Amplificador 211SE

 Projecto 211SE - Amplificador Single End Class A

por José Mesquita, 1994 - 1998

 

ATENÇÃO!
Este tipo de equipamentos utilizam energia de alta tensão, que pode ser LETAL se manipulada sem o conhecimento técnico e cuidados adequados.


A pureza do som na sua maior glória.


Topologia simples, exigência máxima.
Componentes audiófilos da máxima qualidade.
Conceitos simples, dificuldade de execução extrema.

Este é um projecto de amplificação áudio, concebido, desenhado e construído por mim ao logo de vários anos, com a ponderação necessária para deixar amadurecer as ideias.

Foram muitas as consultas de informação de terceiros, muitas encomendas de material do Canadá, USA, UK, Alemanha, entre outros, muitos testes laboratoriais, antes de chegar à fase presente do desenho aqui apresentado.

Interligação de componentes totalmente feita na técnica de ponto a ponto, sem recurso a circuitos impressos (PCB), para a máxima qualidade possível de som. Nada de compromissos aqui. Cabos KIMBER de cobre puro e Audio Note de Prata pura cobrem as distâncias nos pontos onde não é possível usar os terminais dos próprios componentes. Apoios cerâmicos de alta qualidade apropriados para lidar com segurança com alta tensão, garantem estabilidade a longo termo, coisa que um PCB dificilmente consegue.

Chassis integralmente construído em Cobre puro - o melhor condutor e a melhor blindagem - a menos que queiram "derreter" dinheiro e fazê-lo em Prata pura!

Fonte de Alimentação.
500VA de entrada para uma saída de áudio de 13+13Watts... Trata-se de um projecto sem restrições nem compromissos. Energia de muito alta tensão de 1200 Volt armazenada em condensadores não polarizados de 100uF de Polipropileno Solen ultra rápidos e de muito baixa perda. Arranque suave e filtragem conseguida à custa de Válvulas termoiónicos rectificadoras 5R4 originais de 1960, muito fiáveis. Rectificação a Díodos termoiónicos 5R4 e filtragem LC sem compromissos.

Amplificação.
13 Watt gloriosos de pura Classe A1 Single End. Tríodos de alta lineariedade. Estabilidade a toda a prova.
Largura de banda de 20 a 50 Khz -3db, sem realimentação.
O 211 na saída, o 6SN7GTB nos andares de amplificação. Transformadores de saída de alta qualidade SJS.
Resistências de potência bobinadas não indutivas da MILLS, IRC, e VISHAY.
Condensadores Solen PPE e MIT PPFX-S folheados do melhor que se fabrica para áudio.

Válvula de Saída 211 - São 1200 Volts muito letais mas de muita beleza!
Esta válvula original americana dos anos 50 ainda se pode adquirir no mercado, mas a que preços! A alternativa passa pelas modernas 211 de fabrico chinês da Shuguang...os preços são mais acessíveis, a qualidade de construção é muito boa, pelo menos não tenho razões de queixa, a fiabilidade tem sido a toda a prova, e a linearidade é excelente.

Silêncio
Ligado a colunas de som de 90 dB/Watt, e mesmo encostando o ouvido aos altifalantes, não é possível ouvir qualquer ruído de fundo! E muito menos qualquer tipo de zumbido!
É o silêncio total, e é isso que o diferencia dos vulgares equipamentos comerciais, e permite ouvir o detalhe dos sons em toda a sua extensão...
A Música no seu estado mais puro. DIY Audio na sua forma mais pura. O prazer de construir, e de descobrir a verdadeira natureza da Música.
O grandioso som termoiónico. Nada se aproxima em emoção! 




 Opções, opções… mas não compromissos

A válvula 211 é um tríodo de aquecimento directo de 75W de dissipação de placa usado em transmissores. O seu ganho de 10 permite usá-la com sucesso em circuitos onde a grelha pode ser atacada com acoplamento RC e níveis de excitação em classe A1 da ordem dos 60 Volt. Por essa razão escolhi a 211 em desfavor da sua irmã 845 que apenas tem um ganho de 3.5. Tenho visto inúmeros circuitos com a 845 e até com a 300B ou mesmo a 2A3 excitadas via malha RC, mas isso não é a melhor opção para estas válvulas, sendo preferível a opção de ataque directo ou o uso de transformadores inter-estágio.

As constantes de tempo da malha RC escolhida para atacar a 211, aliada ao circuito de ataque baseado numa 6SN7 com os dois tríodos em paralelo, permitem manter uma boa largura de banda e também uma recuperação rápida nos picos de excitação que coloquem a 211 no regime de funcionamento A2. Para colocar uma 845 em regime A2, seria necessário recorrer a transformadores ou um acoplamento DC, que não me seduzem nesta fase da vida deste projecto. Isso ficará para uma outra obra…

Para garantir o máximo de potência útil do andar de saída, a 211 é polarizada com BIAS fixo, ajustado por um potenciómetro multi-volta.
Da mesma forma, no andar de excitação a 6SN7 é polarizada na grelha a partir de uma referência externa (-VG) ajustável pelo mesmo processo.
Uma vez ajustadas as correntes de cátodo das duas 6SN7 (canal esquerdo e direito) e da duas 211, não mais tive que fazer ajustes, mesmo com as variações de energia do sector. Isto porque, apesar da estabilização LC na Fonte de Alimentação ajudar mas não ser só por si suficiente, quando há uma subida de tensão do sector, também há uma subida em todas as tensões da fonte de alimentação, onde a B+ compensa a –Vg.

O transformador de saída, com 15Kohm de impedância no primário a 70 mA de DC, é uma obra-prima dos tempos modernos. Bobinado manualmente em Inglaterra pela SJS segundo as melhores técnicas de minimização de perdas no ferro e parasitas entre enrolamentos, permite uma excelente transferência de potência aos altifalantes com uma distorção muito baixa. Eu medi a resposta em frequência desde os 20Hz até perto dos 50Khz em onda quadrada com uma resposta aceitável. Outros preferem impedância mais baixas para esta válvula 211, da ordem dos 10Kohm, a fim de aumentar a potência útil de saída, mas isso também torna o circuito mais dependente das variações de impedância da carga (altifalante), resultando em maior distorção.

O andar de entrada usa um tríodo 6SN7, auto-polarizado a 9mA. Trata-de do único andar que possui realimentação gerada na resistência de cátodo usada para fazer a polarização. Outros preferem desacoplar totalmente o cátodo e desta forma eliminar totalmente a realimentação no amplificador; contudo, isso implica usar condensadores de grande capacidade, e neste caso teriam de ser electrolíticos, e a última coisa que eu quero num circuito meu é uma bateria ou um electrolítico no caminho do sinal. Por outro lado, esta opção de auto-polarização não é um compromisso, mas um aproveitamento da realimentação para controlar o ganho do amplificador e também poder fazer correcções na resposta em alta-frequência. Para isso, foi colocado um condensador de alta qualidade, da Hovland, que aumenta o ganho do andar a partir dos 7 Khz, e permite obter uma onda quadrada quase perfeita a 10Khz.






Detalhe do lado direito do Painel Frontal - Volume, VU/BIAS Meter, e Potenciómetros de ajuste do BIAS.



 
A Fonte de Alimentação foi, de longe, o circuito que mais tempo levou a definir, a testar, antes de chegar à solução apresentada aqui.
Eu pretendia uma rectificação das linhas de AT (Alta Tensão) limpa de parasitas de alta-frequência que todos os díodos rectificadores de silício introduzem em maior ou menor grau, e também evitar colocar o transformador de alimentação em sobrecarga originada pela corrente de ripple de condensadores de elevada capacidade acoplados aquele tipo de díodos.

Nada se compara a uma rectificação a díodos termoiónicos. Ao contrário dos rectificadores de silício, as válvulas primam pela praticamente total ausência de ruídos parasitas gerados na inversão de polaridade pelos portadores de carga nas junções de silício, que obviamente não possuem na sua construção…

Por esta razão, juntei o útil ao prático. Usei rectificação a silício nas duas linhas de 500VAC, mas usei duas válvulas 5R4 da RCA (figura anexa), do melhor que alguma vez se produziu a este nível, para dotar as linhas de +600VDC e -600VDC de um mecanismos de filtragem e arranque suave da fonte de alimentação, já que os primeiros condensadores de filtragem, dois Solen não polarizados de 50uF 1,5KV para cada uma das linhas de 500VDC, formam com a 5R4 uma malha RC, onde R é a resistência interna da 5R4 que na fase inicial de aquecimento indirecto dos seus cátodos se apresenta com um valor muito alto.

A duas filtragens LC seguintes permitem eliminar o ripple e os parasitas a níveis mínimos, sem sobrecarregar o transformador, os diodos de silício ou as 5R4, ao mesmo tempo que estabilizam as saídas de linha B+ dos 1200VDC, dos 500VDC, e dos 430VDC.
Cada uma das linhas B+ de 500 e 430VDC é ainda desacoplada individualmente por malhas RC, garantindo um enorme isolamento entre andares e entre canais, minimizando assim eventuais instabilidades e cruzamento de sinais através da fonte de alimentação.

Na fonte apenas são usados condensadores não polarizados de altíssima qualidade, da Solen, em polipropileno PPE, PPB e MKT, de muito baixa perda, garantindo um excelente caminho para o sinal, já que o circuito é fechado no gerador (fonte), pelo que os condensadores de filtragem estão no caminho directo do sinal de áudio.
Apenas são usados condensadores electrolíticos, e mesmo assim da melhor qualidade, na filtragem de tensões que alimentam filamentos das válvulas, não deteriorando a qualidade do sinal de áudio uma vez que não estão no caminho do sinal.


A opção pelas 5R4 da RCA ou a 5R4GB da Cetron não foi imediata. Tive que passar por todo um ciclo de experimentação com outras válvulas rectificadoras mais populares, tais como a GZ34, GZ37, 5U4, 5AR4, e todas elas me foram brindando com mortes súbitas anunciadas pelo terrível estalo produzido quando o cátodo é destruído e acontece a descarga cátodo ânodo...

A 5R4GB era usada nos aviões bombardeiros B52 americanos, pelo que foi desenhada e construída para ser mecanicamente muito resistente, em particular à vibração. Por outro lado, a 5R4 da RCA é mais elegante e ocupa menos espaço, pelo que optei por ela.

A fim e garantir uma total ausência de zumbidos, optei por alimentar todos os filamentos, sejam de aquecimento directo (211) ou indirecto (6SN7) com DC. Embora isso possa encurtar a vida útil das válvulas, os benefícios são maiores. A rectificação da energia para os filamentos ficou a cargo de díodos de potência de tecnologia Schottky, que são bem menos geradores de ruído de comutação que as junções PN convencionais, além de serem muito rápidos e ocasionarem uma menor queda de tensão no ciclo de condução.

Um detalhe muitas vezes ignorado relativo à alimentação de filamentos de válvulas de aquecimento indirecto, sobretudo quando a diferença de potencial Cátodo-Filamento é quase nula, é que as válvulas podem emitir algum ruído de avalanche audível nos altifalantes. Basta ligar um dos terminais de alimentação dos 6,3V à massa para eliminar este ruído – eu optei pela ligação de duas resistências de baixo valor entre a massa e cada um dos terminais de alimentação.

Um dos factores de maior degradação da qualidade de som, e no caso de circuitos de alta tensão também um risco de segurança acrescido, é a comum utilização de circuitos impressos (PCB).
Nada se compara a uma construção com ligações ponto-a-ponto em termos de eficiência e optimização dos circuitos, onde os suportes das válvulas funcionam como pontos de ancoragem dos outros componentes. Adicionalmente optei por suportes cerâmicos de alta tensão (5KV) de terminais para garantir uma óptima distribuição dos componentes no chassis. O trabalho acrescido neste tipo de construção é largamente compensado com a qualidade final conseguida.

Depois de muito ler e procurar, optei por fio de prata pura da Áudio Note, isolado a teflon, para as ligações de sinal do andar de amplificação. Nos restantes locais utilizei cabo audiófilo Kimber TCSS de cobre puro (7 secções diferentes de filamentos) isolado a teflon, em diversos calibres, consoante a corrente a suportar.

O chassis é uma peça integral de cobre, de 60cm x 30cm x 10cm, que garante uma excelente plataforma de montagem e uma blindagem perfeita. Os transformadores e choques são todos blindados magneticamente a fim de reduzir as eventuais interferências. A cablagem de AC que sai do transformador de alimentação foi toda ela devidamente blindada com malha de cobre e manga plástica de protecção.
Os pontos de ligação à massa foram escolhidos de modo a evitar correntes de retorno pelo chassis, optando por duas estrelas ligadas em cadeia e onde o ponto de ligação ao chassis é único e próximo das fichas de entrada de sinal áudio.

Soldas… a minha preferida desde longa data é a TRT Wonder Solder, que de facto é uma maravilha a ligar componentes. Mas ocasionalmente uso a WBT a 4% de prata.

Com este tipo de medidas consegui obter um resultado perfeito a nível de eliminação de ruídos e zumbidos, sendo o amplificador totalmente silencioso quando ligado a colunas de 90dB/W de sensibilidade (umas Castle Chester de quarto de onda).

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