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TUBE AMPLIFIER FOR GUITAR (versão 2)
 
AMPLIFICADOR VALVULADO PARA GUITARRA
 
    

OUTROS SITES DO AUTOR:

Pilhas recarregáveis como usá-las corretamente = http://iflr.tripod.com

Uma experiência interessante = http://diy-rbt.tripod.com

Amplificador valvulado de 5W com 6V6 = http://diy-rbt2.tripod.com

Transformadores de saída para áudio valvulado = http://diy-rbt3.tripod.com

Amplificador valvulado estéreo com 6L6 = http://diy-rbt4.tripod.com

Opções de baixo custo para amplificadores valvulados = http://diy-rbt5.tripod.com

                                                             Inversor de fase de alto desempenho / High performance phase splitter = http://sites.google.com/site/diyrbt7

 

DETALHES DE CONSTRUÇÃO DE UM AMPLIFICADOR VALVULADO SIMPLES E VERSÁTIL, QUE PERMITE UTILIZAR VÁRIOS TIPOS DE VÁLVULAS NA SAÍDA – DENTRE ELAS A EL34 E 6L6

 

ATENÇÃO: Válvulas são componentes que trabalham com alta tensão, onde qualquer descuido pode ser fatal. Não experimente estes circuitos a menos que esteja habituado com esta tecnologia

 

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AMPLIFICADOR VALVULADO PARA GUITARRA – VERSÃO II

 

O projeto descrito aqui há cerca de 3 anos atrás cumpriu uma função que considero muito importante: gerou interatividade. Muita gente perguntando, sugerindo e queixando-se de alguma dificuldade na montagem e no funcionamento. Isso é ótimo. É sinal de vida.

Fazendo um resumo das comunicações que me foram enviadas, destaco:

* Havia alguns erros (gatos) nos desenhos.

* Havia falta de informação, que supus muito básicas, mas vejo agora que jamais poderiam faltar uma vez que o projeto se destina a pessoas que não tem conhecimentos de eletrônica, principalmente da eletrônica jurássica dos valvulados.

* Reclamaram da atuação da chave de realimentação, uma vez que cada um desejava usar o aparelho com fontes de sinais as mais diversas.

* Alguns tiveram problemas de instabilidade e outros citaram captação de ronco (hum).

Com base nisso tudo, quando se acumula um certo número de modificações, achei que é hora de fazer um upgrade tanto no aparelho como no texto. No aparelho para deixá-lo mais dócil e aumentar a compatibilidade com o maior número possível de periféricos e no texto, para que não haja dúvidas em como fazer. Já adianto que em termos materiais as alterações são pequenas e estou certo de que os que construíram o amplificador não encontrarão dificuldade para fazer estas alterações e ficar com a “versão II”, bem melhor por sinal.

Claro que fiz estas modificações no meu protótipo e incluo aqui os resultados e medições obtidas.

Para uniformizar o entendimento tanto dos que estiverem lendo pela primeira vez quanto os que já conhecem o site, não vou recorrer ao estilo “era assim e ficou assado”. Seria muito pedante. Vou enxertar as alterações feitas no aparelho usando o mais possível do texto anterior. E se não ficar claro, por favor, reclamem.


Boa leitura!

Agosto 2013

 

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Tenho recebido muitos e-mails de leitores dos meus textos diy-rbt e, felizmente, todos gostam do tipo de abordagem que mistura alguma explicação à parte prática.

 

Percebi claramente que grande parte dos e-mails vem de pessoas que não tem profundos conhecimentos de eletrônica, porém por alguma razão estão expostos a amplificadores valvulados. A maior parte deles escreve pedindo orientações sobre como adaptar os projetos apresentados para usá-los em amplificadores de instrumentos e fazem muitas perguntas a este respeito.

 

Procuro responder a todos, só que muitas vezes não é possível. Adaptações não são simples de explicar principalmente a quem não tem muita vivência na área técnica. Via de regra, implicam em alterar partes do circuito ou adicionar estágios. Daí em todas as respostas, coloco que futuramente irei escrever algo especificamente voltado aos instrumentistas que sejam iniciantes ou curiosos em eletrônica.

 

Como não toco instrumentos nunca me dediquei ao tema específico de amplificadores para guitarra ou similares, embora sempre tive em mente que o que justifica a muitos lerem sobre valvulados seja de fato seu uso associado a instrumentos.

 

Procurando atender a todos que me escreveram - sobre construir algo simples e funcional - venho agora (tentar) cumprir a promessa. E espero que este artigo também agrade e, principalmente, atenda aos que me pediram um equipamento fácil de ser construído. Os que já são craques no assunto com certeza sabem dar seus jeitos e dispensarão o que vai aqui.

 

Procurei ler a respeito dos quesitos colocados nos amplificadores para instrumentos e extrair os principais parâmetros que fundamentam os desenhos dos fabricantes consagrados.

 

 

 

OBJETIVOS

 

Em todo projeto o primeiro passo é determinar de maneira clara os objetivos a serem cumpridos. Neste caso estes objetivos são:

 

1-  Simplicidade. Ponto fundamental se o que vamos fazer é voltado a pessoas sem muita experiência técnica.

 

2-  Uso de material de fácil obtenção. As válvulas utilizadas aqui estão em produção, portanto ao alcance de todos sem muito esforço. No caso do transformador de saída, item crítico neste tipo de projeto, está no texto todos os dados para sua construção e as especificações para quem prefere adquirir um pronto.

 

3-  Detalhamento nas explicações para que mesmo os iniciantes na arte possam replicar o aparelho. Sempre lembrando a estes o extremo cuidado com as tensões presentes nos circuitos valvulados.

 

4-  Versatilidade. Como, para muitos, a escolha do tipo de válvula de saída é sempre polêmica, no final do texto há um link que mostra detalhes para quem quer usar outro tipo de válvula de saída. Isto deve contentar os que preferem o som da lendária americana 6L6 ao invés da européia EL34.

 

 

 

 

 

Válvulas com as quais o amplificador pode funcionar desde que ajustado para elas, o que implica em trocar alguns componentes e mudar a fiação no soquete

 
 
 
 
 
 
 

 

 

DESCRIÇÃO DO APARELHO

 

Para cumprir o item simplicidade foi escolhido o estágio de saída single ended. Embora isto limite um pouco a potência de saída, ele diminui a dificuldade na construção do transformador de saída, não exige o uso de válvulas casadas e elimina a necessidade do inversor de fase.

 

O amplificador tem apenas duas válvulas, possui uma potência de saída na classe de 10W, tem ajuste de sensibilidade para permitir o overdrive e também para ouvir música com uma qualidade de som muito boa. Possui um controle de tonalidade que, embora simples, cumpre sua função. Utiliza um mínimo de componentes, o que é bom para o bolso e para facilitar a montagem.

 

Para ter uma potência razoável a princípio pensei em usar uma 6550 (cuja versão para áudio é conhecida como KT88). Ela foi descartada porque é uma válvula relativamente cara e iria exigir uma fonte mais pesada. Outra opção seria trabalhar com válvulas de potência em paralelo. Isto também criaria alguma complicaçãozinha porque, se quisermos fazer algo bem feito, é necessário ajuste de polarização individual para elas ou trabalhar com válvulas casadas dinamicamente, opção que nem sei se existe mais na revenda.

 

A um degrau abaixo da 6550 estão a 6L6 e a EL34, ambas muito comuns. A última foi escolhida por pura questão de comodidade, já que tenho algumas.

Quanto ao ponto de trabalho da EL34 não foi seguida a orientação do fabricante. Por que? Simplesmente porque julgo que não seja a melhor sob o aspecto eficiência. Vejamos a razão:

 

Os dados do manual sugerem para a EL34 (ou 6CA7 na versão americana) em classe A o seguinte ponto de trabalho:

 

Tensão de placa (Vp) = 265 V

Corrente de placa (Ip) = 100 mA

Impedância de carga (Zc) = 2 K Ohms

Vamos ver graficamente esta opção contra outra que foi escolhida (curvas traçadas para Vg2 = 250V)

 

 

Sobre a reta de carga de 2K Ohms temos na FIG 1 a opção dada no manual. Vamos examiná-la.

 

Máxima excursão de tensão ΔV = Vp - Vk

 

(ΔV) = 265 - 35 = 230 V

 

Máxima excursão de corrente ΔI = -(Ip – Ik)

 

ΔI = -(100 – 185) = 85 mA

 

Potência RMS entregue à carga (primário do transformador de saída) =

 

Po = (ΔV x ΔI) / 2 = (230 x 85 x 10-³)/2 = 9,8 Watts

 

O que demonstra uma eficiência do estágio de

 

η = 9,8 / (265 x 100 x 10-³) = 37%

 

Esta eficiência é muito baixa, o que motivou a procura de outro ponto de trabalho.

Vamos considerar a tensão de placa de 350V sob 70 mA e uma carga de 5K Ohms, condição detalhada na FIG 2.

 

Repetindo o raciocínio anterior, agora temos

 

ΔV = 350 – 20 = 330 V

 

ΔI = -(70 - 138) = 68 mA

 

Po = (330 x 68 x 10-³)/2 = 11,2 W

 

E uma eficiência de

 

η = 11,2/(350 x 70 x 10-³) = 46%

 

Esta eficiência é excelente e se aproxima bastante da máxima teórica para os SE, portanto vamos operar neste ponto.

A tensão de g1 deve ser – 14V. Vamos utilizar este valor mais adiante.

 

Para o estágio de entrada foi escolhida uma 12AT7 que é um duplo triodo com aplicações previstas em estágios amplificadores RC.

Seguindo o mesmo critério de desenho do estágio de entrada explicado em texto anterior ( http://diy-rbt4.tripod.com ), para a 12AT7 temos:

 

 

 

Está assinalado na tabela os valores dos resistores de carga (Rc) e de catodo (Rk) utilizados.

 

Neste caso temos disponível uma amplificação total de

 

Av = 34² = ~1100

 

Portanto, sem realimentação, o amplificador alcançará a máxima potência de saída com um sinal de entrada de

 

Vin min = (Vg1 / √2) / Av = (14/1,4) / 1100 = 9 mV

 

No nosso caso não vamos obter este valor, mais adiante veremos por que.

 

Evidentemente este valor é muito baixo. Não é necessária tanta sensibilidade. Tenho lido que os captadores fornecem uma saída por volta de 30 mV.

 

Aproveitando que há amplificação suficiente e para deixar o aparelho compatível com a maior variedade possível de periféricos, foi colocado um “controle de sensibilidade”, que chamamos de controle de ganho, de ação contínua atuando na malha de realimentação.

 

A posição de menor sensibilidade (alta realimentação) é ideal para usar o amplificador para ouvir música. Nesta condição a resposta em freqüência fica ampliada e a distorção baixa. Cabe lembrar que nem sempre é possível utilizar taxas de realimentação elevadas nos valvulados, a menos que se tome cuidados especiais. Desvios de fase no elo amplificador, o que costuma acontecer nos extremos da banda passante (por ex. por deficiência na construção do transformador de saída) deixará o amplificador instável. Caso isso aconteça um dos remédios possíveis é o uso de realimentação por estágio. Neste nosso protótipo não foi necessário apelar para este artifício.

 

A posição de maior sensibilidade é necessária para atender os que possuem captadores que fornecem baixo nível. A diferença de amplificação entre a posição alta e baixa é de 15 dB.

  

Claro que com baixas taxas de realimentação (ou sem ela) a resposta em freqüência irá “encolher” bem como o patamar de distorção ficar mais elevado. Isto, porém, parece não ser problema visto que muitos amplificadores de grife usam taxa zero de realimentação e isto é clamado como ponto positivo, dizendo que fica evidenciado o timbre do aparelho. Exemplos de amplificadores não realimentados que vi na internet: vários modelos da linha Epiphone, Fender 5D3, 5D4, 5E3, 5C2 e outros, vários modelos Gibson, Harmony H204, Kay K505, K520 etc. etc. E parecem existir muitos outros. Isto nos autoriza usar o mesmo artifício aqui.

 

O potenciômetro P2, o associado capacitor C6 e a impedância de saída do primeiro estágio da 12AT7 formam um filtro passa baixa que corta os agudos servindo como um controle de tonalidade, um tanto vulgar, diga-se de passagem. Evidentemente seria ótimo ter como controle pelo menos um ramo do filtro Baxandall, mas não é possível. Este filtro, se desenhado para ter uma atuação razoável, possui uma perda de inserção elevada de forma que precisaríamos dispor de pelo menos mais 10 dB de amplificação reserva. Não temos este luxo e acrescentar mais um estágio no amplificador está fora de cogitação para não matar nosso primeiro objetivo. Portanto temos que nos contentar com o nosso corta agudos.

E também aqui cabe lembrar que muitos amplificadores de bom pedigree usam este mesmo tipo de controle de tom. Então o pecado não é tão grave. 


 

 

 

CIRCUITO DO AMPLIFICADOR

 

 

 

VALOR DOS COMPONENTES

 

Resistores de 1/2 Watt e capacitores em pF, salvo indicação contrária.


R1 = 10K

R2 = 47K

R3 = 1K6

R4 = 100K

R5 = 100K

R6 = 3K3

R7 = 470K

R8 = 1K6

R9 = 200 OHMS 5W (VER TEXTO)

R10 = 7K 1W (VER TEXTO)

C1 = 100K

C2 = 22µF/25V

C3 = 100K

C4 = 100µF/25V

C5 = 68 µ/400V

C6 = 10K

P1 = POTENCIÔMETRO 500K B (VOLUME)

P2 = POTENCIÔMETRO 500K A (TONALIDADE)

P3 = POTENCIÔMETRO 100K A (GANHO)

Válvulas: 1x 12AT7 e 1x EL34


 

Os componentes marcados com VER TEXTO são os que precisam ser alterados caso se utilize outra válvula de saída.


Notar que, pela aplicação da realimentação negativa, o resistor de catodo do segundo estágio (R8) não tem capacitor de desacoplamento. Por este motivo este estágio não possui a amplificação de 34x definida na tabela onde discutimos a 12AT7, além deste 34x ser número ideal por não considerar outras perdas no circuito. No protótipo a sensibilidade máxima medida é de 15 mV, valor muito bom!

 

Como conseqüência na posição de mínima sensibilidade o sinal de entrada deve ser de 15 dB acima, ou seja, 84 mV. Valor compatível com a saída auxiliar dos equipamentos. Cobrimos desta forma a maioria das aplicações.

 

 

CIRCUITO DA FONTE DE ALIMENTAÇÃO

 

A fonte de alimentação é convencional. O transformador tem o primário para a rede local e o secundário de 280 Volts em vazio e deve suportar uma corrente de 100 mA. A retificação pode ser feita por uma ponte ou por diodos.

 

 



VALOR DOS COMPONENTES DA FONTE:


TF = Transformador de força. Primário para rede local. Secundário de 280V/100mA e 6,3V/3A.

CH = chave liga / desliga

F = Fusível 1A

PR = ponte retificadora 1000V/1A

R1 = 50K 2W

C1 = 150µF/400V

C2 = 150µF/400V

LP = lâmpada piloto 6,3V (opcional, não mostrada no desenho)


 

 

 

O TRANSFORMADOR DE SAÍDA

 

O transformador de saída foi enrolado em casa. Trata-se de uma unidade com entreferro e abaixo estão os dados para sua construção.

 

A impedância primária de 5k Ohms não foi escolhida por acaso. Trata-se de um valor de certa forma padronizado para muitas válvulas de saída, significa que quem não quiser construí-lo tem a opção de comprá-lo pronto. Alias é uma recomendação que faço a todos que não tem experiência ou que não estão a fim de mexer neste ninho de cobra. Escolha um fabricante idôneo, lembrando que muito do desempenho do aparelho depende deste componente.

 

Núcleo: chapas com perna central de 1 polegada e 2,5 cm de empilhamento, o que da uma secção de 6,25 cm². A chapa utilizada é comum, sem nenhuma especificação especial. O preço pago por usar chapas comuns é o de não se poder utilizar um fluxo muito elevado no núcleo e como conseqüência o número de espiras cresce. Com isso cresce também o trabalho na execução e no controle das dispersões de campo. Paciência... é uma contrapartida justa.

 

Primário (enrolamento de placa) = 2900 espiras de fio bitola 33.

 

Secundário (enrolamento do alto falante) = 82 espiras para a saída de 4 Ohms e 116 espiras (34 espiras adicionais) para o secundário de 8 Ohms. Fio bitola 22.

 

A distribuição dos enrolamentos foi feita como mostra a figura abaixo

 

 

 

 

 

“A” é metade do enrolamento primário (1450 espiras). Cada camada de fio é separada por uma volta de papel fino.

 

“B” é metade do enrolamento secundário (58 espiras). Cada camada de fio é separada por uma volta de papel fino.

 

“C” é a outra metade do enrolamento primário (1450 espiras). Separação entre camadas idem acima.

 

“D” é a outra metade do enrolamento secundário (58 espiras). Separação entre camadas idem acima.

 

 

 

 



IMPORANTE: As separações entre os enrolamentos primários e secundários é feita com 3 voltas de papel Kraft. Deve haver extremo cuidado nestas isolações visto que no primário há tensões muito elevadas que em hipótese alguma devem escapar para o secundário, que está aterrado.

 

 

As duas metades do enrolamento primário são ligadas em série e em fase. Um extremo será o de placa e o outro extremo o de +B.

As duas metades do enrolamento secundário também são ligados em série e em fase. Os extremos são ligados à carga – falante(s).

 

O entreferro é feito por uma tira de papel Kraft de gramatura 80.

 

A foto abaixo mostra o transformador de saída montado. Para mais detalhes de como executar os enrolamentos veja http://diy-rbt3.tripod.com . Observo que as tabelas colocadas naquele site se desviam um pouco do que está aqui, uma vez que no presente caso estamos utilizando entreferro e a indutância teve que ser aumentada com mais cobre.


Quem desejar comprar o transformador prontos, os dados são:

Impedância primária 5K Ohms

Impedância secundária 8 Ohms (ou 4 e 8, dependendo do alto falante utilizado)

Corrente primária 70 mA

Potência 10 Watts

Com entreferro (aplicação single ended)


 

 

Foto do transformador de saída

 

 


BASE DAS VÁLVULAS

 

As bases da 12AT7 e EL34 estão abaixo. No caso da EL34 deve-se ligar o pino 1 ao pino 8 (G3 e K). Na 6L6 não isto não é necessário uma vez que existe uma ligação interna entre o beamformer e catodo.

A figura mostra os soquetes vistos por baixo (visto pelo lado dos terminais) e como fazer a contagem. 

 

 
MONTAGEM

LIGAÇÃO DOS FILAMENTOS

 

O primeiro passo a fazer na montagem é a fiação dos filamentos. A figura abaixo detalha como fazê-lo e inclui a sugestão para os que desejarem ligar uma lâmpada piloto – item muito requisitado!

Repare que há um único ponto de aterramento, que é no pino 9 da 12AT7.

Usar nestas ligações um par de fios torcidos para minimizar campos gerados pela corrente de filamento




Abaixo está o diagrama “chapeado” para orientar os menos experientes. Eu fiz a montagem usando uma barra de terminais para fixar a maioria dos componentes, porém isso fica a cargo de cada um.

Quanto a fazer uma placa (PCB) aconselho muito cuidado com os pontos de aterramento e muita atenção para não criar “loops”, que fatalmente irão degradar a performance do aparelho. 

Toda fiação da 12AT7 (exceto filamentos)deve ser feita com fio blindado. No uso de fio blindado apenas um lado da blindagem será ligado à terra (chassi).

 

Inicie a montagem pela ligação dos filamentos e certifique-se de que a fiação de filamento FIQUE BEM DISTANTE DAS LIGAÇÕES DAS GRADES DAS VÁLVULAS. Isto é fundamental para evitar captação de hum.

 

Outro detalhe: os dois triodos da 12AT7 são idênticos. Por questões de lay-out e/ou facilidade de montagem, pode-se usar qualquer um deles na entrada ou no driver da válvula de saída. Em outras palavras isto quer dizer o seguinte; o desenho mostra que o triodo de entrada é o de pinos 1, 2 e 3. O estágio seguinte usa o triodo de pinos 6, 7 e 8. Isto pode ser trocado sem problemas.



                                        clique na imagem para ampliar

IMPORTANTE: Se ao abrir o controle de volume, sem sinal na entrada, o amplificador apitar, inverta as ligações do primário do transformador de saída.

VALORES MEDIDOS NO PROTÓTIPO

Sensibilidade para potência Max:

Com controle de ganho no mínimo = 85 mV

Com controle de ganho no max = 15 mV

 

Ruído de fundo medido sobre a carga de saída (sem curva de ponderação):

Ganho mínimo e volume max = 8,5 mV

Ganho max e volume max = 21 mV

São valores bons. O pior caso acima significa uma potência de ruído de 63 microwatts, ou seja, 53 dB abaixo da potência máxima.

 

       Resposta em frequencia com controle de ganho no minimo

A realimentação negativa segura o nível de saída até frequencias bem baixas. Porém o transformador de saída não tem núcleo suficiente e a forma de onda fica com bom aspecto só acima de 40 Hz.


      Resposta em frequencia com máximo ganho

Na ausência de realimentação é que o transformador de saída exibe sua qualidade


    Resposta de onda quadrada de 200 Hz com controle de ganho no mínimo


    Resposta de onda quadrada de 5 kHz com controle de ganho no máximo (pior condição)



Apenas para ilustração aí vão algumas fotos do aparelho durante a montagem e depois de pronto. A chave que aparece está sendo usada como controle de tonalidade de 3 posições ao invés do controle contínuo que está no esquema.

 

 

 

 

 Finalmente o aparelho pronto

 

 

 Escrito por Antonio R. Rabitti

Abril 2010

Para sugestões e comentários escreva para impress@bol.com.br

 

OUTROS SITES DO AUTOR:

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