Post 70 - Polarizando um Giannini - parte 3

   Cálculo dos drives excitadores

  A corrente no coletor do transistor driver Q5 será a corrente de coletor do transistor de saida Q6 dividido pelo beta mínimo do transistor de saida, no caso aqui é o Tip41C cujo valor do beta no datasheet da Fairchild é exatamente 30 para uma corrente menor que 3A, assim:

  Ic Q5 = 1,77A / 30 = 0,059A = 59mA (em torno desse valor)

  Para saber a dissipação dos transistores de driver seria necessário saber a tensão entre o emissor e o coletor de Q5 não será os 29,2V. Existe uma pequena queda de tensão sobre o resistor R16 (ainda não calculada), existe uma queda tensão dos resistores de ballast (R17 e R15 calculada de 1,2V) mais a queda de 0,65V correspondente a junção base emissor de Q6. Somado a estas quedas ainda há a tensão de saturação VCE do transistor excitador que com certeza é ligeiramente menor que a considerada no transistor de saida (por ser um transistor de menor potência. Isto tudo é diminuido da tensão da fonte (exatamente como feito para o transistor de saida).

  Como saber a dissipação não necessita um valor exato, para a facilidade de cálculo pode-se usar o a mesma tensão de 29,2V dos transistores de saida (sairia mais ou menos elas por elas).

 

  A dissipação de potência no driver então será:

  PdissQ5 = ( 29,2V x 0,059 ) / 2 = 0,86W = 860mW

  Foi dividido por 2 para se obter um potência efetiva (??? foi dessa forma que eu aprendi sem maiores explicações!).

  Geralmente se escolhe para essa função transistores tipo BD139 e BD140 de disspação bem maior que isso tendo então bastante folga. Neste circuito da Giannini foram usados (por economia) os transistores BC337 e BC237 (dependendo do fabricante dissipam 800mW) e não se aquecem pois na realidade o sinal máximo não é uma onda quadrada.

  Corrente na base do driver - Aqui a regra é dividir a corrente do coletor do drive Q5 pelo beta do proprio drive. Foi usado o par BC337 e BC327 cujo beta varia entre 100 a 630 (no datasheet), assim estimando um beta de 200.

                                                          0,059A / 200 = 0,000295A = 295uA

  No entanto esta corrente de base tem pouca importância pois se for usado um transistor de maior dissipação (mais potente tipo um BD139 e 140) teria-se um beta menor e uma corrente maior, essa corrente geralmente fica na casa dos microamperes.

  O resistor R6 em serie com R7 polariza a base do driver mas a corrente exigida pelo driver é no caso apenas 295uA (também polariza o coletor de Q3 onde irá maior corrente).

  Resistores de emissor do driver Q5 e coletor do driver Q4 (R15 e R11)

  A escolha do valor destes resistores é um cálculo bastante complicado quando se quer uma precisão absoluta do circuito (exige a resistência interna da base do transistor e o gráfico). De um modo prático sempre se escolhe valores entre 100Ω a 470Ω. Se da preferência por valores maiores pois reduz a distorção THD (guitarra não está nem ai pra isso) mas isto de acordo com a corrente encontrada na base do driver. Se a corrente é baixa (transistores com beta alto) pode se optar por valores mais altos dos resistores, se a corrente for alta diminui-se os valores dos resistores.

  Neste circuito foi escolhido 330Ω para os resistores, em termos práticos não afeta em nada se usar 470Ω ou 150Ω por exemplo. O mais importante é estes dois resistores devem ter os valores mais iguais possivel (de preferência com margem de erro de 1%) pois valores diferentes causa uma distorção perceptivel.

  

  Cálculo do Bootstrap (capacitor C4)

  O funcionamento de um bootstrap já foi explicado em um dos posts anteriores.

  Considera-se ínicialmente os resistores em serie R6 e R7 como se fosse um único resistor. Estes dois resistores polarizam ao mesmo tempo a base de Q5 e o coletor de Q3 e é a fonte de corrente (em circuito mais complexo se utiliza uma fonte de corrente mais constante).

  Para que não se fique tão dependente dos betas dos transistores de drivers, geralmente se fixa uma corrente em qualquer valor entre 6mA a 8mA que é mais que suficiente (a base de Q5 chupou apenas 295uA e Q4 será mais ou menos o mesmo tanto), quem precisa de mais corrente é o coletor do transistor Q3 do VAS. Conforme maior potência do amplificador e maior nivel de sinal vindo do pre-amplificador, pode se escolher uma corrente ligeiramente maior (os drivers serão maiores e de beta menores chupando mais corrente). Escolhendo 6mA.

  Dimininui-se da tensão de 36V o valor de 0,65V correspondente a queda no emissor de Q5.

  36V - 0,65 = 35,35V

  Com essa tensão da para achar o valor do único resistor (R6 + R7).

  R6 + R7 = 35,35V / 0,006A = 5891Ω

  Dividindo-se o valor encontrado por 2 tem-se valores iguais para R6 e R7 o que daria a metade da tensão em cima do capacitor C4 do bootstrap, geralmente para melhor eficiência do bootstrap faz-se o resistor R6 sendo 1/3 do valor de R7 (em qualquer amplificador) carregando assim o capacitor com uma tensão ligeiramente mais alta. No circuito os valores são de 1K8 e 3K9 (totalizando 5K7).

  O comportamente de C4 em relação ao sinal AC é que ele pega um pouco do sinal de saida e retorna este sinal na entrada de Q5 (uma realimentação local), assim enquanto maior seu valor mais frequências baixas irão passar. Para guitarras 10uF está de bom tamanho (se fosse um amplificador de contrabaixo uns 100uF no máximo).

  O capacitor já está previamente carregado com tensão DC que quando somado a uma fase do sinal AC se tem uma tensão mais alta empurrando então um reforço no ganho, este funcionamento é chamado de bootstrap. A tensão desse capacitor deve ser pelo menos uma vez e meia a tensão obtida na junção entre R6 e R7, assim:

  35,35V ------- 100%

  VC3 -------- 33% (a tensão de queda em R6 foi escolhida ser a terça parte)

  VC3 = 11,66V então

  35,35V - 11,66V = 23,68V esta é a tensão na junção

  23,68V + 23,68 / 2 = 35,5V ou seja, um capacitor de 10uF/35V

  Na realidade devido a inversão na colocação entre o resistor R5 e o capacitor C2 (explicado anteriormente) o bootstrap deste modo perde um pouco a eficiência.

  O comportamente de C4 em relação a fonte DC, ele serve para maior estabilidade da tensão pois é um filtro neste ponto do circuito. Logicamente se o valor de R6 for maior implica em poder usar um valor de C4 menor.

 Continua. . .