo! - Iniciando no Atmega via Arduino UNO R3

Como um bluseiro completamente análogo, demorei anos para me render àquilo o que me refiro sempre como infotrônica, ou seja, quando a eletrônica se (con)fundiu com a informática. Minha grande birra é com essa molecada que nunca viu de perto grandes projetos - nem do presente e menos ainda do passado - e me vem com codigozinho de merda para piscar led na plataforma, como já defendi aqui. E ainda me pautando no texto anterior, o microcontrolador é uma super ferramenta, voltada para projetos complexos onde a utilização de eletrônica pura seria onerosa e dispendiosa, e nunca para um punheteirozinho que mora com a mãe ficar piscando ledzinho.

Então, voltando ao tópico inicial... ok, eu me rendo! Vou introduzir o ATMEGA nos projetos do diyPowered daqui em diante. Obviamente, não vou fazer led piscar nem girar motorzinho. A utilização do MC será apenas para projetos mais complexos, onde pretendo otimizar espaço e engrandecer funcionalidades.

Ok, eu me rendo!

Não compre jumpers! Fabrique os seus!

E aproveitando o ensejo, sobre os jumpers que servirão para desenvolvimento, fabrique os seus! Fiz mais de 20 deles utilizando fios flexíveis retirados de um cabo PS2 de qualidade, barra de pinos de placa mãe dessoldados e devidamente separados e limpos e, para fazer um bom acabamento e fixação, espaguete termo-retrátil!