Ajuste em circuito: Mudando o transformador de saída

[juloliveira]

Olá pessoal,

Antes de mais nada, bom ano novo a todos!

Bom, estou atrasado com meus projetinhos e acho que dessa vez termino um amplificador completo. Eu havia montado aquele circuito com aquele transformador fuleiro que comprei no ML, me ajudou ao menos a aprender algumas coisas e a fazer umas trocas nos meus equipamentos. Depois daquilo comprei um Keithley 2015 onde vou poder testar o THD.

Vamos lá, achei esse circuito, comparei com outros e achei interessante pelo feedback no secundário do transformador. Segue o circuito:

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

O transformador que comprei a alguns meses é da Valvestate Rio, o qual não recomendo, além da comunicação ser péssima, o transformador veio com o primário aberto, só testei um mês depois que recebi e ao perguntar como poderia trocar, por email, ele insinuou que "só agora, um mês depois descobriu?". Ou seja, péssimo atendimento. Resolvi eu mesmo abrir e descobri que os fios do enrolamento primário não foram bem soldados nos fios de saída, eu mesmo arrumei. O ruim é que não dá pra fechar direito, e ficou com uma fita isolante a mostra.

Bom, vamos lá, o transformador que comprei é de 4/8K ohms no primário, secundário de 4 e 8 ohms. No circuito pede um transformador de 5Kohms. No meus testes a relação de espiras (viu xformer, aprendi  ) é de 1062:1 para o secundário de 8 ohms e 1421:1 no secundários de 4 ohms. O transformador suporta 55mA no primário.

Bom, quero trocar o transformador do circuito por um de 8Kohms, já que eu só tenho um falante de 8 ohms.

No circuito indica uma tensão de placa no pentodo de 213v, como a corrente, pelo datasheet da válvula, é de 41mA por lei de ohm conseguimos então achar os 5Kohms do transformador primário. Se eu troco o transformador por um de 8K, para manter a corrente de 41mA, então teria que ter ali 328v, é isso que mudará no meu circuito? Meu B+ teria que ser de uns 350v (confesso não ter feito o cálculo)?

Se eu aumentar a tensão no meu B+, o que mais preciso ajustar no circuito?

E por último, podem me ajudar a entender esse sistema de feedback com o secundário do transformador de saída?

[Eduardo]

No circuito indica uma tensão de placa no pentodo de 213v, como a corrente, pelo datasheet da válvula, é de 41mA por lei de ohm conseguimos então achar os 5Kohms do transformador primário. Se eu troco o transformador por um de 8K, para manter a corrente de 41mA, então teria que ter ali 328v, é isso que mudará no meu circuito? Meu B+ teria que ser de uns 350v (confesso não ter feito o cálculo)?

Olá Juloliveira

Você está fazendo confusão. Os 5K do transformador se referem a impedância, não a resistência do primário. Um transformador de saída desses vai ter uma resistência de primário da ordem de uns 100 Ohms a 500 Ohms no máximo. A queda de tensão DC no transformador será devido aos poucos Ohms de resistência e não aos vários Ks de impedância.

O processo para determinar a impedância de saída de um amplificador é bastante complexo e tedioso. Eu levo umas 3 a 4 horas para determinar uma coisa dessas. Não é algo que se faz com uma continha de lei de Ohm. O que posso dizer é que você não vai conseguir usar um transformador de 8K com a ECL82. Ele produzirá uma reta de carga muito abatida para o conjunto de curvas da válvula.

Abraços

Eduardo

[xformer]

Oi Juliano ! Estava sumido !

Estudar um esquema de valvulado é como resolver quebra-cabeças ou palavras cruzadas: a partir de alguns dados você vai descobrindo outras informações que não aparecem no desenho:



No desenho tem alguns valores de tensão dos anodos e catodos tanto do triodo como no pentodo da ECL82. Eles é que ajudarão a descobrir o resto dos valores importantes.

A partir da tensão de 1,5V do catodo do triodo, descobrimos a corrente de repouso (de placa e de catodo) = 1,5V/(3300+100ohms)= 0,441mA.
Pelo resistor de 220k vai recair  220kx0,441mA = 97V que somados aos 120V de placa, resultam em 217V.  A mesma corrente passando pelo de 15kohms acrescenta mais 6,6V, o que daria 223,6V de HT ou B+ .  Guarde esse valor.
No catodo de pentodo temos 13V sobre um resistor de 390 ohms.  Isso resulta em corrente de catodo de 33,33mA  (13V/390). A corrente de catodo é a soma da corrente de placa (que passa pelo primário do transformador de saída) com a corrente de screen.  A corrente de screen é a diferença do HT para a tensão na grade2 de screen (223,6V - 213V) dividido por 1800 ohms = 5,89mA.  Logo por diferença descobrimos que a corrente de placa é 33,33mA - 5,89mA = 27,44mA.
Se entre HT e a placa do pentodo tem 10,6V e a corrente de repouso de placa é 27,44mA, descobrimos que a resistência do fio do enrolamento primário do transformador de saída é = 10,6V/27,44mA = 386 ohms (dentro da faixa citada pelo Eduardo).

Bom, vamos lá, o transformador que comprei é de 4/8K ohms no primário, secundário de 4 e 8 ohms. No circuito pede um transformador de 5Kohms. No meus testes a relação de espiras (viu xformer, aprendi  Cheesy) é de 1062:1 para o secundário de 8 ohms e 1421:1 no secundários de 4 ohms. O transformador suporta 55mA no primário.

O fato do primário ser de 5kohms, não interfere na corrente de repouso da placa. Aliás, os 5k são virtuais, eles só são vistos pela corrente alternada no primário e o valor é mero reflexo do que se colocou de carga no secundário.    
Um transformador de saída é um transformador abaixador de tensão do primário para o secundário e ao mesmo tempo aumentador de corrente do primário para o secundário. Um transformador de 5k:8 ohms tem relação de IMPEDÂNCIA de 5000:8 ou 625:1.  Essa relação de impedância é igual a uma relação de espiras (voltas enroladas) de raiz de 625 para 1. ou seja de 25:1 ESSA É A RELAÇÃO DE ESPIRAS. Ou seja o primário tem 25 vezes o número de espiras do secundário e consequentemente reduz 25 vezes a tensão alternada aplicada ao primário (e pode fazer com que o secundário possa fornecer até 25 vezes a corrente alternada disponível que passar pelo primário - num transformador ideal  sem perdas).
Da mesma forma, seu transformador de 8k:8 ohms tem relação de impedância de 8000:8 ou 1000:1, o que resulta em uma relação de espiras de 31,6:1,  ou seja seu transformador vai reduzir mais a tensão no secundário se aplicar a mesma tensão que no de 5k.  

Então, o seu raciocínio até faria sentido: se quiser usar um transformador com impedância de primário maior, a válvula precisaria variar mais a corrente de placa que passa pelo primário que multiplicada pela impedância do primário teria a tensão alternada maior para depois ser reduzida no secundário.
Ocorre que como o Eduardo explicou, não basta apenas aumentar a tensão de HT ou de placa do pentodo pra compensar o aumento da impedância do transformador. Uma porque a placa tem limites máximos de operação, segundo porque ela pode não conseguir fazer variar a corrente mais do que antes. Terceiro porque geralmente quando se projeta um estágio amplificador, se usa a melhor e mais otimizada opção, escolhida graficamente pelas curvas da válvula, de forma que às vezes não é possível fazer essa compensação quando a modificação é muito grande. Observe que a tensão na placa é de 213V e no catodo é 13V. Então o projetista usou um gráfico com curvas de 200V de placa (em relação ao catodo) com a mesma tensão de screen.

Sobre o feedback, se retira uma parte do sinal de saída para reinjetar de volta na entrada de forma a reduzir o ganho e melhorar a estabilidade do circuito, aumentando a resposta em frequência do amplificador.  O ganho fica fixo e é determinado pela relação de dois resistores. Estude sobre amplificadores operacionais com realimentação, que fica mais fácil de entender o mecanismo.

[kem]

Julio, qual vai ser a aplicação desse amplificador?
E como é selecionado 4 ou 8K no primário desse transformador?

[juloliveira]

Você está fazendo confusão.

Caramba Eduardo, eu sei que projetar do zero não são apenas continhas, mas imaginei (ingenuamente) que apenas trocar o transformador de saída seria mais simples.

Pior que, acredite, no meu pedido inicial pedi um transformador para ECL82 com 5K no primário, mas o cara disse que eu estava errado, na troca de emails na época eu pensava em montar esse circuito:

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

Mas ele falou que o circuito estava errado, que era pra usar 8K ohms no primário, etc etc etc. Mais uma vez, não recomendo compra nesse VALVESTATE RIO, os caras são muito ruins.

qual vai ser a aplicação desse amplificador?
E como é selecionado 4 ou 8K no primário desse transformador?

Kem,

É um amplificador para áudio em geral, não será para guitarra. Inicialmente será meu amplificador de referência na bancada, por isso procuro um circuito mais linear possível. Quero baixa distorção.
Já essa questão dos 4 ou 8K, no secundário de 8 ohms se eu colocar um alto falante de 8 ohms será refletido no primário 8K ohms, se eu ligar um alto falante de 4 ohms fica com 4K ohms no primário. A relação de impedância testada foi de 1062:1

Oi Juliano ! Estava sumido !

É xformer, trabalhando pra caramba, mas sempre estiver "read-only" aqui no fórum. E estive, quando sobrava um tempo, estudando na bancada.

Vou procurar ler sobre realimentação em oamp. Já até encomendei uns TL072 na Altana pra estudar.

Bom, me resta então usar o outro secundário do transformador, o que 4 ohms. A impedância refletida é de 1421:1, ou seja, ligando em 4 ohms o primário teria 5684 ohms. Essa diferença de 684 ohms traria muitos problemas ao circuito?

O que acharam desse circuito?

Abração

[xformer]

Na verdade quase todos os circuitos com a ECL82 são parecidos pois quem monta tenta usar os dados sugeridos pelos fabricantes.  Apenas que no primeiro circuito que você postou me parece meio estranho o valor de 13V no catodo do pentodo (muito baixo). Vejamos porque:



Observando a curva de transferência para 200V em Va e Vg2, com -13V de tensão na grade, teremos 55mA de corrente de placa, que é bem mais do que os 27mA calculados com 13V.  Provavelmente a tensão no catodo deva ser bem maior, assim como a corrente de placa.

Em outro esquema muito parecido, a tensão no catodo é de 17,5V usando o mesmo resistor de 390 ohms:


De onde vem o valor de 390 ohms para o resistor de catodo ? É que na datasheet vem um exemplo de aplicação:

Se somarmos a corrente de placa com a de screen: 35mA + 7mA = 42mA de corrente de catodo.  Dividindo a tensão de grade Vg1 de 16V pelo valor da corrente de 42mA, obtemos 380 ohms.
Agora a boa noticia: observe que a carga nessa aplicação é de 5,6kohms !!!  Ou seja, seu transformador cabe direitinho nessa configuração !!

Pra ajudar, se um dia for traçar retas de carga:


Nessa aplicação, dá pra usar com o primário de 8k:

[kem]

É um amplificador para áudio em geral, não será para guitarra. Inicialmente será meu amplificador de referência na bancada, por isso procuro um circuito mais linear possível. Quero baixa distorção.
Já essa questão dos 4 ou 8K, no secundário de 8 ohms se eu colocar um alto falante de 8 ohms será refletido no primário 8K ohms, se eu ligar um alto falante de 4 ohms fica com 4K ohms no primário. A relação de impedância testada foi de 1062:1

O Eduardo postou um tempo atras um esquema de amplificador HI-FI aqui no fórum. Acho que com uma busca rapida você encontra ele.
Mas esse esquema de ligar um falante de impedância diferente para ter uma outra impedancia no primario é gambiarra. Um transformador de saída com primário de 4K é feito de forma diferente (numero de espiras e espessura dos fios) que um de 8K.

Bom, me resta então usar o outro secundário do transformador, o que 4 ohms. A impedância refletida é de 1421:1, ou seja, ligando em 4 ohms o primário teria 5684 ohms. Essa diferença de 684 ohms traria muitos problemas ao circuito?

Novamente isso é gambiarra, mas não entendi a conta.
Se você ligar um falante de 8 ohms na saída de 4 ohms, você vai ter refletido no primário 16K.

E novamente citando o Eduardo, ele colocou muitas informações sobre a ECL82 na Altana.
http://www.altanatubes.com.br/webstore/?c=160&t=Valvulas-pentodo-triodo-ECL82-PCL82-UCL82-XCL82-LCL82-e-equivalentes-historico-e-caracteristicas
Quase no final da pagina tem uma tabela com os modos de operação do pêntodo, sendo que na ultima coluna a carga usada é justamente 8K.

[juloliveira]

Se você ligar um falante de 8 ohms na saída de 4 ohms, você vai ter refletido no primário 16K.

Nesse caso eu ligaria 4 ohms mesmo no secundário que tem uma relação de impedância de 1421:1. Aliás, esse secundário deveria ter uma relação de impedância de 2000:1, não? Pois o transformador é de 8K ohms. Mais uma detalhe dessa Valvestate pra se anotar.

Nessa aplicação, dá pra usar com o primário de 8k:

No datasheet que eu tenho impresso não tinha uma aplicação com 8K. Mas pelo que o Eduardo falou, a reta de carga vai ficar com um angulo muito grande, certo?

A propósito, a resistência do primário do transformador tem 170 ohms.

Eu ainda tenho dificuldade em entender a reta de carga (não sou ruim em matemática, me falta prática com esses gráficos).
Vamos lá, o xformer me ajudou a uns tempos nuns gráficos e em nossa conversa eu entendi o seguinte:
A reta de carga está em função de Va/Rload. No caso da aplicação descrita no datasheet, 272v é o Va e o Rload é os 8K ohms do primário

Eu ainda não consegui entender como matematicamente traçar essa reta com essa função Ia=Va/Rload

A reta de carga é Va = Ia * Rload, certo?

[kem]

Nesse caso eu ligaria 4 ohms mesmo no secundário que tem uma relação de impedância de 1421:1.

Onde você pegou essa informação?

[juloliveira]

Onde você pegou essa informação?

Eu testei, liguei 120v no primário e testei a tensão no secundário. Não estou com os números aqui mas deu uns 37,5:1. Por 37,5^4 achei a relação de impedância.

[kem]

Nossa... ter que fazer isso num transformador novo (ou seja, confiança 0 no fabricante), e pior, encontrar um valor tão fora do esperado assim é dureza...

[juloliveira]

Nossa... ter que fazer isso num traço novo (ou seja, confiança 0 no fabricante), e pior, encontrar um valor tão fora do esperado assim é dureza...

É, absurdo! Sem contar o acabamento, transformador com cola em excesso saindo. Bem ruim o serviço.

Acabei de conferir novamente os valores:

Secundário 4 ohms

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Secundário 8 ohms

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[kem]

Juliano... o transformador sem carga nenhuma costuma apresentar uma tensão maior do que a calculada. Coloque uma carga pequena (um resistor de 33R 1W na saída de 4 ohms é o suficiente) e meça novamente. Falei besteira... 

PS. Mesmo assim ta muito fora...

[juloliveira]

Juliano... o transformador sem carga nenhuma costuma apresentar uma tensão maior do que a calculada. Coloque uma carga pequena (um resistor de 33R 1W na saída de 4 ohms é o suficiente) e meça novamente.

Lá vai com 28 ohms na gambi:

4 ohms

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8 ohms

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

A gambi 

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

[xformer]

Eu ainda não consegui entender como matematicamente traçar essa reta com essa função Ia=Va/Rload

A reta de carga é Va = Ia * Rload, certo?

A reta de carga é descendente/decrescente a partir do zero, logo ela tem um ponto máximo no 0 do eixo x e vai sendo subtraída de um valor que depende do valor do eixo x.  O valor máximo é quando Ia = Vht/Zp (ou seja toda tensão recai sobre a carga) e valor mínimo (0A) quando Va = Vht  (ou seja toda tensão recai sobre a válvula).  Esses dois pontos definem como traçar graficamente a reta de carga.  A função Ia deveria ser   Ia = (Vht/Zp) - (Va/Zp).  Vht é a tensão fixa de alimentação, Va é a tensão variável sobre a placa da válvula, Ia é a corrente de placa ou anodo, Zp é a impedância do primário (carga).

Juliano... o transformador sem carga nenhuma costuma apresentar uma tensão maior do que a calculada. Coloque uma carga pequena (um resistor de 33R 1W na saída de 4 ohms é o suficiente) e meça novamente.

PS. Mesmo assim ta muito fora...

Um transformador de saída não é como um transformador de força onde se compensa a perda resistiva com um pouco a mais nas espiras. O que vale no de saída é a relação de impedância e por consequência a relação de espiras, sem compensação. Portanto para descobrir ambas, precisa ser medido com o secundário em vazio (sem carga).