Handmades

Olá

Dias atrás, o colega Finck afirmou que não se sentia apto à projetar um amplificador valvulado.  :-\  E que havia “muita coisa” que ele não entendia sobre esse quesito. É claro que dependendo do tipo de abordagem que se queira adotar para esse assunto, pode ser algo simples, ou extremamente complexo. :'(

Sabendo também sobre a presença de membros do fórum que não tem grande conhecimento de eletrônica, que lêem as discussões, mas que nunca postam nada, muitas vezes por não estar entendendo o que está sendo discutido. Por isso preferi adotar uma abordagem simplificada, para que qualquer pessoa consiga ter um entendimento de “como começar”.

Agora, se quiser se aprofundar, adote o princípio mais conhecido de todos; estude muito.

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Uma válvula tríodo, (que é o tipo de válvula amplificadora mais simples de todas),
tem como o nome sugere, 3 elementos principais:

O Cátodo = K
A Placa, ou Ânodo = P
E a Grade = G

Além disso possui o filamento, que ativa a válvula através do aquecimento do elemento cátodo, K.

Fil. = filamentos

(https://s26.postimg.cc/la8jz0n95/Tube_-01.gif)

O funcionamento da válvula é algo especialmente interessante, pois acontece pela simples agitação dos elétrons do material do cátodo, devido ao calor. Esses elétrons à princípio ficam “agitados” mas não saem das imediações do cátodo. É preciso uma tensão +B, (de preferência alta), para que eles tenham energia suficiente para saltar a distância entre o cátodo e a placa e gerar uma corrente elétrica apreciável. Esse é o princípio do que acontece em todas as válvulas termoiônicas, desde o diodo até as válvulas mais complexas. O detalhe é que a corrente sempre seguirá no sentido do cátodo para o ânodo. Caso a tensão que ajuda a deslocar os elétrons for invertida, não haverá corrente elétrica circulando no circuito.

Uma vez que o cátodo é aquecido, e que seja ligada uma tensão positiva entre a placa e o cátodo, haverá sempre uma corrente circulando entre esses dois elementos.

(https://s26.postimg.cc/99n3yafuh/Tube_-01_A.gif)

A grade das válvulas tem a função de controlar essa corrente de elétrons. Esse é o elemento essencial para que haja amplificação. A grade precisa de muito pouca energia para controlar a corrente de elétrons placa-cátodo.

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Para iniciar um “projeto” de um estágio valvulado, é preciso saber como que é ligado um estágio amplificador valvulado simples, utilizando um tríodo.

V1 =  tríodo 12AX7
Rg =  resistência de grade
Rk = resistência de cátodo
Rp = resistência de placa
+B = tensão de alimentação

Existem também outros elementos para que este circuito se torne parte de um equipamento maior .

IN = entrada de sinal
OUT = saída do sinal

Cs = capacitor de placa
RL = resistor de carga

(https://s26.postimg.cc/i5xw286gp/circuit_-01.gif)

O princípio de funcionamento de um amplificador, (no caso aqui, utilizando válvulas), é  a inserção de um sinal elétrico em sua entrada, através principalmente da grade, (mas não exclusivamente), que gera o aparecimento do mesmo sinal em sua saída. Esse sinal da saída deve ter as mesmas características do sinal de entrada, porém pode ter uma tensão maior, (amplitude maior), ou então uma capacidade de corrente maior (impedância menor). Em ambos os casos existe a amplificação do sinal.

(https://s26.postimg.cc/kbs6wq9x5/circuit_-01_C.gif)

Obs; Não quero ser pretensioso ao ponto achar que sei muito sobre o assunto. Tenho certeza que aqui existem pessoas com maior conhecimento nessa área que eu, por isso, qualquer correção ou dúvida, podem ser apresentadas sem problemas.
Esse aqui é o Fórum Handmades!
 (rckt

Bom dia Matec e todos do Forum,

Eu acho espetacular esse tipo de introdução aos que pouco conhecem sobre válvulas e design de circuitos, eu sou um deles. Estava estudando sua postagem e fui ler alguma coisa sobre o assunto, e eu gostaria de propor algo mais profundo, vou postar um pequeno circuito e queria entender o motivo e os valores de cada componente, não sei se tudo pode ser explicado, mas segue ai, eu peguei esse primeiro estagio do circuito do SLO100.

(http://i67.tinypic.com/oh603p.jpg)

Tenho algumas duvidas, porque na saída foi dividido uma parte passando pelo circuito RC e outra parte foi direto, na frente eles se juntam. Não consigo entender também o movimento do áudio, o caminho, e como que a tensão de alimentação da válvula "entra" no caminho do sinal de áudio.
Pessoal não me julguem, eu sou químico entendo de moléculas e reações, mas gostaria tanto de aprender mais sobre amplificação valvulada.

Olá nelsonpaschoal.

O intuito dessa postagem é essa mesmo. Explicar coisas simples que os iniciantes em eletrônica ainda não entendem e por esse detalhe, não seguem adiante em seus projetos.

No seu caso, o circuito valvulado mesmo é simples, sem nenhum tipo de segredo de estado.
Já esse "jumper" é totalmente suspeito. Existem esquemas na net que são confiáveis, e outros que são errados, ou desenhados com má fé. Por isso quando ver algo estranho em algum esquema, tente comparar com outros.

Veja que neste esquema abaixo não existe esse Jumper. Não sei se isso é uma doideira do fabricante ou simplesmente um fake da net.


 :)

Até que eu não to tão ruim assim se percebi que era estranho esse "jumper", hehehehe!!!
o esquema que estava olhando era esse:

(https://www.ampbooks.com/mobile/classic-circuits/soldano-slo-preamp-1/soldano-SLO-schematic.jpg)

Matec já conhece meus "medos, mas para torná-los públicos e levantar a bola:

Embora eu compreenda a teoria de funcionamento dos blocos maus comuns, tenho imensas dúvidas sobre como determinar/calcular os valores dos componentes periféricos. Especialmente na etapa de potência...

Sim você está correto.
Não há sentido algum nessa ligação, o sinal passa direto, sem se importar com o filtro RC. Como em tudo mais, a internet está lotada de esquemas errados de equipamentos eletrônicos.
 

Finck

Seus medos já são públicos, já que você mesmo postou isso.

Eu entendo que suas dúvidas são bem mais específicas e avançadas do que o tópico que estamos escrevendo, mas essas dúvidas não são só suas, de modo que você não será o único que irei torturar com explicações sobre circuitos valvulados. 

;D

Oba!!!

Eu estou lendo em um site, novamente sobre o soldano SLO100 (tem outros esquemas também), um detalhamento de cada estágio do amplificador, parece ser muito interessante e uma boa fonte de pesquisa e questionamento, já consegui entender por exemplo sobre o capacitor de desacoplamento sobre bloquear tensão DC e deixar passar somente o audio, o capacitor é determinado pela atenuação de frequência que se deseja, estou certo?
Conhecimento é poder!

O site é esse: https://www.ampbooks.com/

Capacitor + resistor, ou filtro RC.

Existe também aqui no fórum este tópico do xformer, já devidamente traduzido e corrigido. É ótimo!
http://www.handmades.com.br/forum/index.php?topic=8543.msg165312#msg165312 (http://www.handmades.com.br/forum/index.php?topic=8543.msg165312#msg165312)

Otimo topico para nos iniciantes. Obrigado Matec.
Seguindo...

Boa tarde,

Gostaria de perguntar ao Matec, lendo por ai nos topicos sugeridos e no site ampbooks, eu entendi que a alimentação negativa ajuda o amplificador a se manter mais estável e com um som mais limpo, usando palavras de um leigo. Eu tenho um Thunder Sound II que foi modificado para guitarra, minha pergunta é: uma chave para desligar a realimentação negativa nesse amplificador traria alguma vantagem?

O termo correto é realimentação negativa

Sim. A realimentação negativa ajuda o circuito à manter o sinal mais linear. Se isso é bom ou não, é outra história. Existem muitas opiniões contra e a favor.

O Thunder Sound é um amplificador de contrabaixo, assim como o Bassman também é. A realimentação existe em ambos, provavelmente o som seja melhor assim.
A chave que você propõe pode ficar boa ou não. Experimente e nos diga.

 :)

Fiquei empolgado com o tópico, já que bibliografias a respeito do assunto e em português são raras. O tópico do Xformer é um bom começo para o assunto, mas a parte de como produzir o próprio circuito é escassa aqui no fórum. Não sei se essa é a ideia a princípio desse tópico, mas fica a dica: teria como explicar como se chega aos valores de Rg, Rk, Rp e Cs?

Correndo o risco de ser chato (ou mais chato do que o costumeiro), é justamente isso o que eu também quero. Escolher uma válvula, uma certa topologia e aprender como dimensionar os periféricos sendo capaz de antever qual será o resultado teórico (sonoro, de confiabilidade...). Parar de fazer "vôo cego", como disse o colega Matec...

Aqui em casa eu tenho algumas 12A...7, EL84, uns dois pequenos transformadores de saída... Ficam todos olhando para mim com aquela cara de cachorro esfomeado, me pedindo para virar um amplificador novo, com um "sabor" diferente... E eu fico aqui, acovardado...

(verdade mesmo é que eu morro de inveja do Kem  :-[   )

Tem este PDF do ValveWizard que explica, mas está em inglês:
http://www.valvewizard.co.uk/gainstage.html

São 35 páginas, explicando tudo sobre o mais básico dos estágios de amplificação a válvula, que devem ser estudadas e compreendidas antes de tudo. Só depois de tudo compreendido é que se pode partir para outros estágios (inclusive o de potência).

Se quiser algo em português, visite o meu blog.

Põe o link,  XFormer  (de novo...)

http://eletronicaxprojetos.blogspot.com.br/2013/08/

Uma dúvida, o nível de distorção da segunda harmônica é que causa o som característico dos valvulados correto? Em alguns datasheets de válvulas têm a distorção total, em outros a distorção da segunda harmônica. Há diferença entre elas ou são a mesma coisa? Na confecção de um amplificador de guitarra pode-se adotar a regra de quanto mais distorção da segunda harmônica melhor? No link sugerido do valvewizard diz que quanto maior o ganho de um circuito valvulado, menor a distorção da segunda harmônica. Como é feito o equilíbrio dessas duas variáveis no estágio de pré amplificação?

A distorção total é a soma das distorções de 2ª, 3ª, 4ª, 5ª e mais harmônicos que se quiser calcular. Basicamente as distorções de ordem par são mais agradáveis. Mas isso não que dizer que as distorções de ordem ímpar são inúteis.

"Som característico de valvulados", costuma ser clean, e mesmo se houver distorção, ela não é feita exclusivamente por harmônicos pares.

O Valvewizard está correto. Quando a válvula começa a distorcer, provavelmente será por harmônicos pares, porém os ímpares começam à crescer até suplantar os pares em amplitude, conforme se aumente o ganho do sinal.

O "segredo", ou melhor, o "Trabalho que se deve ter", é o de ajustar os estágios de modo que seu ganho produza uma distorção agradável aos ouvidos. "Como fazer isso?", é uma pergunta cuja resposta vale um milhão de dólares.

 :)

Há uma terceira variável que pode aliar ganho mais alto e mais distorção: definir o ponto quiescente de forma a ter uma excursão mais assimétrica do sinal amplificado. Embora uma reta de carga mais deitada permite um maior ganho e mais linearidade (=menor distorção), há uma infinidade de pontos na reta que podem ser definidos como quiescente. Quando o ponto não estiver centralizado, haverá corte ou saturação de um dos semiciclos antes do outro, o que introduz distorção.

O resistor usualmente colocado em série com a grade serve para limitar a corrente e evitar a  clipagem do semiciclo superior na tensão de grade, correto? Quais as consequências desse achatamento do sinal? Pelo que entendi numa 12ax7 o vgk máximo é -0,9. Então o bias deve ser escolhido sempre abaixo desse valor? Não entendi bem esse conceito... Se alguém puder esclarecer toda ajuda é bem vinda.

Isso não é totalmente correto. O resistor não evita a clipagem do sinal. Ele pode ajudar à limitar uma corrente direta, caso ocorra uma polarização positiva da grade. Isso alivia a carga do estágio anterior.
O uso mais comum para o Grid-Stopper é o de limitar a resposta em frequência dos estágios. Existem capacitâncias entre os elementos da válvula . A mais relevante é a capacitância ânodo-grade . Com a presença do resistor de grade, forma-se um filtro RC que limita a resposta de alta frequência. O importante é que esse filtro apresente um corte acima da faixa audível, de modo à não interferir no som que escutamos, mas que se torne uma barreira para sinais de rádio-frequência que podem interferir no funcionamento do circuito.

O achatamento do sinal não passa de um tipo de distorção. Em programas como música mecânica pode ser notado como uma ligeira compressão nos picos do sinal, até mesmo um som desagradável que chega à descaracterizar o sinal. Em amplificadores para instrumentos, pode formar uma maior quantidade de harmônicos que enriquecem o timbre, e melhoram a dinâmica do som.

Também não existe um único Vgk para uma válvula. O valor vai depender do ponto de polarização, assim como a corrente Ânodo-Cátodo. A válvula, sendo um componente tão simples, pode ter todo seu funcionamento alterado por conta de mudanças em  seu ponto quiescente. Dependendo do que se pretende o valor do ponto de polarização pode mudar. Isso já foi comentado acima pelo xformer.  Você pode escolher um ponto onde a resposta é linear ( normalmente com tensão de fonte alta e resistor de ânodo de valor alto), ou um ponto diferente, mais próximo de uma saturação assimétrica, mais ao modo de alguns amplificadores para instrumentos musicais.

Uma coisa que poucos entendem, é que não basta ter uma válvula no circuito para criar um som dos sonhos. A maioria dos circuitos que funcionam bem, foram exaustivamente testados e depurados, de modo à ter características únicas.

 :)

Matec, eu diria que nem todos. Alguns, principalmente os primeiros foram feitos com o que tinha de disponível na época, e acabaram virando referência.

Kem.
Sim, com alguns modelos foram assim, mas são muito poucos. No caso dos valvulados para instrumentos, você já viu quantos modelos de amplificadores Fender existiram, e quantos são o mesmo modelo, com pequenas variações? Creio que houve sim, muitos testes e ajustes. Mesmo o Léo Fender se baseou em amplificadores já existentes, para começar com sua produção.

 :)

Qual o valor da tensão produzida pela guitarra que deve ser considerada no estágio inicial do amplificador?

Existem muitos tipos de captadores, então não tem um valor único de tensão de sinal de entrada. Você pode considerar como base uma tensão de 100mV rms (282mv pico a pico), esse é o valor para um toque meio suave numa Fender Strato. Mas eu já fiz testes com uma Squier, que tocando forte dava uns 500mV pico à pico. Uma guitarra com humbuker pode chegar à 1V pico à pico.

 :)

Após um tempo parado voltei a estudar sobre o assunto de valvulados... eis que me surge uma dúvida à respeito do resistor de desacoplamento. Vi em alguns tópicos que é usual dimensionar a reatância capacitiva como 10 vezes menor que Rk. Já no livro do site valvewizard, diz que se (Ra+ra) for maior que Rk(µ+1) pode-se considerar Ck= 1/(2π*Rk*f). Como faço para dimensionar a frequência do circuito? Será a menor frequência que irá passar pelo circuito? Se sim, devo dimensionar baseado na menor frequência audível, 20Hz, ou na menor frequência emitida pela guitarra? Grato aos companheiros que puderem ajudar.

Para efeitos práticos use metade da menor frequência emitida pela guitarra (uma oitava abaixo, que é mais ou menos 40Hz). 

Para exemplificar... Se eu tiver um Rk de 820 Ohms e escolhendo um Ck de 4,7uF pela fórmula 1/6,28*4,7u*820= 41Hz aproximadamente. Logo os sinais abaixo de 41Hz serão cortados?

Os filtros RC tem um corte de aproximadamente 3dB por oitava. Esse valor equivale a dizer que um sinal estará com amplitude de aproximadamente a metade da oitava acima. Em resumo, isso significa que um circuito com corte em 40Hz, na verdade já começou a ser sentido próximo dos 80Hz. Isso também que dizer que uma frequência de 20 hz também estará presente, porém com uma amplitude 3dB menor que a de 40Hz.

No projeto de equipamentos de som para instrumentos, o que vai importar no final, será a qualidade dos harmônicos que chegam aos nossos ouvidos.

(http://www.learningaboutelectronics.com/imagens/Diagrama-de-filtro-passa-alta-RC.png)


Quando se trata do resistor de cátodo e do capacitor Bypass, aí a coisa muda um pouco de figura. Essa parte do circuito não elimina de forma alguma as frequências que chegam na Grade de Controle. Esse arranjo de filtro vai influenciar apenas no ganho de amplitude, dependendo da frequência. Mesmo assim esse circuito será um "allpass".

 :)

Pode adotar o critério de fazer a reatância (Xc) do capacitor de bypass (Ck) ser 10 vezes menor do que o valor do resistor de catodo (Rk) na frequência mínima do estágio. Isso faz com que os sinais alternados vejam um "curto-circuito" para o terra no catodo, mantendo o ganho no valor normal.

Assim, se Xc = 0,1 x Rk    e   Xc = 1/(2 x pi x Fmin x Ck)  combinando as duas expressões:

0,1Rk = 1/(2 x pi x Fmin x Ck)

Ck = 1/(2 x pi x Fmin x 0,1Rk)

No seu caso:
Ck = 1/(2 x pi x 41 x 0,1 x 820) = 47,3uF

Esse mesmo critério pode ser adotado nos estágios de amplificador com transistor em emissor comum (base entrada e coletor saída), com o capacitor de emissor em paralelo com o resistor de emissor-terra.

Isso quer dizer que com um Rk de 820 e Ck de 47uF todo sinal acima de 40Hz estaria próximo do ganho máximo do circuito?

Isso mesmo.

Estava lendo que capacitores com valores menores são preferíveis para Ck e Cs, assim como atenuar frequências baixas e utilizar o resistor de grid-stopper a fim de suprimir o evento de blocking distortion. Até onde o valor dos capacitores citados influencia no circuito? Geralmente se vê valores baixos para essas capacitâncias numa 12AX7. Pelo que entendi, quando há variações na tensão do anodo de uma válvula, o estágio seguinte fica em cut-off devido ao tempo de carga e descarga do capacitor de acoplamento AC (Cs), porque ele demora mais para descarregar do que para carregar. Em frequências baixas o problema piora, pois o capacitor vai ter mais tempo para se carregar. Se a questão aqui é o tempo de carga e descarga dos capacitores, não seria melhor capacitâncias maiores em determinada frequência para diminuir a reatância capacitiva, aumentar a corrente e diminuir o tempo de carga?