Calculadora online de retas de carga

[PauloC81]

Pessoal, bom dia.

Devo estar chovendo no molhado, mas gostaria de indicar a quem ainda não conheça o site

https://www.vtadiy.com/loadline-calculators/loadline-calculator/

Temos ainda uma calculadora apenas para estágios de saída (https://www.vtadiy.com/loadline-calculators/power-stage-calculator/) - em parte é redundante com a geral postada acima, que dispõe da opção de carga indutiva - aquela não apresenta automaticamente o valor do resistor de polarização por cátodo, só a tensão negativa apropriada; esta dá as duas opções - e outra para inversora de fase tipo concertina ou carga dividida (https://www.vtadiy.com/loadline-calculators/concertina-calculator/).

Os cálculos parecem acurados, batendo com o que já vi por exemplo na postagem do xformer no tópico do FernandoCWB a respeito do power do HTM-1. É interessante deduzir também observando a reta de carga o porque de ser um risco à integridade do transformador de saída que ele seja ligado e utilizado sem uma carga ou alto-falante conectado ao secundário (e também a razão da necessidade de se testar isolamento entre primários e secundários com altíssimas tensões) - basta escolher uma válvula de saída e, ao invés da carga apropriada, inserir 1M ohm - a reta de carga fica paralela ao eixo X e não há dielétrico que segure o coice de eletromagnetismo acumulado.

Únicas ressalvas que tenho a fazer: o elenco de válvulas disponíveis é restrito, embora contemple a grande maioria das que conhecemos e vemos aplicadas a circuitos "comuns" - algumas demandam conhecer substitutas: por exemplo, a 6W6GT como equivalente elétrica da 25L6GT do nosso HB-1; e o fato de não ser possível manipular o gráfico gerado (por exemplo estendendo o eixo X ou permitindo zoom).

Espero que seja útil! Ótima semana a todos.

[xformer]

... É interessante deduzir também observando a reta de carga o porque de ser um risco à integridade do transformador de saída que ele seja ligado e utilizado sem uma carga ou alto-falante conectado ao secundário (e também a razão da necessidade de se testar isolamento entre primários e secundários com altíssimas tensões) - basta escolher uma válvula de saída e, ao invés da carga apropriada, inserir 1M ohm - a reta de carga fica paralela ao eixo X e não há dielétrico que segure o coice de eletromagnetismo acumulado.

Esse efeito é muito utilizado para gerar altas tensões a partir de tensões mais baixas, nos conversores DC-DC, que é a topologia Boost:



No estágio de saída do amplificador, a válvula funciona como elemento chaveador (interruptor) e o transformador com secundário aberto sem carga, se torna apenas um indutor (o primário) e como já tem alta tensão no primário, com o efeito boost, vai aparecer tensão muito mais alta ainda.

[bossman]

Efeito flyback

https://www.youtube.com/watch?v=uV5AdF1ljDA

Os primeiros 15 minutos do link acima explicam bem porque e como isso acontece. Legal de assistir

[PauloC81]

Pessoal, bom dia.

Gostaria de explorar um pouco mais o assunto impedância de carga usando a calculadora e as informações disponíveis por exemplo no citado tópico do power do HTM-1, e também o deduzido lendo esquemáticos de modelos clássicos.

Vamos pegar por exemplo o Bassman 5F6-A. Par de 5881 em push-pull, carga de 4K ohms placa a placa, 432VDC na tomada central do primário do transformador de saída (o esquemático não dá a tensão na placa em si), 430VDC na fonte das grades secundárias (ibidem, esquemático só dá a tensão na linha, não no soquete). Ponto de operação em 24.8 miliampères para tensão de polarização negativa de -48VDC (itridem... antes dos resistores de referência das grades de entrada).

A reta de carga nesse caso dá uma inclinação que a faz ultrapassar a máxima dissipação de placa entre as curvas de -35 e -40V, logo próximo de onde a reta "quebra" da linha de classe A para a linha de classe B - a parte da reta em classe B fica quase que inteira acima da curva de máxima dissipação.

Eu gostaria de entender a motivação por trás disso. Presumivelmente numa potência classe AB a reta de carga pode ficar acima da máxima dissipação por conta do ciclo de trabalho (se na média a Pmax de placa não for ultrapassada), ok, isso parece intuitivo. Porém, olhando as figuras de potência, o amp só produz 1,25 watts em classe A; também presumivelmente chegue a produzir 62 watts se a inversora conseguir trazer as grades de entrada até a condução (0V), mas a calculadora não considera a um a possível (provável) distorção por crossover nem a dois o agrupamento das curvas nas proximidades do corte de condução na parte de baixo do gráfico e consequente distorção, também.

Algo tão simples como por exemplo usar um falante de 8 ohms no tap de 4 do transformador de saída (dobrando a impedância de carga refletida de 4K para 8K ohms) permitiria:  uma inclinação bem maior da reta de carga; via de consequência a possibilidade de polarizar a saída a -41VDC levando o ponto quiescente a 50mA - 10 watts em classe A, 37.68 watts em situação de condução de grade, e BEM pouco da reta fica acima da curva de Pmax.

Já no tópico destacado do FernandoCWB falou-se um tanto sobre essa opção de desenho do estágio de saída. Gostaria de entender, para além de questões de contação de grãos de feijão por parte da contabilidade da Fender (uso do mesmo transformador de saída para uma gama toda de amplificadores, diminuindo custos em escala), ou maior confiança na durabilidade e tolerâncias das válvulas da época do projeto do amp. O Leo Fender, conforme reportado, nunca foi fã de distorção, sempre buscou potência limpa - as escolhas de design desse e de outros amps dele não parecem coincidir com isto.

[xformer]

Não há problema de trechos da reta de carga ultrapassarem a curva de máxima dissipação de potência da válvula (a hipérbole tracejada) porque o que interessa é o ponto de repouso (quiescente) estar abaixo da curva. Lembre que num semi ciclo do sinal, uma das válvulas vai ficar cortada sem conduzir e é a outra válvula do par PP que vai conduzir, e isso inverte-se no semi ciclo inverso. Sendo assim, na média, a potência dissipada em cada placa deve ficar abaixo da máxima permissível. A curva delimita uma dissipação proibida se ela ocorresse continuadamente.
A inclinação da reta de carga é preferivelmente feita para cruzar onde ocorre o joelho (a dobra) da curva de tensão de grade de 0 V , pois isso permite obter a máxima excursão do sinal e portanto a máxima potência. 



Se fizer citação desta mensagem, retire a imagem de dentro da citação.

[Matec]

PauloC81

O que costuma faltar nas calculadoras online, é um espelhamento de 2 gráficos. Um pra cada válvula. Mostrando o funcionamento combinado de 2 válvulas em PP. Assim desse modo:




Aqui é mostrada a linha de carga individual de cada válvula em verde, assim como a combinação dessas linhas, que é a reta em azul. A explicação para essa utilização, o Xformer já deu aí acima.




 

[PauloC81]

xformer, Matec

O que estava me faltando compreender é "pra que lado a onda vai" quando está sendo amplificada por cada válvula de potência. O gráfico que me permitiu entender amplificação é o da imagem 1.16 do capítulo de estágio de ganho do Merlin Blencowe (http://www.valvewizard.co.uk/Common_Gain_Stage.pdf página 15) - quando o revisitei tudo fez sentido. Ao assumir que cada válvula de potência amplifica a metade do sinal em que o semiciclo é positivo (ou menos negativo - indo da tensão de polarização negativa em direção ao potencial do terra) estamos "andando pro lado esquerdo" do ponto de polarização, diminuindo a tensão de placa e aumentando a corrente - na direção da saturação de grade de controle e não de cutoff. Foi essa a minha confusão... estava pensando "como cargas d'água o Bassman consegue dar 40W pra mais na saída com esse nadinha de reta de carga pra baixo do ponto quiescente?!", quando era só olhar pro outro lado. 

Matec, esse seu gráfico espelhado/invertido permite afastar também a  minha dúvida quanto a distorção de crossover. Essa aconteceria caso o ponto quiescente estivesse num lugar em que ambas as válvulas parassem de conduzir ao mesmo tempo, sem um "trespasse" de uma pra outra. Por curto que seja o trecho da reta em classe A, se os pontos coincidirem verticalmente o trespasse ocorre.

Muito obrigado a ambos pela ajuda. 

[Matec]

Matec, esse seu gráfico espelhado/invertido permite afastar também a  minha dúvida quanto a distorção de crossover. Essa aconteceria caso o ponto quiescente estivesse num lugar em que ambas as válvulas parassem de conduzir ao mesmo tempo, sem um "trespasse" de uma pra outra. Por curto que seja o trecho da reta em classe A, se os pontos coincidirem verticalmente o trespasse ocorre.

Sim, a distorção por crossover ocorre quando a polarização da válvula está muito "fria". Ou seja, quando no ponto quiescente está passando pouca corrente. Como resultado disso, a "reta" ficaria com um segmento horizontal no ponto de passagem por zero o que causa um som bem desagradável.

 

[xformer]

Se quiser saber como fica o sinal de áudio nesse gráfico, é mais ou menos assim:



Veja que aqui a classe de amplificação é AB, assim cada válvula conduz um pouco mais do que apenas um semi ciclo do sinal, porque o ponto quiescente é fixado já conduzindo corrente e não no corte (que seria classe B). Como tem uma faixa do sinal em que as duas válvulas conduzem ao mesmo tempo, isso reduz a distorção por crossover. 
Veja que as grades de controle são fixadas com uma tensão negativa em relação ao catodo (tensão de polarização ou "bias"). Quando injeta-se um sinal de áudio na grade, a tensão é somada a essa tensão de polarização e se o sinal está positivo, tende a levar a tensão resultante para o lado esquerdo da reta de carga (indo em direção da curva de Vgk = 0 V) e se o sinal for negativo, tende a ir para o lado direito da reta de carga (Vgk mais negativo = corte da válvula) e induz a condução da outra válvula do par do push pull (que vai enxergar esse semi ciclo como positivo).

Se fizer citação desta mensagem, retire a imagem de dentro da citação.