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Como funciona um amplificador HI-FI valvulado (V095)

Um dos artigos mais acessados da seção Mundo das Válvulas foi Como Funciona um Rádio Valvulado (V010). Realmente, saber como equipamentos valvulados funcionam é algo muito interessante principalmente para os mais jovens que não viveram a época das válvulas e, portanto não estão familiarizados com sua utilização. Atendendo ao pedido de muitos internautas preparamos um novo artigo sobre funcionamento de equipamentos valvulados, agora abordando os velhos amplificadores de alta-fidelidade ou Hi-FI, também conhecidos por ultra-lineares que fizeram muito sucesso nas décadas de 40, 50 e mesmo 60.

Até hoje existem os que defendem os amplificadores valvulados ultra-lineares ou Hi-Fi, dizendo que sua qualidade ainda não foi superada, nem mesmo pelos mais modernos circuitos transistorizados ou integrados. De fato, as características das válvulas e o esmero com que algum dos amplificadores tradicionais eram construídos, faziam desses equipamentos verdadeiras obras de arte. Até hoje existem empresas que os fabricam, cobrando verdadeiras fortunas para quem deseja ter um amplificador valvulado. Veja neste site os artigos indicados no final deste texto.

 

Um Amplificador Valvulado Típico

Para analisar como funciona um amplificador valvulado de alta fidelidade, HI-FI ou ultra-linear dos anos de ouro da válvula, vamos pegar como exemplo um circuito típico, mostrado na figura 1.

Trata-se de um amplificador estereofônico de 20 W por canal utilizando as válvulas pentodo de saída de potência EL86 ou 6CW5. Esta configuração era bastante comum, na época em que estes circuitos dominavam o mercado.

 

Amplificador de alta fidelidade de 20 W por canal usando válvulas EL86.
Amplificador de alta fidelidade de 20 W por canal usando válvulas EL86.

 

Observe alguns detalhes interessantes deste circuito, como a utilização de transformadores de saída dotados de tomadas para ligação de alto-falantes de 4, 8 e 16 ? e de uma fonte de alimentação com duas altas-tensões (A e B) e uma tensão de polarização (C).

 

Análise do funcionamento.

a) Pré-amplificador e driver de áudio

Para a operação com sinais de pequena intensidade e grande amplificação, eram utilizadas válvulas triodo e na época as mais empregadas eram a 12AU7 e a 12AX7. Neste circuito, foram usadas válvulas 12AX7 que eram válvulas duplas, cada metade contendo um triodo que podia ser usado de forma independente.

Assim, na entrada do circuito temos um dos triodos da 12AX7 utilizado como amplificador de tensão com um bom ganho e elevada impedância de entrada. A polarização de grade desta válvula é feita por um resistor de 470 k ?. O resistor de catodo deste triodo juntamente com um resistor de 39 k e um capacitor, formam uma rede de equalização que ajuda a eliminar a componentes de alta frequência do circuito, tanto evitando oscilações como distorções com o corte de harmônicas mais elevadas do sinal.

Na figura 2 mostramos que temos ainda um resistor de 150 k, um de 100k e um capacitor de 30 pF que realimentam o circuito, proporcionando assim uma equalização. A equalização do sinal é ainda melhorada com um capacitor de 0,01 µF (10 bF0 entre os resistores de anodo de 150 k e 1 M.

 

Etapa de entrada e excitação.
Etapa de entrada e excitação.

 

Uma vez pré-amplificado e equalizado o sinal é levado à grade da segunda válvula através de um capacitor de 0,01µF (10 nF) ligado ao anodo da primeira metade da 12AX7. Trata-se do típico acoplamento RC. O sinal obtido neste ponto já tem a equalização necessária a posterior amplificação.

A segunda metade da válvula proporciona nova amplificação e ao mesmo tempo a inversão de fase do sinal para aplicação a etapa de saída. Assim no capacitor ligado ao anodo temos o sinal amplificado com uma fase e no catodo, no capacitor ligado ao resistor de 33 k o mesmo sinal, com a mesma intensidade, mas com a fase invertida.

Essa inversão é necessária, pois a etapa de saída em classe B opera com sinais de fases invertidas de modo que as válvulas conduzam alternadamente.

Em alguns amplificadores de potência da mesma época, para inverter a fase do sinal era usado um transformador driver ou excitador, conforme mostra o circuito da figura 3.

 

Circuito com transformador driver
Circuito com transformador driver

 

Neste circuito, o transformador T2, com tomada central no secundário fornecia para as duas válvulas de saída (triodos ainda) sinais com fases opostas, aplicados diretamente as suas grades. Nos amplificadores de alto custo os dois transformadores (driver e saída) consistiam nos componentes mais caros e pesados.

Os sinais com as fases opostas eram então aplicados a uma etapa de saída em contra-fase ou push-pull.

Etapa de saída de potência em Push-Pull Classe B.

Na figura 4 temos a etapa de saída em contra-fase ou push-pull do nosso amplificador tomado como exemplo.

 

A etapa de saída em push-pull com as fases do sinal de entrada.
A etapa de saída em push-pull com as fases do sinal de entrada.

 

Neste circuito são usadas válvulas pentodo de potência, que são as ideais para este tipo de aplicação (veja artigo em que explicamos as diferenças entre os tipos de válvulas).

As válvulas são polarizadas de tal forma que elas só conduzem a metade positiva do sinal aplicado à sua grade vindo da etapa anterior.

Assim, para um sinal senoidal, quando temos o semiciclo positivo na parte superior do circuito, na parte inferior, o semiciclo é negativo e com isso apenas a válvula superior conduz. O semiciclo é então amplificado e aparece no transformador na parte superior.

Quando temos o semiciclo negativo na parte superior, na parte inferior o mesmo sinal aparece positivo e assim a válvula de baixo é a que o amplifica. Este sinal amplificado aparece então, na metade inferior do transformador.

Desta forma, os dois semiciclos são amplificados aparecendo com as polaridades correspondentes no alto-falante ligado na saída.

Na figura 5 temos as fases dos sinais na entrada e na saída desta etapa do circuito amplificador.

 

Fases dos sinais na passagem pela etapa de saída.
Fases dos sinais na passagem pela etapa de saída.

 

A grande vantagem deste circuito é que as válvulas só conduzem em presença do sinal, o que proporciona um bom rendimento ao circuito e, além disso, como a condução começa logo no início de cada semiciclo, temos muito pouca distorção harmônica, característica que diferencia as válvulas dos transistores, neste tipo de aplicação.

Como as tensões das válvulas são muito mais elevadas que a dos circuitos com transistores, o fato do transistor começar a conduzir apenas com 0,7 V causando distorções, não existe no caso das válvulas.

 

b) Fonte de alimentação

A fonte de alimentação do amplificador que tomamos como exemplo utiliza um transformador com três secundários. O primeiro, de alta tensão fornece as tensões A e B de polarização e para as etapas de potência, com duas filtragens.

Apesar do transformador não ter especificações para este tipo de aparelho as tensões variam entre 180 e 300 V com correntes tipicamente entre 300 e 500 mA.

Os diodos podem ser os 1N4007 para esta aplicação e são usados eletrolíticos de alta tensão para a filtragem.

O segundo secundário, fornece a tensão de 6,3 V para o filamento das válvulas. Correntes entre 2 e 5 A ampères são comuns, dependendo do número de válvulas que o aparelho utiliza.

Temos finalmente o enrolamento de polarização que fornece tensões entre 100 e 200 V sob baixa corrente, normalmente 20 a 50 mA apenas. O ajuste desta tensão para o circuito é feito num trimpot de 10k.

 

Setor da fonte de alimentação do amplificador.
Setor da fonte de alimentação do amplificador.

 

Na foto temos um amplificador comercial do tipo indicado, observando-se o tamanho dos transformadores usados, que encarecem muito o projeto. Assim, em média para um amplificador de 30 W, cada um dos três transformadores (driver, alimentação e saída) chega a pesar mais de 2 kg!.

 

O amplificador da foto é Separo 341 que, na Inglaterra, onde ele é fabricado custa 395 libras (aproximadamente (R$800,00).  Este amplificador fornece 40 W de potência por canal utilizando as válvulas EL34. Mais informações no site
O amplificador da foto é Separo 341 que, na Inglaterra, onde ele é fabricado custa 395 libras (aproximadamente (R$800,00). Este amplificador fornece 40 W de potência por canal utilizando as válvulas EL34. Mais informações no site

http://www.hifiandaudio.com/e34i.htm.

 

 

Outro amplificador valvulado, numa montagem muito compacta.
Outro amplificador valvulado, numa montagem muito compacta.

 

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