Voltando para os transistorizados

Post 64 - amplificadores de potência pra guitarra - parte 2

  Este é um exemplo da configuração descrita na parte 1. O esquema é de um amplificador Heathkit de 1966 (TA-16). A unidade de potência propriamente dita é formada pelos transistores Q8, Q9 e Q10.

  Se observarmos Q6 e Q7 na realidade eles formam um pre-amplificador universal como o descrito no post 5 (de junho de 2016), este pré recebe o sinal dos pré amplificadores de cada canal (este amplificador tinhas dois canais de pre com dois transistores cada), ou seja, na realidade formam uma cascata de 4 transistores de pré amplificação em cada canal.

  O conjunto Q8, Q9 e Q10 em tese numa primeira vista o ganho seria o valor de R34 da realimentação + R35 dividido por R35 ( 2291/91 = 25 vezes ), mas nessa topologia não é muito válido pois além dessa realimentação e da realimentação local do pré universal tem-se uma realimentação global da saida na entrada formada por R41, R42 e R28. Esta é a realimentação principal onde se pode ditar o ganho variando preferivelmente R41 (maior valor = menos realimentação = maior ganho). Por isso é dificil ter uma fórmula simplificada que determine exatamente um valor especifico de forma facil. Com um circuito simplificado como este não chegará nem na metade de 25.

  Desconsiderando C21, R37 e R36 em serie são calculados de forma a dividir a tensão da fonte (38V) mais ou menos ao meio (tem 18,8V na base de Q10). Por ser um amplificador de fonte simples é necessário ter o capacitor C22 de saida para barrar a tensão DC (de 18V) e deixar passar só a tensão AC (que é a tensão do sinal amplificado).

  Como a impedância é muito baixa (impedância do alto falante) o valor do capacitor tem que ser enorme para ser possivel passar os graves. 2500uF para guitarra, se fosse um som hi-fi tinha que ser uns 4000uF.

  O circuito assim sem ter o C21 já amplifica mas a inclusão de C21 tem uma função importante que vou tentar explicar abaixo.

  Funcionamento do bootstrap

  Dos emissores dos transistores de saida parte do sinal AC sempre retorna pelo capacitor C21 para as bases dos mesmos.

  A tensão DC no polo negativo do capacitor C21 tem 18,3V, o polo positivo tem em torno de 29V porque entre os resistores R36 e R37 tem a metade dos 18,8V menos a tensão total da fonte. Desse modo o capacitor está sempre carregado com algo perto de uns 9V sempre quando Q9 estiver em condução (o polo negativo de C21 estará aterrado).

  Quando a tensão do sinal AC tem a fase negativa o referencial no polo negativo que antes era 18,3V será menor porque se estará diminuindo os 18,3V de um valor que é o da fase negativa seja ela qual for (depende do volume de sinal aplicado, ou seja do valor máximo do swing da onda do sinal). Nesse momento o capacitor ficará então carregado com uma tensão maior que os 9V (o polo negativo ficou mais negativo ainda).

  Quando a fase da onda se inverter o efeito será o contrário, a tensão no polo negativo irá aumentar para mais que os 18,3V (18,3 é a referência do polo negativo como se fosse zero ou o terra), isso vai empurrar a tensão maior que o capacitor armazenou no momento da fase anterior para cima, ou seja, a tensão vai ter que sair pelo polo positivo do capacitor.

  Isso fará aumentar o sinal de entrada pois se estará adicionando ao sinal maior tensão de realimentação pois se aumentou a carga do capacitor.

  Boot a tradução é bota e Strap é alça, então é como se enfiar o pé dentro da bota e puxar com a alça para retira-lo, essa foi a ideia da palavra para o funcionamento.

  

  Cálculo estimativo da potência

  Como o ganho de amplificação não é muito, com rendimento máximo o swing AC máximo do sinal da guitarra amplificado ainda será muito baixo pela falta de transistores excitadores drives para os transistores de saida em relação a tensão DC, ou seja, precisa de Vdc alto para se obter um Vac de saida baixo. Pode-se chutar por altos um swing de umas 5 vezes menor que a tensão de alimentação Vdc (isso considerando uma entrada de sinal senoidal e saindo limpo).

  Assim: em 4 ôhms  38Vdc / 5 = 7,6Vac

  P = ( 7,6Vac )² / 4 Ω = 14,4W

  em 8 ôhms  

  P =  ( 7,6Vac )² / 8 Ω = 7,2W

  Dois detalhes fazem esta simples antiga potência ser um pouco melhor (para guitarras) do que as potências atuais com circuito integrados.

  1 - o pre amplificador universal na entrada quando o sinal é saturado gera mais distorção de segunda harmônica do que atuais potências com amplificadores diferenciais (ainda será visto) o que é desejavel para guitarras.

  2 - Os transistores de germânio usados no circuito inclusive os de saida (hoje caríssimos se achar para comprar) soam melhor para guitarras (lembram do fuzzface?).

continua. . .

Voltando para os transistorizados

Post 63 - amplificadores de potência pra guitarra - parte 1

  Os amplificadores de potência transistorizados para guitarras não tem nada de diferente, são as mesmas configurações sendo Push Pull em classe AB ou B (um meio termo entre isso dependendo dos ajustes). A qualidade para o transistorizado não precisa ser tal qual os para alta fidelidade sendo então o circuito mais simplificado sem muitas correções para diminuir as distorções causadas pelos transistores.

  Logicamente sendo uma configuração simples o som não sai nada agradavel como uma potência valvulada. Então é necessário algumas correções de equalização principalmente no pré pra tentar melhorar a sonoridade, contudo eu tenho visto alguns esquemas novos que alguns fabricantes tem tentado melhorar direto na potência algo que pretendo também tentar a medida que tiver tempo.

  Válvula X Transistor

  Isso já é muito falado mas apenas lembrando 3 diferenças mais principais. Uma boa potência tipo para hi-fi seja transistorizada ou a válvula não deve colorir o som com hamônicos extras e ter a distorção (seja lá qual for o tipo) bem baixa.

1 - O valvulado geralmente colore o som amplificando sempre com um pouco mais de ganho as segundas harmônicas exemplo, uma nota La de 440Hz a frequência de 880Hz contida nessa nota vai ser mais amplificada num valvulado do que num transistorizado.

  Já no transistorizado a harmônica mais amplificada é a terceira. A segunda soa bem para guitarras, a terceira não, quando a potência for saturada com muito ganho no sinal de entrada. Essa é a principal diferença.

2 - A válvula atrasa o som (como se fosse um delay), o atraso é mínimo mínimo mas atrasa, os eletrons viajam no vácuo entre a grade e a placa, no transistor é como se a grade e a placa estivessem coladas uma na outra (a junção de materias diferentes é colada uma na outra).

3 - A válvula dá mais linearidade na sua amplificação, o transistor é mais logarítmo. Isso pode ser notado ao se tocar uma nota na guitarra, o primeiro ataque da nota sai sempre mais forte num transistorizado e a sustentação morre mais depressa, já no valvulado a coisa é mais linear.

  Eu nunca fui de estudar muito a fundo as potências transistorizadas e do que eu estudei já até esqueci muita coisa pois faz muito tempo atraz, sempre escolhia uma potência e montava e sempre preocupando em fazer todas as melhorias no pré. Desse modo vou apenas expor de maneira bem simples o que eu aprendi com o tempo (comprando livros) e até hoje estou aprendendo por ai (com a internet), a medida do possivel vou colocando esquemas e ir observando as diferenças.

  Hoje se faz muito uso dos circuitos integrados de potência (a maioria dos fabricantes de amplificadores) mas alguns soam simplesmente horriveis nas guitarras tendo que ter muita correção no pre. Aqui vou concentrar nos circuitos com componentes discretos.

  Entendendodo a topologia

  Mesmo sendo uma coisa análoga a uma potência válulada é bem mais complicado de entender (pelo menos eu acho).

  Push pull no transistorizado

  O par casado de transistores um NPN e um PNP são os transistores de potência.

  A fase positiva do sinal vindo do VAS (estagio amplificador de voltagem) faz o transistor NPN conduzir carregando o capacitor de saida, o sinal AC passa por ele indo ao alto falante, a tensão DC é empurrada para no capacitor mas para nele, A DC não passa.

  Quando a fase for negativa quem conduz é o transistor PNP, o sinal AC passa pelo capacitor e o transistor puxa a energia DC contida no capacitor para entrar em estado de condução pois o transistor NPN nesse momento está cortado não deixando passar tensão positiva diretamente da fonte para alimentar o PNP (este se alimenta da carga do capacitor). 

 Assim se tem o funcionamento Push-Pull (empurra e puxa) em classe B (em classe AB os transistores de potência são polarizados de forma a não se desligarem totalmente como na classe B).

  Transistor VAS e realimentação

  É mais ou menos parecido com a configuração valvulada “concertina” que expliquei no post 36 onde se separa as fases invertidas do sinal, porém aqui o transistor amplifica e muito a tensão.

  Configurado dessa maneira simplificada o transistor VAS pode também ser chamado de driver excitador do par de potência. Ele sofre e se aquece facilmente a qualquer variação de corrente pois não há transistores drives dedicados para excitar os transistores de potência.

  Realimentação negativa

  Igualmente a um valvulado, do sinal amplificado que vai para o alto falante se retira uma porção que volta como realimentação negativa para reduzir as distorções (é chamada negativa simplesmente porque teve a fase invertida no transistor Vas), esta realimentação entra de volta no transistor VAS mas geralmente funciona melhor entrando em algum transistor anterior (buffer ou amplificador) fechando um loop de realimentação. Num valvulado essa realimentação pode até não existir (loop aberto), mas com transistor é obrigatório e com um nivel maior, o sinal realimentando invertido bate contra o sinal que entra no Vas (sem inverção) reduzindo também o ganho.

  Resistores de balast

  O dois resistores de emissores na saida dos transistores de potência são chamados de resistores de “balast”, a tradução mais aproximada seria resistores de amortização ou de amortecimento. Muitos eletrônicos não sabem bem a função deles e a “escola não ensina” ou ensina só uma parte, aqui vai:

  Uma das funções é ajudar a dissipar o aquecimento dos transistores de saida, ou seja, estabilidade térmica sendo cada um uma carga para a saida de cada transistor antes do alto falante (assim um transistor não é carga direta do outro). Os valores usados geralmente são 0,33Ω (0R33) ou 0,47Ω (0R47) ou 1Ω, nunca outros valores.

 

  Se a potência de dissipação máxima dos transistores escolhidos para a função estiverem com pouca folga em relação a potência máxima que irão suportar os valores dos balasts é melhor que sejam de 1Ω, entretanto este valor maior está em serie com o alto falante fazendo perder potência principalmente nas baixas frequências (pra guitarra não é muito problema).

  Uma outra função é ajudar a dividir melhor a corrente entre os transistores pois cada transistor tem diferentes resistências internas e também diferentes ganhos HFE por mais bem casados que sejam (os PNP têm sempre um ganho beta maior). Em amplificadores que possuem mais transitores em paralelo pra maior potência é imprensendivel o uso dos balasts.

  Os circuitos empregados em amplificadores transistorizados são bem mais complicados, há muita variação de circuitos, os transistores são complicados para funcionarem perfeitamente e necessitam muitos artificios de circuitos extras para fazer correções. Para isso seria necessário varios exemplos e explicações de um por um. Felismente existe no youtube alguns bons samaritanos brasileiros que conhecem bastante com muitos videos explicativos, no entanto os ensinamentos são para amplificadores de audio em geral e não especializados em amplifcadores específicos para guitarras.

continua. . .