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INVERSOR DE FASE DE ALTO DESEMPENHO PARA AMPLIFICADORES VALVULADOS

A HIGH PERFOMANCE PHASE SPLITTER FOR PUSH PULL TUBE AMPLIFIERS
 

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EXPERIMENTO COM UM INVERSOR DE FASE ALTAMENTE EQUILIBRADO USANDO VÁLVULA DE FEIXE

SOME EXPERIMENTS WITH SHEET BEAM TUBE AS PHASE SPLITTER FOR TUBE AMP
 
 

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

 

Um dos estágios que requer bastante atenção nos amplificadores valvulados com etapa de saída em contrafase, o popularmente conhecido push-pull, é o inversor de fase. No passado o assunto chegou a ser polêmico, com publicações defendendo esta ou aquela topologia. Não estamos obviamente falando dos circuitos considerados baratos, onde o fator custo praticamente define a opção pelo clássico circuito apelidado de “inversor de carga dividida” (do inglês split load phase inverter), mostrado na figura 1. A principal crítica feita a ele é que cada ramo de saída exibe uma impedância diferente, visto que um sinal é retirado da placa e o outro do catodo.
 
 
 
 
Fig 1: O inversor popular, de baixo custo
 
Os amantes dos amplificadores de alta performance, os audiófilos, melômanos e afins não se preocupam tanto com o custo porque o que eles buscam é otimização em cada detalhe dos aparelhos que possuem ou que constroem. Esta busca pelo ótimo deu espaço para que outros tipos de circuitos inversores fossem desenvolvidos pelos vários fabricantes de amplificadores, como o acoplado por catodo (cathode coupled inverter), o paraphase amplifier, o anode follower paraphase e vários outros. Todos com seus prós e contras.
 
Já que estamos falando nisso, cabe lembrar também que existem os inversores a transformador, porém as limitações inerentes aos transformadores restringem seu uso a aplicações onde são indispensáveis, como nas etapas de saída AB2 dos amplificadores de alta eficiência. Nestes casos a existência, nas válvulas de saída, de corrente de grade em parte do ciclo – o chamado ângulo de condução de grade – impõe que a impedância do driver seja muito baixa. Só um transformador pode cumprir bem esta missão.
 
Esta busca pelo perfeito, embora limitada uma vez que a perfeição total não existe, não deixa de ser um estímulo que impulsiona a criatividade. É quando aparecem aquelas idéias que “grudam” na cabeça e só nos deixam em paz depois que as experimentamos!
 
Vítima disso veio o desejo de fazer algo diferente. Digo diferente porque o circuito que detalho neste artigo nunca li em publicação alguma nem vi citado em nenhuma referência técnica. Não posso afirmar que não exista, mas posso afirmar que nunca o vi no que já li a respeito.
 
E, acredito, ele nunca foi considerado porque as válvulas tipo sheet beam, usada aqui, sempre foram figurinhas difíceis e não econômicas. Para um fabricante de equipamentos estes dois pontos soam como proibição.
 
 
 
UMA OLHADA MAIS DE PERTO
 
Antes de entrar no nosso circuito vamos examinar, por alto, o circuito conhecido como “cathode coupled” que é recomendado por muitos como sendo dos bons. E de fato o é, só que ele tem lá seus problemas.
 
A figura 2 ilustra o dito cujo. Como os sinais são retirados das placas de triodos gêmeos, podemos intuir que a impedância vista pelas válvulas de potência é a mesma em cada ramo. Infelizmente o mesmo equilíbrio não se dá com o nível do sinal.
 
 

Fig. 2: Esta versão é mais elaborada e exibe impedâncias iguais nas saídas  
 

O triodo T1 recebe o sinal de entrada (Vi) em sua grade e o disponibiliza na saída (VS2). O triodo T2 tem como sinal de entrada (o que ele vê entre sua grade e catodo) aquele que aparece sobre Rk, que é a saída de T1 retirada de seu catodo. Para T2 a seção T1 funciona como um seguidor de catodo.

Então vamos ver mais de perto o que acontece num seguidor de catodo:

 

Com um sinal Vi aplicado na grade, é fácil demonstrar que o sinal exibido na saída será de

Vs = Vi x [µ x Rk / (Ra + Rc + Rk(µ+1))]

Onde µ é o fator de amplificação e Ra é a resistência de placa da válvula.

 

Note que:

1- O fator que multiplica Vi na equação acima é sempre menor que 1, portanto VS será sempre menor que Vi. Logo, no inversor que estamos analisando, o triodo T2 receberá um sinal menor que o triodo T1. Obviamente nunca haverá igualdade na amplitude de VS1 e VS2.

2- Com este circuito é possível se ter uma amplificação no estágio inversor, porém a equação também mostra que quanto mais aumentamos esta amplificação (aumentando Rc em relação a Rk), maior fica o desequilíbrio na saída.

3- Teoricamente (se µ for bem maior que 1, coisa fácil de se conseguir) o equilíbrio total será possível de ser atingido se Rk for infinito, condição não prática. Contudo, este ponto leva a considerar que se Rk for substituído por um gerador de corrente podemos vir a ter esta condição ideal perto de ser atingida. O preço pago por isso é que será necessário usar outra válvula no lugar de Rk para fazer as vezes de um gerador de corrente. Tal circuito existe na prática e é usado nos equipamentos sofisticados, só que a complexidade do inversor aumentou. Bem como seu custo, pois serão necessárias 3 válvulas para fazê-lo.

 

O CIRCUITO PROPOSTO

Existe uma maneira mais simples de se fazer um bom inversor?

A resposta é “talvez”. Porque depende do que entendemos por simplicidade. Se a referência de simplicidade é o uso de menos elementos ativos (válvulas), então esta é a proposta feita aqui.

Quem teve a oportunidade de mexer com transmissores SSB conhece bem os moduladores balanceados, que geram sinal AM-DSB/SC, a base para o SSB. Eles também são usados nos receptores deste tipo de transmissão para fazer a reinserção da portadora de modo a permitir a recepção a partir de um oscilador de batimento. Na recepção são chamados de detectores de produto.

Com raras exceções o coração destes moduladores ou detectores, nos circuitos profissionais, era a válvula por deflexão de feixe tipo 7360. Esta válvula sempre foi bastante cara devido às estreitas tolerâncias de suas especificações. Posteriormente outras válvulas de feixe foram produzidas, não ótimas como a 7360, mas de preço mais acessível. Uma delas é a 6ME8, a parceira neste experimento.

A idéia colocada aqui é usar este tipo de válvula para a construção de um inversor de fase altamente equilibrado, tanto nas impedâncias dos dois ramos como na simetria do sinal de saída.

A figura 4 esboça a idéia central. Obviamente aqui não está desenhado todo o amplificador, porque estamos tratando apenas da etapa inversora.

 
 

FIG 4: O circuito proposto, onde uma 6ME8 faz a inversão de fase
 
Nesta aplicação as grades 1 e 2 determinam a corrente do feixe e o sinal de entrada é aplicado a um dos defletores. O outro é mantido a potencial terra para sinais alternados. A operação da válvula se dá pelo sinal diferencial entre os defletores.

Os sinais de saída (VS1 e VS2) são retirados da placa 1 e da placa 2. Como a corrente do feixe é constante, a uma queda de corrente de uma placa é associada o acréscimo na outra, o que impõe que a saída em cada placa seja de mesma amplitude e defasada em 180º.

 

Quem quiser reproduzir o circuito aqui vão os valores dos componentes que utilizei:

R1 = 150K

R2 = 22K

R3 = 22K

R4 = 47K

R5 = 47K

R6 = 820 Ohms

R7 = 50K

T1 = 250K (Trimpot)

C1 = C2 = C3 = C4 = 0,22 microF polyester

 

Tensão +B = 250V

 
 
 
 

Fig. 5: Diagrama de base da 6ME8. O pino 5 deve ser aterrado, pois ele é ligado a uma blindagem interna (IS = Internal Shield)

 
 
 
 

AJUSTE

Depois de montado, o primeiro passo é equilibrar o circuito, assim:

1. Aterre a entrada ligando-a ao chassi.

2. Com um voltímetro de alta impedância, preferivelmente um voltímetro eletrônico, meça o potencial dc na placa 1 e na placa 2 da 6ME8 (potencial medido em relação ao terra) . Ajuste o trimpot TP até que estas duas tensões sejam iguais.

3. Retire o aterramento da entrada e o circuito está pronto para ser utilizado.

 

IMPORTANTE: Toda válvula deste tipo deve ser montada distante de qualquer campo magnético. Trocando em miúdos, ela deve ficar longe de transformadores e de fios que conduzem correntes elevadas. Mesmo estando longe destes componentes é altamente recomendável que se utilize nelas uma blindagem feita de material paramagnético.

Um detalhe que não medi foi o máximo sinal de saída que pode ser retirado deste inversor. Usei o gerador ligado diretamente ao defletor, com o controle de saída todo aberto e o máximo que pude obter na saída foi de 10V de pico.

Tudo indica que ele pode ser usado para excitar diretamente estágios de saída que exijam sinais moderados.

 

 

AGUMAS AVALIAÇÕES

Abaixo estão algumas medições feitas no protótipo e que demonstram o excelente comportamento do inversor.

 

Fig. 6: Foto que mostra os sinais de saída do inversor.

A amplitude é de 8 Volts de pico. A diferença de amplitude entre as saídas é de 0,15V, ou seja, o desequilíbrio é de cerca de 2%. Usei resistores de 5% de tolerância. Com componentes de tolerância menor claro que esta diferença vai diminuir, até o limite ditado pela construção da válvula. Mesmo aí, substituindo-se a 6ME8 pela 7360 deve-se chegar á excelência. Há espaço, portanto, para ir em frente.

 
 

Fig. 7: Sinal com onda quadrada de 100 kHz

Evidentemente o arredondamento dos cantos não é uma limitação da válvula e sim do layout usado no circuito, com muita capacidade residual.

 
 

Esta foto mostra o sinal de saída superposto ao sinal de entrada, para avaliar a distorção, uma vez que não tenho equipamento medi-la. Evidentemente os níveis estão corrigidos com o controle de ganho do osciloscópio, porém não se nota que há dois sinais, o que indica muito baixa distorção. Neste caso a saída é de 10V de pico, o máximo que pude obter com o gerador.

 
 

 Aparência da 6ME8, a estrela do show
 

 Jig de teste usado nesta avaliação
 

CONCLUSÃO

Embora de performance muito boa este inversor também tem alguns pontos fracos se comparados a seus primos citados no início do texto. Podemos citar:

* Precisa ser equilibrado após a montagem

* Exige uma válvula não muito comum

* Apresenta uma perda de 6dB no nível do sinal, portanto este ponto deve ser considerado no desenho do pré-amplificador. Pode ser que com outros valores de componentes (sobretudo valores maiores de R4 e R5) e com diferentes correntes de feixe, se possa diminuir esta perda. Esta é uma pista para quem quiser experimentar mais.

Porém o que importa aqui é o fato de ser muito bom tecnicamente falando, ideal para quem quer desempenho soberbo de seu aparelho. Claro que isso só faz sentido se todo o restante do circuito estiver a altura desta otimização.

Assim sendo, fica aí como uma dica a ser considerada pelo pessoal que gosta de valvulados e se preocupa com minúcias e perfeições. Para os que não são muito afeitos aos detalhes e querem apenas experimentar, considerem que ao menos é algo diferente do que existe rodando por aí. No mínimo seu amplificador terá um toque de exclusividade!


 

 

Escrito por Antonio R. Rabitti

Março 2011

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