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FET, transistor ou válvula - Qual é o melhor para um amplificador? (ART992)

As características dinâmicas diferente dos principais componentes usados na construção dos amplificadores afeta também a qualidade do som que podemos obter. se bem que todos eles possam resultar em excelentes amplificadores, os usários mais exigentes podem ter preferências que são justificadas por pequenos detalhes que às vezes nem sequer podem ser percebidos pelos nossos ouvidos. Para entender as diferenças entre os modos de funcionamento levamos ao leitor este artigo bastante didático.


AS VÁLVULAS

No início só haviam válvulas que passaram então a ser usadas na construção de amplificadores de som, inicialmente comuns e depois, com o desenvolvimento de tecnologias especiais para a construção tanto das válvulas como de transformadores entraram para a categoria denominada HI-FI ou High-Fidelity (Alta Fidelidade).

Estes amplificadores, com uma configuração típica de saída como a mostrada na figura 1 empregavam normalmente válvulas triodo e transformadores ultralineares que eram componentes bastante pesados.



Etapa de potência
Etapa de potência "Push-Pull" (contra-fase) de um amplificador valvulado HI-FI.



Nas válvulas, um filamento aquece um catodo de modo que ele emita elétrons os quais são atraídos por um anodo polarizado por uma tensão positiva (entre 80 e 800 volts dependendo da potência).

O fluxo de elétrons entre o catodo e o anodo pode ser controlado por uma tensão (ou sinal) aplicado a uma grade. Na válvula pentodo as outras grades (supressora e blindagem) são usadas como elementos auxiliares.

O resultado deste tipo de funcionamento é que a curva característica da válvula é a mostrada na figura 2.



Característica típica de uma válvula pentodo de potência.
Característica típica de uma válvula pentodo de potência.



Por esta característica vemos que ela pode funcionar de uma forma bastante linear quando polarizada conveniente levando à uma amplificação de sinais de áudio com um mínimo de distorção.

Isso ocorre porque a faixa dinâmica de controle do fluxo de elétrons entre o anodo e o catodo ocorre entre tensões que variam entre 0 e um máximo.


OS TRANSISTORES BIPOLARES

Os transistores bipolares, BJT, Darlington e outros equivalentes operam de um modo diferente.

Estes componentes apareceram em 1948 mas só se tornaram populares em amplificadores depois de 1955 quando os tipos de maiores potências se tornaram acessíveis.

As configurações iniciais foram muito semelhantes às empregadas nos circuitos com válvulas conforme podemos ver por uma etapa de saída mostrada na figura 3 mas logo surgiram as configurações sem transformadores (Simetria Complementar e Quasi-Complementar) como as mostradas na figura 4.



Push-Pull classe B com transistores.
Push-Pull classe B com transistores.



Simetria complementar com transistores bipolares.
Simetria complementar com transistores bipolares.



O transistor funciona de um modo diferente da válvula. No transistor temos uma corrente que flui entre o coletor e o emissor controlada por uma corrente de base (na válvula o que temos é uma tensão).

Assim, enquanto o transistor é um típico amplificador de corrente a válvula é um amplificador de tensão.

Mas, o problema mais grave é que os transistores só começam a conduzir quando uma tensão de pelo menos 0,6 V é aplicada na sua base.

Isso significa que na faixa de 0 a 0,6 V o transistor como amplificador apresenta uma "descontinuidade" em sua linearidade que afeta a fidelidade de um sinal amplificado, conforme mostra a figura 5.



A distorção por
A distorção por "Cross-over".



No entanto, projetos especiais bem feitos podem reduzir este efeito a um mínimo e os amplificadores transistorizados podem fornecer boas potências com excelente qualidade de som.


OS MOSFETs

Os MOSFETS ou VMOS, TMOS, DMOS, NMOS, PMOS, IGFET ou seja lá como são chamados são transistores de efeito de campo de potência.

Estes componentes foram imaginados antes dos transistores bipolares comuns, mas só puderem ser fabricados depois e hoje são bastante populares.

Na figura 6 temos uma etapa de saída de um amplificador de áudio que utiliza este tipo de transistor.



Etapa de saída com Power-FETs.
Etapa de saída com Power-FETs.



No FET de potência a corrente entre o dreno e a fonte é controlada pela tensão aplicada à comporta. Como as válvulas pentodo este componente não apresenta a descontinuidade que caracteriza o transistor bipolar e por isso é considerado um componente melhor para a amplificação de som.

De fato, muitos amplificadores que usam FETs de potência têm taxas de distorção muito menores dos que os equivalentes que usam transistores bipolares.


AS DIFERENÇAS FINAIS

Mas, afinal qual dos componentes acima indicados é melhor para um amplificador?

Fazendo uma comparação podemos dar os pontos positivos e os negativos de cada e um e o julgamento final fica por conta do leitor, pois ele também depende das necessidades de cada um e elas podem ser diferentes.


VÁLVULAS

a) Vantagens:

* Menor distorção


b) Desvantagens:

* Necessidade de operar com altas tensões

* Necessidade de usar transformadores pesados

* As válvulas próprias para estes equipamentos são muito caras

* A válvula trabalha quente e uma boa parte da energia consumida pelo equipamento é para aquecê-la. Uma parte menor apenas é convertida em som.

* As válvulas são sensíveis a vibrações


TRANSISTORES BIPOLARES

a) Vantagens

* São baratos

* Podem fornecer potência elevada a baixo custo

* Não precisam ser aquecidos - o rendimento do circuito é bom convertendo uma boa parte da energia consumida em som.

* Não necessitam de transformadores em seus circuitos


b) Desvantagens:

* Distorção pelo efeito do Cross-over

* Fragilidade: quando operam com alta tensão e alta corrente os transistores, devido ao que se chama segunda ruptura (second breakdown) podem queimar com facilidade.

* Deriva térmica - qualquer desequilíbrio no circuito causa aquecimento excessivo e queima.


MOSFETs DE POTÊNCIA

a) Vantagens:

* Possuem características semelhantes às válvulas com baixa distorção

* Têm alto rendimento convertendo a maior parte da energia consumida em som.

* Não precisam ser aquecidos

* Não necessitam de pesados transformadores em seus circuitos.

* Custo relativamente baixo.

* Podem operar com potências muito altas.

b) Desvantagens:

* Elevada capacitância de entrada que limita sua resposta de frequência.


CONCLUSÃO

Mesmo os transistores podem ser usados em amplificadores de diversas formas ou "classes". Estas classes podem resultar em sons e rendimentos diferentes que os ouvidos mais sensíveis podem perceber.

A diferença entre os diversos tipos de amplificadores é ainda algo que causa muitas discussões entre os entendidos havendo aqueles que, quando encontram um amplificador ruim chegam a dizer que ele produz "som de transistor". No entanto, amplificadores que usam novas configurações como as de classe D ou mesmo PWM podem resultar em sons tão bons quanto os melhores equipamentos a válvulas o que significa que a competição é grande.

Ainda mais se levarmos em conta que os adeptos da válvula não abandonaram este componente que já não é mais encontrado em aparelhos modernos como rádios, computadores, televisores (exceto pelo TRC) e outros.

Estes mesmos adeptos estão desenvolvendo mesmo nos dias de hoje novas tecnologias de válvulas que aparecem em amplificadores de altíssima qualidade (e altíssimo custo!) que podem ser vistos anunciados em revistas especializadas.

Numa destas revistas há poucas semanas, constatamos a existência de um amplificador de uns poucos 40 watts (20 por canal) usando válvulas com eletrodos (grades, anodo e catodo) revestidos de ouro a um preço superando as 1 200 libras! Levando em conta que a libra tem uma cotação maior que a do dólar hoje e que este preço é lá, o leitor pode fazer uma idéia...

Enfim, se o leitor deseja mesmo ter algo diferente, pensar como um conhecedor de som deve ficar atento às diferenças e não comprar um equipamento somente pelos "Watts" que ele pode dar de saída. Alta fidelidade e qualidade de som é muito mais que isso...


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