Pra começar a aprender o básico sobre válvula e como se calculam os componentes, eu sugiro pegar a minha planilha que eu disponibilizei nesse tópico:
http://www.handmades.com.br/forum/index.php?topic=4610.0Ela funciona no Excel e deve funcionar no Open Office também.
Com ela é possível calcular os valores dos componentes de um estágio amplificador (o mais básico) com um triodo da 12AU7, usando as curvas de placa e traçando a reta de carga. Nesse estágio, um valor de TENSÃO variável na grade, vai controlar e variar a CORRENTE que passa na válvula, do anodo (placa) para o catodo.
Vou dar um exemplo.
Eu tenho um triodo 12AU7 e uma fonte DC de 200V. Vou projetar um estágio amplificador e ver qual o ganho. Pra isso preciso usar um resistor de anodo (placa) Ra que basicamente vai definir a reta de carga (que é simplesmente a reta que reune os diversos pontos de corrente de anodo e tensão de anodo que variarão de acordo com o sinal que vai ser injetado na grade).
Então aberta a planilha na aba "Estagio", eu insiro na célula B9, o valor 200 (volts) e na célula B10 o valor de 20000 (ohms). Deixem B11 B12 e B13 com valor 0 a principio.
Passando para a aba "Gráfico Triodo", podemos observar o gráfico com as curvas de placa (cada uma representa uma determinada tensão NEGATIVA da grade) e uma reta vermelha, que é a reta de carga. Observem que a inclinação da reta de carga depende do valor da resistência de placa (anodo) Ra. Valores menores deixam a reta mais inclinada, valores maiores de Ra deixam a reta mais deitada. Experimentem com 5000, 100000, etc e vejam o que ocorre com a reta. O eixo horizontal representa os valores de tensão no anodo, e o eixo vertical representa os valores de corrente que passa pela válvula triodo.
Como a tensão de saída do estágio é a tensão no anodo, então ela vai ficar passeando pelos valores da reta de carga dependendo do valor da tensão na grade. Veja que quanto maior a tensão no anodo, menor é a corrente de anodo e vice e versa. A diferença de tensão do anodo para a tensão de alimentação da fonte recai sobre o resistor de anodo.
Como queremos configurar o estágio para trabalhar em classe A (ou seja amplificar todo o sinal de entrada) então costuma-se estabelecer um ponto médio de excursão do sinal na reta de carga e assim definimos o ponto QUIESCENTE (ou de repouso, sem sinal) do estágio. Olhando para o gráfico, eu acho que um ponto bom entre
a tensão de anodo correspondente à curva de tensão de grade com valor 0 (tensão de anodo +- de 65V) e a tensão máxima de anodo (de 200V) seria uns 138V. Inserimos esse valor na célula B11.
Olhando para o gráfico, vemos que um ponto vermelho apareceu na reta de carga. E que esse ponto também está sobre a curva da tensão de grade de -6V.
Isso significa que: se aplicarmos -6V na grade, a válvula vai conduzir uma corrente tal que vai fazer com que a tensão no anodo seja de 138V e que a tensão sobre o resistor seja de 200-138 = 62V. Essa corrente controlada pela tensão de grade é de 3,1mA, que pode ser calculada pela tensão sobre o resistor dividida pelo valor dele: 62V/20000ohms = 0,0031A = 3,1mA. Veja que se alterarmos a tensão na grade, o valor da corrente vai mudar e fazer com que os valores corram sobre a reta de carga. Quanto mais pra esquerda da reta (subindo a corrente) a válvula opera conduzindo mais no sentido da saturação. Quanto mais para a direita e descendo, a válvula conduz menos corrente, indo para o corte.
Mas usar um estágio assim, com uma fonte de tensão negativa (bias) para polarizar a grade e deixar o estágio num ponto quiescente desejado, não é prático. Como sabemos que a tensão da grade para ser polarizada nesse ponto quiescente precisa ser negativa em relação ao catodo (e não ao terra), bastaria fazer com que a tensão no catodo seja superior ao da grade, pra podermos eliminar a fonte negativa.
Usando um resistor ligado do catodo ao terra, a corrente de anodo que vai sair pelo catodo vai fazer aparecer uma tensão sobre esse resistor que vai elevar a tensão de catodo. Se a grade estiver de alguma forma referenciada ao terra, então ela vai estar com tensão menor do que o catodo. Pra isso coloca-se um resistor de grade (Rg) ligando a grade ao terra (como se fosse um aterramento da grade). Esse resistor geralmente é de valor alto (mais de 100k) e na datasheet especificam qual o valor máximo. Um valor típico para a 12AU7 é 470k. Podemos inserir esse valor na célula B28. Esse tipo de polarização é chamado de automático (bias automático).
Mas qual o valor do resistor de catodo (Rk) para que a tensão seja de 6V ? Voltando à planilha, inserimos o valor de -6 na célula B13. Olhem novamente para o gráfico. Vejam que a reta de carga se moveu um pouco. Agora a tensão máxima de anodo não chega a 200V da fonte, mas até 194V. Porque precisamos descontar a tensão sobre o resistor de catodo. E o ponto quiescente saiu da curva de -6V de grade. Então fazemos um ajuste nos valores. Agora a tensão quiescente pra reta cruzar com a curva de -6V é 135V. Inserimos esse valor na célula B11 e o gráfico se ajusta. Agora já podemos ver que a planilha calculou qual o valor adequado para o resistor de catodo. No caso, 2034 ohms. Podemos usar na prática o valor de 2kohms. E a corrente quiescente de anodo fica na casa dos 2,95mA.
Falta um valor para a célula B12 (tensão de grade de corte). Olhando no gráfico, a curva de grade mais perto do fim da reta de carga do lado direito é uma verde de -14V. Inserimos esse valor na B12.
O estágio está praticamente projetado com os valores adequados. Para saber o ganho, precisamos saber alguns parâmetros da válvula, que são a transcondutância (gm), a resistência interna da placa e o mu. Esses valores estão descritos nas datasheets, mas variam um pouco de acordo com o ponto no gráfico onde são calculados.
Na planilha, se entrar com pontos e valores retirados da observação no gráfico, é possível calcular esses parâmetros, mas vamos usar os valores que já estão dados.
Como o ganho do estágio depende também da carga imposta pelo estágio seguinte, vou supor que ele seja igual e que tenha uma resistência de grade também de 470k. Esse valor é inserido na célula B25 (Rs). Com isso temos que o valor do ganho do estágio é de 2,54. Ou seja a variação de tensão sobre o resistor Rs vai ser 2,54 vezes a variação da tensão na grade do estágio amplificador.
É pouco, mas isso pode ser melhorado, usando-se um capacitor de bypass em paralelo (Ck) com o resistor de catodo de 2k. Qual o valor desse capacitor ? Ele vai depender do valor da frequência de corte inferior que queremos para o estágio amplificador. Se quisermos que ele responda a partir de 80Hz, então inserimos esse valor na célula B29. Automaticamente descobriremos os valores dos demais capacitores que formam o estágio completo de amplificação. Esses capacitores formam filtros passa-altas com os resistores de grade e de anodo) e no caso do resistor de catodo, a reatância capacitiva é 10% do valor do resistor de catodo para servir de bypass para sinais alternados (enquanto infinito para o valor DC). Observe que os valores dos capacitores devem ser maiores do que os calculados. Como são filtros em sequência, o ideal é que os valores seja pelo menos o dobro do calculado, pra que não ocorra muita atenuação do sinal em virtude do cascateamento dos filtros. Assim, para Ck devemos ter um valor maior do que 9,8uF, eu usaria 22uF pelo menos. Da mesma forma temos os valores dos capacitores de acoplamento Cin e Cout.
Com o capacitor de bypass, o ganho melhora de 2,54 para 8,28 o que já melhora um pouco. Vejam que dizem que o fator de amplificação da 12AU7 é de 17 (valor do mu), mas na prática o ganho de um estágio amplificador é menor. Lógico que se usar uma 12AX7 com mu de 100, o ganho real de um estágio com ela vai ser muito maior do que o da 12AU7, mas mesmo assim deve ficar por volta de 50 a 60.
O último dado a ser inserido seria o valor da tensão de saturação (onde a grade tem tensão 0), que pelo gráfico é +- 63V. Entre esse valor na célula B35. Obteremos os valores da máxima excursão do sinal e quais os limites do valor de entrada na grade, sem cortar ou saturar a saída.
O ideal seria ter uma planilha para cada tipo de válvula (pelo menos a 12AX7 e a 12AT7), mas por enquanto só montei essa.
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