De volta para o primeiro estágio de pré amplificaçãoVeja
https://robrobinette.com/Tube_Guitar_Amp_Overdrive.htm para informação mais específica em como a distorção de overdrive é criada.
Circuitos de polarização da válvula
A V1 e a V2 usam polarização por catodo comum, também conhecida como auto polarização. A tensão de polarização da V1A é ajustada pelo resistor de catodo R4 que está ligado ao catodo da V1 (pino 3). A polarização da V1B é ajustada por R6. A tensão de polarização em V2 é ajustada por R8. O capacitor C6 é um capacitor de bypass (desvio) que ajuda a diminuir a realimentação local e aumenta o ganho da V2. Na maioria dos amplificadores de guitarra também há um capacitor de bypass junto do resistor de polarização R4 da V1A. Acrescentar um capacitor de bypass ao R4 para aumentar o ganho é uma modificação comum para o amplificador Champ.
Para a grade de controle da válvula controlar o fluxo de elétrons entre o catodo e a placa deve haver uma diferença de tensão entre o catodo e a grade de controle. Essa diferença de tensão é o que repele os elétrons e controla o seu fluxo. O catodo está fervendo de elétrons carregados negativamente e uma grade carregada mais negativamente pode mantê-los no lugar porque as cargas iguais se repelem. Essa diferença de tensão entre o catodo e a grade de controle é chamado de tensão de polarização (bias). Válvulas em catodo comum usam a queda de tensão sobre o resistor de polarização colocado entre o catodo e o terra para gerar a tensão de polarização.
O amplificador muito mais potente 5E3P mostrado abaixo usa um sistema de polarização ajustável fixa para fornecer a tensão de polarização. Ele é chamado de polarização fixa porque uma tensão estável é aplicada à grade de controle da válvula. Uma tensão de polarização automática por catodo vai flutuar (ela não é fixa) de acordo com o sinal de entrada. Uma polarização fixa aplica uma tensão negativa (geralmente entre -35 a -50 volts DC) nas grades de controle das válvulas de potência e os catodos são ligados diretamente ao terra em 0 volts (não há resistor de catodo). Ajustá-la para um porcentual maior da dissipação máxima da válvula de potência é considerada uma polarização quente. A tensão da grade de controle das válvulas de potência é sempre negativa em amplificadores com polarização fixa e uma polarização mais quente vai ter uma tensão da grade mais perto de zero (mais ainda negativa). Uma polarização quente para o 5F6A Bassman estaria por volta de -44V DC. Ajustar para um porcentual menor da dissipação máxima é considerada uma polarização fria e a tensão de grade terá um número negativo maior como -50V. Veja aqui para mais informação em como medir a ajustar a polarização
https://robrobinette.com/5F6A_Modifications.htm#Adjust_the_Bias.
Sistema de polarização fixa ajustável
O transformador na esquerda fornece 50 volts AC para o diodo retificador. A tensão AC vai para o terminal negativo do diodo (catodo) assim 50 volts de tensão pulsante negativa estará na saída. O resistor de 1k e o grande capacitor de filtro de 50uF (suavizador) forma um filtro RC (resistor-capacitor) passa baixas para alisar os pulsos DC e o potenciômetro de ajuste de polarização ajusta a quantidade de tensão negativa DC que vai para as grades de controle das válvulas de potência. O resistor de 27k limita a polarização quente máxima, diminua-o para conseguir polarização mais quente e aumente-o para mais fria.
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A válvula retificadora V3
A válvula retificadora V3 é uma bomba de elétrons de uma direção usada para converter os 650 volts RMS AC vindos do transformador de força em 360 volts DC. Esta alta tensão AC do transformador é muitas vezes chamada de tensão HT (high tension). Observe que quando você mede entre terra e outros fios de entrada AC da válvula V3 você vai ver 325 AC volts, mas se medir entre as duas entradas AC você vê 650 AC volts. Um retificador de amplificador puxa os elétrons para fora do circuito do amplificador para criar uma tensão positiva (falta de elétrons = tensão positiva). A V3 é diferente das válvula de pré amplificação e a de potência porque ela tem duas placas, nenhuma grade e o seu filamento de aquecimento está ligado diretamente ao catodo para manter baixa a tensão filamento-catodo.
Os 650 volts em corrente alternada (AC) do transformador de força estão ligados ao pinos 4 e 6 que se conectam às duas placas. Quando a metade positiva da onda AC (+325V) carrega a placa do pino 4 positivamente, a placa do pino 6 é carregada negativamente. A carga positiva da placa no pino 4 atrai o fluxo de elétrons do catodo gerando uma corrente DC positiva no fio ligado ao catodo do pino 8 (puxando os elétrons carregados negativamente do fio de B+ conectado ao pino 8 criando uma tensão positiva no fio). Nada acontece na placa carregada negativamente no pino 6.
Em seguida a metade negativa da onda AC entra na válvula (-325V), a placa do pino 6 é carregada positivamente e atrai o fluxo de elétrons do catodo enquanto que a placa do pino 4 é carregada negativamente e não faz nada. Portanto as duas metades da onda AC são convertidas em DC o que torna a válvula V3 que é a 5Y3GT em um retificador de onda completa.
Válvulas retificadoras
A alta tensão AC flui para as placas conectadas nos pino 4 e 6. A corrente DC sob alta tensão flui pelo catodo no pino 8. Observe que a 5Y3GT na direita tem um catodo aquecido diretamente que é um catodo e filamento combinados e a GZ34 da esquerda tem um catodo e um filamento separados que estão ligados eletricamente.
Ambas tensões negativa e positiva são usadas para criar a tensão DC pulsante em um retificador de onda completa como a 5Y3 e GZ34.
Já que os catodos são diretamente aquecidos pelos 5V AC fornecidos pelo transformador de força, o catodo tem tanto 5V AC como o B+ DC de alta tensão ao mesmo tempo nele. Por isso que o enrolamento de 5V não tem uma tomada central como o enrolamento de 6,3V – a tensão do B+ DC seria curto circuitada para o terra pela tomada central. Esse 5V AC está no fio de saída do B+ mas é filtrado pelo primeiro capacitor de filtragem.
Muitos amplificadores de polarização fixa usam um diodo único para retificar os 50V DC de tensão de polarização fixa. O diodo simples funciona como retificador de meia onda e gera uma tensão DC muito pulsada que deve ser filtrada por um resistor e um capacitor relativamente grande (filtro RC).
Retificador 5Y3GT
O catodo e o filamento são combinados.
Partes internas da válvula retificadora JJ GZ34S
As duas grandes placas metálicas da GZ34S são ocas no centro de forma que os dois catodos (tubos ocos) vão se encaixar dentro delas. A alta tensão AC é fornecida pelo transformador de força pelos pinos 4 e 6 para carregar as placas. O encaixe é apertado mas o catodo e a placa não se tocam um com o outro. Os catodos ocos tem o filamento de aquecimento inteiramente dentro deles. Os catodos aquecidos emitem elétrons carregados negativamente. Os elétrons livres são puxados para as placas carregadas positivamente. Observe os condutores grossos que ligam ambos catodos ao pino 8 de saída. Os elétrons são puxados do fio B+ através desses condutores pelo pino 8 e criam uma carga positiva nesse fio. Convencionalmente nós pensamos em energia positiva DC fluindo do catodo e saindo pelo pino 8 para a chave de standby quando na realidade os elétrons fluem no sentido contrário.
A placa horizontal e os suportes verticais seguram as placas e os catodos no lugar. O halo do getter (não mostrado) no alto da válvula funcionava só para segurar o 'getter flash' até que o flash tenha ocorrido dentro da válvula (a coloração prateada dentro do vidro). Essa capa prateada absorve as moléculas de oxigênio para manter o vácuo da válvula livre de oxigênio.
Filamentos de aquecimento dobrados duplamente são cobertos com uma fina camada isolante eletricamente e empurrados para dentro do catodo oco.
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Tudo sobre retificadores
Os retificadores dos amplificadores podem usar diodos em válvula ou de estado sólido para retificar a corrente alternada (AC) em corrente contínua (DC). Eles fazem isso agindo como válvulas de sentido único que deixam os elétrons passar só num sentido.
Os retificadores de estado sólido (diodos de silício) são conhecidos como sonoramente rígidos porque não criam muita queda de tensão o SAG como os retificadores a válvula que podem ter mais de 60 volts de queda de tensão sobre elas.
A queda de tensão é causada pelas resistências internas do transformador de força e do retificador. Isso diminui a tensão B+ do amplificador e pode suavizar a dinâmica de um amplificador enquanto que as altas tensões de retificadores de estado sólido pode fazer o som do amplificador ficar com mais punch, com mais volume e oferecer um tom grave mais apertado e com overdrive. Os retificadores de estado sólido tem queda de tensão de apenas 2 volts e o retificador com válvula GZ34 tem queda de uns 10 volts. A 5Y3 derruba até uns 60 volts.
O sag da tensão é a queda de tensão dinâmica sobre o retificador que aumenta de acordo com o consumo de corrente e cria uma compressão do volume na saída. A compressão do volume acontece porque o alto consumo de corrente durante as notas graves fortes derruba a tensão B+ do amplificador e assim o volume máximo é reduzido. Ao contrário, um baixo consumo de corrente nas passagens mais silenciosas criam menos sag de tensão e geram uma amplificação maior. Em amplificadores classe A e AB diferem em quanto de sag de tensão é gerado. Dado que os amplificadores classe A tem o repouso perto da corrente máxima e há menos flutuações de demanda de corrente e portanto menos sag de tensão. A queda de tensão e o sag ajudam a contribuir para um som mais quente, arredondado e vintage dos amplificadores valvulados.
Um diodo simples ou retificador valvulado de uma placa é um retificador de meia onda porque só metade de uma onda AC é convertida em tensão DC. Muitas fontes de polarização fixa usam só um diodo em meia onda para gerar a tensão de polarização das válvulas de potência. Os diodos de silício são parecidos com os retificadores valvulados de placa única já que ambos tem apenas um anodo (placa é o outro nome para o anodo da válvula). O termo diodo significa dois eletrodos (catodo e anodo). Válvulas com dois eletrodos também são chamadas de diodos.
Retificação de meia onda no circuitode polarização do amplificador
Os 50V AC são retirados do transformador de potência e enviados para o diodo simples. Ele atua como uma válvula de meia onda para converter os 60Hz AC em tensão DC pulsante negativa de 60Hz. A tensão DC de saída é negativa por causa da polaridade do diodo (se inverter o diodo poderia fornecer tensão DC positiva). Com o catodo do diodo conectado à fonte AC é gerada uma tensão DC negativa. O circuito de polarização usa a tomada central do transformador de força como caminho de retorno para a corrente.
Retificação de meia onda
Tensão de 60Hz AC entrando e tensão negatica DC pulsante de 60Hz saindo. A retificação de meia onda é ineficiente porque ela só converte metade da onda AC. Ela gera uma tensão DC muito irregular que é alisada usando um resistor e um grande capacitor que formam um filtro RC passa baixas.
Dois diodos, ou uma válvula retificadora padrão de duas placas como a 5Y3 ou GZ34, são retificadores comuns de onda completa. Elas são retificadoras de onda completa porque ambas metades da onda (positiva e negativa) são convertidas em tensão DC. Retificadores convencionais precisam de um transformador com tomada central para ter um caminho de retorno para a corrente DC que vem do amplificador para o transformador.
Retificação Convencional por diodo
Retificador de dois diodos mostrando o fluxo de corrente durante a metade positiva da onda AC. A tomada central do transformador AC fornece o retorno para a corrente que volta do amplificador. A tomada central está aterrada e em zero volts.
Retificador convencional durante a metade negativa da onda AC.
Retificação convencional com válvula
Uma válvula de retificação padrão de duas placas como a 5Y3 funciona exatamente da mesma maneira que o retificador com os dois diodos acima. Por isso que os retificadores a válvula sempre são usados com transformadores com tomada central – as tomadas centrais são necessárias para fornecer o caminho de retorno para a corrente que vem do amplificador para o transformador.
Retificação de onda completa
Retificadores de onda completa convencionais e em ponte convertem tanto as metades positiva como a negativa da onda AC (onda completa) em tensão DC, assim ele criam DC pulsante em 120Hz. Compare este gráfico com o gráfixo de meia onda mais acima mostrando o DC pulsante em 60Hz.
Quatro diodos podem ser usados para criar um retificador de onda completa em ponte que não precisa uma tomada central no transformador de força. O retificador em ponte é muito eficiente e extrai quase o dobro da tensão de uma fonte AC com um retificador convencional
Ponte retificadora de 4 Diodos em ponte com a corrente fluindo durante a metade positiva da onda AC
Todos quatro diodos em um retificador em ponte atuam como válvulas de um sentido que permitem que a corrente flua em apenas um sentido. Os dois diodos do lado esquerdo formam a ponte de retorno do circuito do amplificador para o transformador de força de forma que a tomada central não é necessária. Como o fluxo de corrente de saída (mostrado com flechas laranjas) é empurrado pelo transformador, o caminho de retorno (mostrado com flechas azuis) é simultaneamente puxado pela tensão negativa do transformador, assim o retificador em ponte pode extrair duas vezes a tensão de um retificador convencional de dois diodos que somente empurra a corrente porque a tomada central está aterrada em zero volts e não puxa nada.
Fluxo da corrente num retificador em ponte durante a metade negativa da onda AC
Nota: todos os desenhos nesta seção “tudo sobre retificadores” mostram o fluxo da corrente convencional (positiva) quando na realidade para criar uma tensão positiva os elétrons precisam ser removidos de um condutor (tensão + = falta de elétrons, tensão - = excesso de elétrons).
Todos retificadores devem ter um caminho de retorno para o transformador de força, porque o fluxo DC retificado é somente num sentido – saindo do transformador. A tomada central do transformador ou o retificador em ponte fornecem o caminho de volta para o transformador (fechando assim o circuito).
Embora um retificador em ponte extraia o dobro da tensão de um enrolamento de um transformador comparado a um retificador convencional, o retificador em ponte somente fornece 62% da corrente em alta tensão. Se você isolar a tomada central de um transformador de força e substituir o retificador convencional por um retificador em ponte, ele vai gerar o dobro da tensão mas os fios do enrolamento teriam que ter uma bitola mais grossa para gerar a mesma corrente.
Guia resumido de projeto de retificadores da Hammond
Observe o retificador de onda completa com capacitor na entrada da carga na figura inferior esquerda e o retificador em ponte com capacitor na entrada da carga no meio da direita. Estes são os dois mais comuns usados em projetos de amplificadores valvulados.
Por que transformadores com tomada central não precisam de um retificador em ponte ?
Isso ficou me encucando por um bom tempo até que eu pesquisei e entendi o fluxo da corrente através dos retificadores de dois diodos (convencional) e de quatro diodos (em ponte).
Por que um transformador de força com uma tomada central permite a retificação com apenas dois diodos versus quatro necessários naqueles sem a tomada central ? Porque a tomada central do transformador fornece um caminho de retorno para o transformador da corrente que vem do circuito. Se você usar um transformador sem a tomada central, então o retificador em ponte com 4 diodos é necessário para fornecer o caminho para a corrente voltar do circuitodo amplificador para o transformador.
Retificação convencional e sem tomada central
Sem a tomada central não há retorno para a corrente, assim isso não funciona.
Retificador híbrido sem tomada central
Para usar um transformador sem tomada central com um retificador a válvula, você pode instalar a outra metade da ponte de um retificador em ponte para fornecer o caminho de retorno para a corrente. Dois diodos 1N4007 entre os pinos das placas da válvula e o terra farão o trabalho. A polaridade dos diodos é importante, instale os diodos com suas faixas (catodos) para o lado das placas da válvula.
Retificador híbrido sem tomada central + diodos de reserva
Os dois diodos conectados às placas da válvula são diodos de reserva de proteção contra falhas, que evitarão que AC atinja o amplificador caso a válvula falhe em um curto circuito. Ele é o equivalente a um retificador em ponte alimentando um retificador a válvula.
O circuito de 6,3V do filamento de aquecimento é diferente do circuito de alta tensão porque o circuito de 6,3V pode funcionar perfeitamente sem a tomada central. A tomada central dos 6,3V não é usado para retorno da corrente, ele somente é usado como referência de 0 volts para balancear a tensão dos dois fios do filamento. Ao se manter a tensão nos dois fios iguais ajuda o cancelamento do hum com os fios torcidos entre si. Já que o circuito do filamento é AC e não é convertido para DC, ambos fios de 6,3V atuam como de envio e de retorno. Nesses fios puramente em AC, os elétrons fluem pra frente e pra trás nas duas linhas.
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Grande figura do amplificador de potência
Os geradores da companhia de eletricidade (girando a 60Hz = 60 rotações por segundo = 3600 rotações por minuto) empurram e puxam os elétrons (corrente alternada ou AC) pelos fios até a sua tomada na parede. Você conecta o enrolamento primário do transformador de força do seu amplificador à tomada e os elétrons entram e saem do enrolamento. O núcleo de ferro do transformador captura o campo magnético (fluxo) gerado pelo enrolamento primário e induz uma tensão AC aumentada no enrolamento secundário. O enrolamento secundário é ligado às placas da 5Y3 retificadora. A cada meio ciclo, uma das placas é carregada positivamente (falta de elétrons) enquanto que a outra é carregada negativamente (excesso de elétrons). A placa carregada negativamente não faz nada, enquanto que a placa carregada positivamente puxa os elétrons do catodo e o fio do ponto B+ ligado a ele (removendo os elétrons do fio B+ cria uma tensão positiva). Durante o meio ciclo seguinte, a tensão nas duas placas é trocada. Uma placa é carregada positivamente e puxa os elétrons do catodo enquanto que a outra placa não nada. Porque a 5Y3 puxa os elétrons durante ambas metades do ciclo da onda AC, ela é um retificador de onda completa e porque ela só puxa os elétrons num sentido, é que cria a corrente DC. Um retificador com apenas uma placa e o catodo só poderia puxar elétrons durante metade do ciclo de onda AC, assim ele seria um retificador de meia onda. O diodo simples na fonte de tensão de polarização é um retificador de meia onda.
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De volta ao estágio de saída
Esquema do Fender Tweed 1959 5F6-A Bassman com anotação do caminho do sinal e funções dos componentes
O 5F6A Bassman é um verdadeiro amplificador clássico. As maiores diferenças com o 5E3 Deluxe incluem um tone stack com controles de graves, médios e agudos e um buffer para o tone stack (V2B) bem antes dele. O inversor de fase diferencial acrescenta ganho e ajuda a excitar as grandes válvulas de potência 5881 com polarização fixa com plena distorção. O amplificador também tem capacitores de filtragem/reservatório de alto valor para sustentar os graves de um baixo.
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Como o inversor de fases diferencial funciona
O inversor de fase diferencial (Long Tail Pair - LTP) também chamado de inversor de fases com catodos acoplados é o mais popular dos inversores de fase usados em amplificadores de guitarra devido à grande amplitude do seu sinal de saída e um doce tom de overdrive. Diferentemente do inversor catodino, que não amplifica o sinal, do 5E3 Deluxe, o inversor diferencial não somente cria dois sinais espelhados, como também age como um estágio de ganho, aumentando o sinal em metade do ganho que estágios de ganho comuns a triodo. Esse ganho adicional dá à saída uma maior excursão de tensão para excitar as grandes válvulas de saída para um pleno estado de distorção. O LTP é um verdadeiro amplificador diferencial e usa as duas metades de um triodo duplo (geralmente uma 12AX7 ou 12AT7).
Fluxo do sinal mostrado com flechas vermelhas. O sinal entra no inversor de fase na grade da V3A e saí pela placa (sinal invertido) e pelo catodo (sinal não invertido). O sinal do catodo flui para o catodo da V3B onde ele é amplificado.
A V3A no esquema acima tem dupla função. Ela atua como um estágio normal de ganho (saída de sinal invertido na placa) mas também atua como seguidor de catodo (saída não invertida do sinal no catodo).
No esquema acima, o sinal de entrada AC flui pelo capacitor de acoplamento C19. O capacitor C19 mantém os 32,5V de tensão de grade DC da V3A distante do tone stack. O sinal então flui para a grade da V3A enquanto a grade da V3B é mantida com uma tensão DC constante e um capacitor C20 de desvio de AC aterra todo sinal AC para o terra.
Os catodos de V3A e V3B são ligados juntos. Todo sinal de entrada da V3B vem do catodo da V3A. Com a grade da V3B mantida constante, as flutuações de tensão no catodo da V3B alteram o fluxo de elétrons dele para a placa que criam um sinal amplificado na placa de V3B.
O R36 é o resistor comum que cria a relativa alta tensão (34V DC no Bassman) necessária para a função de seguidor de catodo da V3A. Ele também fornece um fluxo de corrente quase constante compartilhado entre os dois catodos – se a corrente aumenta no catodo de V3A, a corrente diminui no catodo de V3B e vice e versa.
O R34 é um resistor padrão para polarizar e criar uma diferença de 1,5V entre as grades e catodos das duas válvulas.
R37 e R38 são os resistores de fuga das grades que drenam a corrente de grade DC para manter uma tensão de polarização estável entre catodo e grade.
Os resistores de carga de placa R39 e R40 tem valores diferentes para equalizar a diferença de ganho entre V3A e V3B.
O sinal de realimentação negativa que vem da tomada de 2 ohms do transformador de saída é injetado no inversor de fase diferencial em dois pontos, entre o resistor comum R36 e o potenciômetro de presença que leva ao catodo. O sinal de realimentação também vai para a grade de V3B através de C20. O sinal de realimentação negativa na grade de V3B contrabalança o sinal na grade de V3A resultando em atenuação pela realimentação negativa.
O controle de presença (R35 e C21) remove uma quantidade variável de frequências altas na realimentação negativa. Reduzir a realimentação negativa tem efeito de aumentar o ganho, assim reduzir as frequências altas na realimentação negativa aumenta a saída de frequências altas (C21 aterra o sinal de realimentação negativa de altas frequências AC). O aumento da capacitância de C21 vai diminuir a frequência de corte e deixar passar uma faixa maior de frequência para o terra, amplificando portanto uma faixa maior de frequências na saída do falante.
O capacitor C22 suprime as oscilações acima das frequências de áudio entre as duas placas dos triodos para ajudar a estabilizar o circuito.
Função detalhada: Quando um sinal de tensão positivo chega na grade da V3A a redução do bloqueio dos elétrons na grade permite que os elétrons fluam do catodo através da grade para a placa. Os elétrons fluindo para a placa diminuem a tensão da placa – isso é o sinal de saída invertido e amplificado. Como os elétrons deixam o catodo da V3A, uma tensão positiva é gerada no catodo (falta de elétrons = tensão positiva) causada pela queda de tensão sobre o resistor de catodo R34. Esse sinal de tensão positiva está presente também no catodo de V3B porque os catodos estão conectados entre si. Como a grade de V3B é mantida constante em 0 volts AC, qualquer mudança na sua tensão de catodo vai criar uma diferença de tensão entre a grade e o catodo. Essa diferença de tensão altera o fluxo de elétrons vindos do catodo, através da grade para a placa. Como o catodo de V3B fica positivo (falta de elétrons) poucos elétrons vão chegar na placa o que aumenta a tensão da placa – esse é o sinal de saída não invertido e amplificado.
Tensões no inversor de fase do Bassman 5F6-A
Observe a diferença de tensão entre o resistor comum de junção de 32,5V e os catodos a 34V equivalendo a uma tensão normal de polarização de uma 12AX7 de 1,5V. A diferença de tensão entre as grades (22 e 23V) e o resistor de catodo (32,5V) é um erro de medição causado pelo carregamento do circuito do voltímetro. Se a diferença de tensão fosse real, a válvula estaria cortada (não conduzindo).
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