Projeto Amplificador Hi-fi

[tcholopi]

Obrigado pelas considerações Xformer. Eu não tenho experiência com Hi-fi, por isso gostaria da dica de quem conhece. Não faço ideia se mudaria muita coisa trocar a válvula do pré para utilizar a realimentação e diminuir a distorção, ou se compensa utilizar o circuito da maneira como está. Também não me restrinjo ao projeto postado, foi uma opção que encontrei. Se tiverem sugestões de outros esquemas talvez melhores, podem compartilhar.

[xformer]

Estava lendo o livro do Morgan Jones (Valve Amplifiers) e achei este trecho interessante:

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

Em resumo, o que importa é a distorção no primeiro 1 watt, que será mínima e tolerável (talvez até agradável).

Com base nesse mesmo livro, ele diz que a 6SN7 é uma das válvulas que tem menos distorção, mas ao mesmo tempo dá pouco ganho. Então não deve ser a toa que o esquema que você postou usa a 6SN7 e não tem realimentação.

Se a ideia é trocar o estágio de entrada, colocando um com maior ganho (por exemplo com 12AX7 que pode ter um ganho na casa dos 60x) mas que introduza mais distorção e aí se valer da realimentação negativa pra reduzir o nível de distorção e por tabela o ganho global do circuito  voltar ao mesmo valor de ganho com a 6SN7, eu acho que é trocar 6 por meia dúzia e não faz sentido (ah e realimentação negativa também tem seus efeitos colaterais).

[tcholopi]

Bom, nesse caso vou seguir o esquema da maneira como está. Posteriormente posso implementar o circuito com a realimentação e analisar se o ganho menor inviabiliza sua utilização.

[A.Sim]

Linearidade do triodo.

Já faz tempo que passei por Cálculo II, mas lembrei das séries de Taylor. Com elas, pode-se expressar uma função matemática  na forma de uma série de potências:

f(x) = A0 + A1x + A2x² + A3x³...

Os coeficientes A0, A1,A2, etc são obtidos por derivação sucessiva da função f(x). Quem estiver interessado no método pode achar vários textos explicando o processo na internet.

Pois bem, eu encontrei os seguintes coeficientes para os primeiros três termos da série para a função Ia = K(Eg + Ea/mu)^3/2 que dá a corrente anódica em função das tensões de grade e de anodo:

A0 = K(Eg + Ea/mu)^3/2
A1 = 3/2K(Eg+Ea/mu)^1/2
A2 = 3/8K(Eg+Ea/mu)^-1/2

Esses termos devem ser calculados num certo ponto da curva que queremos aproximar, pois a aproximação é tanto melhor quanto mais próximo desse ponto se estiver, ao calcular a série.

Então, o primeiro termo dá uma constante, o segundo termo dá a parcela linear e o terceiro termo dá a parcela quadrática da função. Se a função Ia=f(Eg, Ea) fosse linear, nós só teríamos os dois primeiros termos, mas como ela não o é, temos os demais termos ( quadrático, cúbico, etc ) presentes.

Assim, o grau de linearidade da função pode ser avaliado dividindo-se os termos de ordem mais alta pelo termo de primeira ordem ( linear ). Veja o que encontramos :

A2 / A1 = (1/4)/(Eg+Ea/mu) !

O que se pode concluir ?



-----Então, deixa eu concluir :

a) A linearidade do triodo é tanto melhor quanto maior for Eg. Isso significa que as válvulas devem ser polarizadas o mais longe do corte que se possa, sendo ideal usar Eg = 0 V.

b) A tensão de anodo deve ser a mais elevada possível.

c) Quanto menor o ganho da válvula ( mu ) mais linear ela é.

Os itens a e b são determinados pelo projeto e independem, por larga margem, da válvula escolhida. O item c depende da válvula, e a dependência da distorção com o mu pode explicar por que a 6SN7, que " dá pouco ganho ", seria melhor do que uma 12AX7, por exemplo. Mas o ganho que um triodo da 12AX7 ( mu = 100 ) proporciona precisa ser obtido por pelo menos duas seções da 6SN7 ( mu = 20 ). Há espaço aqui para analisar o que acontece com a distorção de duas seções em cascata; se é igual, maior ou menor do que uma única seção de ganho equivalente.

[Matec]

Linearidade do triodo.

Já faz tempo que passei por Cálculo II, mas lembrei das séries de Taylor. Com elas, pode-se expressar uma função matemática  na forma de uma série de potências:

f(x) = A0 + A1x + A2x² + A3x³...

Os coeficientes A0, A1,A2, etc são obtidos por derivação sucessiva da função f(x). Quem estiver interessado no método pode achar vários textos explicando o processo na internet.

Pois bem, eu encontrei os seguintes coeficientes para os primeiros três termos da série para a função Ia = K(Eg + Ea/mu)^3/2 que dá a corrente anódica em função das tensões de grade e de anodo:

A0 = K(Eg + Ea/mu)^3/2
A1 = 3/2K(Eg+Ea/mu)^1/2
A2 = 3/8K(Eg+Ea/mu)^-1/2

Esses termos devem ser calculados num certo ponto da curva que queremos aproximar, pois a aproximação é tanto melhor quanto mais próximo desse ponto se estiver, ao calcular a série.

Então, o primeiro termo dá uma constante, o segundo termo dá a parcela linear e o terceiro termo dá a parcela quadrática da função. Se a função Ia=f(Eg, Ea) fosse linear, nós só teríamos os dois primeiros termos, mas como ela não o é, temos os demais termos ( quadrático, cúbico, etc ) presentes.

Assim, o grau de linearidade da função pode ser avaliado dividindo-se os termos de ordem mais alta pelo termo de primeira ordem ( linear ). Veja o que encontramos :

A2 / A1 = (1/4)/(Eg+Ea/mu) !

O que se pode concluir ?



-----Então, deixa eu concluir :

a) A linearidade do triodo é tanto melhor quanto maior for Eg. Isso significa que as válvulas devem ser polarizadas o mais longe do corte que se possa, sendo ideal usar Eg = 0 V.

b) A tensão de anodo deve ser a mais elevada possível.

c) Quanto menor o ganho da válvula ( mu ) mais linear ela é.

Os itens a e b são determinados pelo projeto e independem, por larga margem, da válvula escolhida. O item c depende da válvula, e a dependência da distorção com o mu pode explicar por que a 6SN7, que " dá pouco ganho ", seria melhor do que uma 12AX7, por exemplo. Mas o ganho que um triodo da 12AX7 ( mu = 100 ) proporciona precisa ser obtido por pelo menos duas seções da 6SN7 ( mu = 20 ). Há espaço aqui para analisar o que acontece com a distorção de duas seções em cascata; se é igual, maior ou menor do que uma única seção de ganho equivalente.

Muito interessante! O que leva a supor que um triodo 12ax7 com realimentação negativa pode ser ainda mais linear do que um par de triodos 6SN7 em série...

[xformer]

A distorção de segundo harmônico faz com que num semiciclo, a senoide fique mais fina, e no outro semiciclo fique mais arredondada. Ao se colocar dois estágios de catodo comum em cascata, haverá a inversão de fase e o segundo estágio vai distorcer ao contrário do primeiro (o primeiro semiciclo arredonda e o segundo fica mais pontudo). Aparentemente cancelaria a distorção. Mas como há o ganho dos estágios, a distorção do segundo vai se sobressair.  

Agora, se o segundo estágio tivesse ganho unitário (talvez um seguidor de catodo), e a distorção tivesse o mesmo efeito contrário, a distorção ficaria bem baixa.

Eu acho que é essa a ideia dos amplificadores com dois estágios. Como  o estágio de saída tem ganho perto de 1 (por causa do transformador) e também vai agir inversamente nos semiciclos (embora a válvula seja outra), as distorções combinadas do primeiro estágio com  o estágio de saída, poderiam diminuir a distorção final.  

[A.Sim]

Agora vem a cerejinha :

A análise mostrada foi baseada na curva Ia = f( Eg, Ea ) que é obtida mantendo-se a tensão de anodo Ea fixa. Acontece que a tensão de anodo não é fixa, afinal, temos um resistor na placa, de onde extraímos o sinal amplificado. O fato de que a tensão da placa é variável pode ser expressa na forma :

Ea = -mu * Eg

Devido à presença do resistor de placa e da resistência dinâmica de placa, a tensão de anodo é um pouco maior do que -mu * Eg, sendo, então, igual a -n * mu * Eg, n > 1, e igual a 1-((Eb / ( mu * Eg )) + 1) * Rp /( Ra + Rp ). Para pequenas excursões, n pode ser considerado constante, sendo desejável que ele seja o mais próximo possível de 1 ( Ra >> Rp ) a fim de maximizar o ganho de tensão do estágio.

Então, substituindo-se Ea = -n * mu * Eg em (1/4)/(Eg + Ea/mu )) chega se a....

A2 / A1 = (1/4)/(Eg ( 1 - n ))

Ou seja, se eu fiz todas as continhas corretamente, prova-se, assim, que a distorção de um triodo depende apenas da tensão de grade Eg escolhida para polarizá-lo.

[tcholopi]

Senhores, esse esquema do power supply está me deixando com algumas dúvidas.

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

O resistor de 350 Ohms 5W ligado logo depois da válvula retificadora tem alguma função além de abaixar a tensão naquele ponto? Se sim, eu posso utilizar um transformador de força com tensão menor do que o especificado que daria o mesmo resultado. Outra dúvida é a corrente desse transformador. Para ter folga, acredito que o filamento de 5 volts deva suportar 4A e não 3A como no transformador especificado. A válvula 5U4 consome 3A, mas utilizar os 3A significa (ao menos teoricamente) trabalhar no limite do transformador. E a parte mais estranha é o filamento de 6,3v. Cada 6V6 consome 0,5A e a 6SN7 consome 0,6A. Não faz sentido utilizar 5A para os filamentos. Acredito que 2A esteja de bom tamanho. Concordam?

[xformer]

É que provavelmente o autor do projeto só tinha acesso a um transformador de "prateleira" (já pronto) da Hammond modelo 270FX e então teve de fazer algumas adequações pois as especificações do modelo não eram sob medida para o projeto dele. É logico que se você tiver as especificações mais justas para o transformador de força, ficará menor (e talvez mais barato, embora algo customizado possa sair mais caro que algo feito em quantidade e de catálogo/prateleira).

[tcholopi]

Imaginei isso mesmo. Mas é bom confirmar para não errar na hora de dimensionar os componentes. Um transformador de força de 220+220 serviria? Como calculo a perda dos indutores? Acredito que nesse projeto a corrente fique em torno de 90mA.

[xformer]

Olhando a página do projeto, a tensão de catodo da 6V6 é 18,1V, portanto o consumo de cada 6V6 é 18,1V/392ohms=46,2mA.   Cada triodo da 6SN7 consome (300V-265V)/20kohms = 1,75mA  (do esquema da fonte).  No total dá uns 96mA.

O indutor de 10H tem resistência de 82 ohms (do catálogo da Hammond).  Pra conseguir 300V depois do indutor de 10H, acho que um secundário de 220V é muito pouco (lembre-se que tem a perda na válvula retificadora também, por volta de 16 a 18V).

[tcholopi]

Considerando 96mA, a perda no indutor de 10H é cerca de 7 Volts. Somado a perda de 18 Volts na válvula retificadora daria uma perda de aproximadamente  25V. Com um transformador de 230+230, consegue-se teoricamente 325V após a retificação. Acho que essa especificação vai me atender. Obrigado

[A.Sim]

Olá.

Recomendo simular o circuito utilizando o PSU Designer II com regulação de 10% no transformador e resistências de 200 ohms para o de 10 H e 40 ohms para o de 1 H.

[tcholopi]

A simulação para um TF de 230+230V e 120mA ficaria dessa forma?

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[A.Sim]

Use o Off-load Voltage Calculator, dispensando o Source Impedance Calculator, que é mais difícil de usar.

Para o segundo filtro, use um indutor de 0,5 H com 20 ohms de resistência ( considere os dois filtros como ligados em paralelo ).

Ajuste a tensão e a corrente secundárias do transformador ( é preciso mexer nesses dois parâmetros ) até que a corrente rms indicada em I(T1) seja aproximadamente igual à ajustada no Off-load Voltage Calculator e que a tensão DC atinja o valor desejado. Altera-se um deles e, depois, procura-se acertar o outro.