Neste segmento apresentamos dois amplificadores modernos de acoplamento direto de excelente desempenho.

Hi-Fi Audio
EL509/6KG6

 No.33


Amplificador de Acoplamento Direto Tipo SE Empregando EL509/6KG6

Por: Bob Danielak

Tradução de L. Paracampo 

A válvula Svetlana EL509/6KG6 é um tetrodo defeixe muito robusta com dissipação de placa de 35W. É classificada como “válvula de deflexão” pois seu projeto original era para varredura horizontal em TV. Sua alta sensibilidade e eficiência permite até 15W de saída em configuração “single-ended”. Como qualquer tetrodo de feixe dirigido a distorção na configuração “single-ended” pode ser alta. Grande quantidade de realimentação negativa sera necessária para reduzir a distorção a níveis aceitáveis na reprodução do som. Uma forma interessante de operação destes tipos de válvulas é a excitação pela grade auxiliar  ou como triodo "realçado". Neste arranjo o sinal é aplicado na g2 enquanto a g1 vai à terra. Veja circuito da figura 1. A excitação em g2 produz uma linearidade maior que as configurações padrão tetrodo ou pentodo; desta forma serão requeridas realimentações muito menores, prestando-se assim para aplicações em Hi-Fi.

Este nota aplicativa demonstra um amplificador típico com excitação em grade auxiliar. Baseia-se em várias experimentações, trocas, limitações, e sucessos, que experimentados pelos montadores experientes poderão satisfazer suas necessidades e gostos. O amplificador apresentado produz 10W com muito baixa distorção sem grandes usos da realimentação. Este projeto exige um pouco de habilidade, não sendo recomendado para novatos

Base técnica:

Apesar de a excitação por grade auxiliar ter sido empregada por vários projetistas durante anos, houve pouca divulgação nas revistas especializadas. Além disso, não há dados dos fabricantes quanto a curvas por excitação em g2 com polarização fixa. Quando existem, dá-se apenas para polarização zero em g1. A informação desejada poderá ser porém interpolada com o processo da nomografia que será bastante tedioso.

Felizmente podemos hoje contar com a simulação de computador através do programa PSPICE a partir do modelo  6KG6/EL509 levantado por Duncan Munro em seu site. Este modelo foi usado para desenvolver este projeto e os dados colhidos do equipamento pronto foram muito próximos o modelo matemático.

Projeto/Discução:

As curvas de grade auxiliar da Svetlana EL509 estão nos dados da válvula. São curvas para polarização zero. A sensibilidade fenomenal demonstrada por estas curvas é, contudo uma faca de dois gumes. Devido ao fado da g2 “puxar” uma corrente variável do excitador, melhor será o acoplamento direto por corrente contínua entre estágios. Manter a polarização de corrente continua estável com esta alta sensibilidade de g2 será um desafio, mormente ao usarmos um circuito totalmente valvulado. Uma solução será prover uma certa polarização negativa em g1 para reduzirmos a  sensibilidade de g2. Este procedimento traz o benefício adicional de permitir o aumento do potencial de tensão de g2 sem alterar a corrente quiescente de placa da mesma válvula. Torna-se assim mais fácil o acoplamento direto entre estágios, já que a voltagem de placa da válvula anterior é da ordem de 100V ou mais.

A forma mais simples de conseguir a polarização negativa é usar o resistor de catodo. Este arranjo auto compensável só trará mais estabilidade ao sistema. Para este projeto escolhemos -33V de polarização. O valor foi na verdade um resultado de fatores interativos para uma dada corrente de placa e g2.  A figura 2 mostra as curvas para g2 = -33V. Note que a Fig. 2 também inclui correntes de g2. As correntes de g2 são surpreendentemente pequenas (<10mA).  Ponto operacional foi escolhido nas limitações de dois componentes principais: A máxima dissipação de placa da EL509 que é 35W, e a máxima corrente contínua permitida no transformador de saída que é de 110mA. Assim uma voltagem máxima de placa será permitida de acordo com a fórmula 35W / 110mA = 318V. Pela prudência a corrente de placa foi reduzida para 100mA, determinando um resistor de catodo de 330 ohms. E sua dissipação será 33V **2 /330 = 3.3W  também por prudência um resistor de fio de 10 W será recomendado.

Referindo-se às caracterésticas da Fig. 2, vemos que teremos para g2, 154V (a Eb=320V e a Ib=100mA). Com estes dados, vemos que (como a voltagem é especificada em relação ao catodo), o verdadeiro potencial de g2 (medido em relação ao terra) será de 154V mais os 33V de polarização de catodo, ou 187V.

O estágio de entrada e o impulsor é constituído por uma válvula Svetlana 6BM8 triodo-pentodo. O triodo é empregado como amplificador de sinal de baixa distorção e o pentodo como seguidor de catodo de baixa impedância e alta corrente para excitar a saída EL509 através e sua g2. todos os estágios são diretamente acoplados  lembrando a topologia  do Darius Loftin White à pagina http://www.novacon.com.br/audioampdelof2.htm   O potencial de g2 da EL509 a 187V permite um mínimo de 160V na placa do primeiro triodo da ECL82 (tendo-se em conta a polarização de catodo da sua seção pentodo). Isto permite ótima variação da tensão de placa e suficiente polarização para a variação de sinal na g2 da EL509.

A seção pentodo da ECL82 é conectada como triodo ligando sua g2 à placa através de um resistor de 100ohm. Este estágio seguidor de catodo deverá ser capaz de fornecer tensao adequada para acoplamento direto e ao mesmo tempo capaz de suportar os picos de corrente de g2 da EL509. Assim a corrente quiescente de catodo é fixada em 25mA. Desprezando a corrente de catodo na seção pentodo da ECL82 escolhemos para resistor de catodo 187V / 25mA = 7.5K. Este resistor vai dissipar: 187V **2 / 7.5K = 4.7W, assim deveremos empregar um resistor de 10W, ou maior.

O estágio de entrada é pouco usual, uma vez que existe uma conexao de realimentação positiva em seu catodo. Esta prática foi também empregada nos amplificadores da PYE veja: http://www.novacon.com.br/audiooutpre34.htm  e http://www.novacon.com.br/audiooutpre34%205.htm . Em amplificadores convencionais o rsistor de catodo do primeiro estágio é posto em paralelo com um capacitor de valor alto para oferecer um curto à corrente alternada entre o catodo e terra. Se deixarmos de usal tal capacitor o ganho do estágio é reduzido devido à realimentação negativa por degeneração introduzida por este resistor de catodo. No circuito da Fig. 1 este efeito é anulado por uma forma de realimentação positiva produzida pelo segundo estágio e aplicado no primeiro. O resultado final é de um circuito que tem praticamente o mesmo ganho que os de esquema tradicional, sem os problemas da degradação da capacitância dos capacitores convencionais ao longo do tempo. Esta topografia também economiza outro resistor que seria posto em série com o resistor de catodo e capacitor de estabilização para permitir  o ponto de aplicação da realimentação que viria do secundário do transformador de saída.

O ajuste de polarização deste amplificador é amplamente facilitado apesar de não ser convencional se comparado a outros projetos SE usando tetrodos de feixe dirigido na unidade de potência. A polarização da válvula de saída é controlada pelo ajuste do ponto de operação do primeiro estágio amplificador. O balanceamento de tensões de todo o sistema pode parecer um truque , mas na realidade não é nem um pouco complicado uma vez que os pontos de operação estão pré determinados. Num estágio amplificador convencional o resistor de catodo determina a corrente quiescente de placa do estágio. A alta transcondutância da EL509 trabalhando em etapa de saída não é desejável, uma vez que uma pequena alteração da polarização de grade logo a levará a operar fora do ponto ideal, tornando seu controle difícil. O sistema adotado de grade à massa e polarização com resistor de degeneração no catodo, imediatamente limita a avalanche de corrente para o qual a válvula foi inicialmente projetada e o sinal operado a partir de g2 produz uma transcondutância relativamente baixa (e desejável) devido a distancia de g2 ao catodo, preenchendo exatamente as nossas necessidades para o estágio em questão.  No circuito da Figura 1, a polarização de catodo é determinada pela soma da corrente de placa do estágio em questão com a corrente de catodo do estágio subseqüente. Ao tratarmos cada seção individualmente, saberemos a polarização de catodo e o ponto de operação do primeiro estágio, bem como a necessária corrente de catodo do estágio seguinte , desta forma poderemos reduzir o valor do resistor de catodo por um fator segundo a fórmula: Ib1 /(Ib1 + Ik2) , onde Ib1 é a corrente de placa do primeiro estágio e Ik2 é a corrente de catodo do estágio seguinte. Por uma questão de conveniência e com o objetivo de balancear todo o sistema por um único ponto, sugerimos que o resistor de catodo do triodo da 6BM8 seja ajustável em pelo menos +/- 25%. Os resistores do seguidor de catodo (pentodo 6BM8) e do catodo da etapa de saída EL509 não necessitam quaisquer ajustes.

Fonte de alimentação:

Para o bom funcionamento da unidade de amplificação vamos necessitar de uma fonte de aproximadamente 400V. Este projeto necessitará de um transformador com resistência interna máxima de 450 ohms para a alta tensão. Se a resistência interna do transformador for maior, necessitaremos diminuir a tensão de alimentação o que reduzirá a potencia útil do amplificador. De qualquer forma a dissipação de placa de 35W não deverá ser ultrapassada. Decidimos usar a mesma fonte de alimentação para duas unidades de potência. Se desejar, poderá ser usado um filtro de desacoplamento entre o estágio de potência e o estágio amplificador. Desta forma deveremos utilizar um filtro LC de baixas perdas para assegurarmos um bom aproveitamento da eficiência do amplificador em si. O melhor ponto para separação entre as alimentações será entre o seguidor de catodo e o primeiro estágio, que é o mais sensível deles. Nesta aplicação poderemos usar um simples resistor de separação.

A fonte de alimentação usada em nosso protótipo foi a apresentada na Fig. 3. Usamos um transformador disponível de 300VAC, retificadores de silício e entrada a capacitor seguido de LC  o famoso filtro “PI”. Usamos um transformador em separado para os filamentos 6.3VAC / 6A que foi usado para as EL509. e o enrolamento próprio de 6.3VAC para as 6BM8 uma vez que as mesmas necessitavam ser polarizadas em 95V (+/- 7V) para que pudéssemos manter o potencial filamento catodo na faixa dos +/-100V entre as seções triodo e pentodo, empregamos um divisor de tensão (R1 / R2) (Fig. 3). Poderíamos empregar um único enrolamento para as 6BM8 e EL509 desde que o enrolamento permitisse mais de 7A. O transformador de força  Hammond 272JX (600VCT @ 250mA, 6.3VCT @ 8A, 5VCT @4A) pode ser empregado neste projeto podendo alimentar um par de amplificadores. Outros projetos alternativos usando válvulas retificadoras entrada por choque etc. poderão ser usados. São aceitáveis tensões de alimentação de 375V a 425V. Contudo a tensão de g2 da EL509 deve ser reajustada para as novas condições para que a dissipação de placa não seja ultrapassada.

 Operação /Desempenho:

Sob uma voltagem de 320V e uma corrente de placa de 100mA, a potência máxima calculada é da ordem de 10.6W para uma carga de placa de 4.8K, ou 10.3W com carga de placa de 2.4K. Estes valores são para uma variação de sinal da ordem de +/-25V no sinal de g2 da EL509. Observando estas curvas de carga demonstradas na Fig. 2, a carga de 2.4K resulta numa menor distorção do 3º harmônico a plena potência enquanto com uma carga de 4.8K resultará numa menor distorção do 2º harmônico (e provavelmente do 3º) em níveis mais baixos.

A potência medida está entre 9-10W no corte de qualquer das cargas usadas. As formas de onda a plena potência aparentaram mais uniformes quando a carga usada era de 2.4K. Contudo a carga de 4.8K aparentou melhor sonoridade. Lembre-se que os níveis de potência durante as seções auditivas estavam próximas de 1 - 2W por canal com falantes com falantes de 90dB/W/m . Obtivemos 2.4K de carga utilizando falantes de 8 ohm ligados ao terminal de 16 ohm no transformador de 4.8K ( valor nominal). Qualquer transformador SE comercial destinado a uma só 300B poderá ser usado no circuito, as impedâncias favoráveis poderão estar entre 4.5k e 5.5k, tais como o Hammond 1628SE, One Electron UBT-2, or Electra-Print MT5KB. Verifique dados construtivos a seguir.

Conclusão:

Vários detalhes foram empregados para melhorar o desempenho e reduzir o custo dos componentes. Eliminamos dois capacitores de acoplamento, usando acoplamento direto ao longo de todo o circuito e também um capacitor de estabilização de catodo (através da adoção da realimentação positiva).  Melhoramos a resposta de baixas freqüências eliminando 4 pontos de inflexão na curva de resposta. Este projeto singular também reduz a possibilidade de coloração do som devido a eliminação de capacitores de acoplamento intermediários.

 

 

 

 

 

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Dados complementares:

 

Mesmo circuito publicado em Vestnik A.R.A. nº5’ 98

Características do transformador de saída: primário 4.8K secundário 8 ohms

110mA mínimo 20W.

 

Dados construtivos do transformador de saída:



Ferro EI 0150/156 = 95x115 mm

Empilhamento: 70mm

 

Impedância primária  Ra = 4.8K / Impedância secundária 8 Ohm.

Enrolamento primário=3400 espiras fio #27  três secções, 5+10+5 camadas com 170 espiras cada. Impedância – 135 ohms.
Enrolamento secundário: 144 espiras fio # 20 em duas camadas intermediárias com o primário, 72 espiras por camada.  Para 4 Ohms use uma terminação na 102ª espira. Impedância - 0.25 Ohms

Entreferro: 0.1mm para 100mA de corrente.


FONTE À VÁLVULA PARA DUAS UNIDADES AMPLIFICADORAS 6D22S E TRANSFORMADORES LYNX AUDIO

 

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http://www.electra-print.com/docs/drd300b.pdf

Texto adaptado por L. Paracampo

Introdução:

Conforme sabemos o acoplamento direto em amplificadores de áudio teve seu início com os amplificadores de Loftin White. A primeira sensação era economizar o custo e os problemas oriundos do capacitor de acoplamento. Muitos experimentos foram feitos incluindo até uma válvula gasosa estabilizadora para acoplamento inter-estágio, considerando a diferença de potencial entre os pontos de sinal. Recentemente foi descoberto que entre os melhores capacitores existentes, os de Mylar não eram adequados para áudio. Devido à propriedade eletrostática do Mylar, sinais inferiores a 0.1 Volt não eram transferidos, perdendo-se a nuance e a qualidade musical das gravações.

Os capacitores de papel eram os melhores para áudio, mas a propriedade higroscópica dos mesmos trazia fuga em pouco tempo. Os capacitores de papel em óleo passaram a ser os de melhor utilização entre etapas de áudio de alta qualidade. Todavia qualquer capacitor no estado de acoplamento, simplesmente enfatiza as tendências de não linearidade das válvulas em todos os circuitos.  O sucesso dos Loftin White à sua época foi absolutamente estarrecedor, sendo considerados os primeiros amplificadores de alta fidelidade, termo que à época ainda não era usado. A topologia foi usada inclusive em amplificadores para uso em cinema e teatro. Com o aperfeiçoamento dos componentes e a entrada comercial dos pentodos e tetrodos de feixe a idéia foi abandonada em prol de potências mais elevadas.  Audiófilos japoneses na década de 90 do último século resolveram “ressuscitar” a idéia de L-W e uma grande variedade de circuitos surgiu, empregando válvulas novas e de versões originais.  O ponto mais importante do novo circuito (ou antiga idéia reempregada) é a resposta aos mais sutis e débeis sinais reproduzidos fielmente sem mascaramento. A pequena quantidade de componentes, também contribui para poucas perdas. No circuito que aqui apresentamos utilizamos como saída a conhecida 300B famosa pelos equipamentos de cinema da Western Electric e seguindo a tendência atual, empregamos na excitação um triodo de alta transcondutância e baixas perdas capacitivas com o intuito de contornar o efeito Miller. A primeira idéia foi buscar a conhecida e super testada 417A também empregada nos Western Electric daqueles tempos. Observando algo mais moderno, vimos que a utilização de uma ECC85 traria o circuito ao alcance da maioria dos montadores e experimentadores. Utilizamos as duas seções em paralelo o que aumenta o desempenho e o sinal fornecido bem como reduz ainda mais as perdas por efeito Miller. Era tudo que queríamos.

Circuito do Amplificador de Acoplamento Direto com Reatância Ativa.

Descrição:

Resolvemos introduzir duas novidades no L-W. O primeiro deles foi o uso de um capacitor de valor elevado entre o catodo da 300B e a linha de alimentação. Este capacitor que deve necessariamente ser do tipo a óleo, tem por finalidade aumentar a eficiência da variação de resistência interna do triodo de potência em relação à bobina do transformador de saída,  transferindo toda a a variação de resistência interna para a bobina. Como este capacitor tem o outro terminal acoplado ao catodo da mesma válvula algum sinal será transferido como um resíduo de realimentação, pois também o catodo terá alguma alteração em sua polarização devido ao próprio funcionamento da válvula. Desta forma os terminais do capacitor em questão não permanecerão em potenciais fixos e o uso de um capacitor eletrolítico não será permitido pelas suas perdas de fuga normais e dificuldade de readaptação à tensões variáveis. A utilização de eletrolíticos neste estágio causará um som “embaralhado” não sendo nem um pouco recomendado. À topografia de circuito apresentado foi dado o nome de “Ultrapath”.   Jack Elliano em seu artigo “Ultrapath Line Amp” na revista Vaccum Tube Valley nº10 pg 11 (1998) bem descreve esta topologia.

A outra novidade visualmente mais observável é a adoção de um choque como carga de placa da ECC85 com eletrodos em paralelo. Trata-se de um reator de 65 Henries cuja alimentação provém de um ponto intermediário oriundo do catodo da 300B. Este sistema de alimentação e acoplamente é chamado de “Parafeed” ou alimentação parasita. Há uma certa confusão neste nome pois alguns a utilizam em alimentação paralela onde um choque é acoplado a um transformador via capacitor. Independentemente da aplicação do nome, O emprego do sistema empregado neste projeto além de proporcionar auto-polarização à 300B evitando catástrofes comuns nos circuitos originais de L-W com a retirada ou queima da pré-amplificadora, proporciona excelente ganho ao circuito.   

A idéia não é exatamente nova poderemos ver em http://www.novacon.com.br/audioampdelof3.htm o amplificador de Sergei Sergeev que possui topologia muitíssimo semelhante, usando um reator de 60 Hy e válvulas 6E5P e 2A3 ou 6S4S. Neste circuito temos uma válvula de saída com transcondutância comum diríamos... apenas 5500 micromhos  porém a 6E5P é um caso extraordinário de 30.000 micromhos de transcondutância o que proporciona um ganho excepcional. Apresento dois circuitos mais em http://www.novacon.com.br/audioampdelof4.htm.     Que inclusive incluem o “Ultrapath” Nestes usamos um transformador de saída comum (ou um driver) onde desprezamos o secundário, o que é uma fácil alternativa para o choque proposto no presente circuito.

Poderíamos neste projeto utilizar um resistor de polarização para a placa da ECC85, mas em experimentos comprovados foi observado o aumento de 6 para 13Watts de saída com o emprego do reator. Este fenômeno deve-se ao fato de que o choque de carga possui uma reatância (que é o oposto da voltagem gerada na auto-indução). -A auto-indução por sua vez é o oposto à variação de corrente-, assim quanto mais alta a freqüência maior a reatância. Ao haver uma alteração de corrente para maior, a oposição à alteração de corrente conseqüentemente será maior gerando maior tensão entre os terminais.  Algo como se V. forçar um bebê a comer algo que ele detesta, ele vai imediatamente vomitar o que já comeu. O arranjo funciona bem proximamente ao estágio amplificador de mu sendo este um amplificador de corrente constante ou de impedância infinita. Para construção do protótipo foi usado um reator com laminas de Níquel de 100H 20ma de onde retiramos lâminas até chegarmos ao valor desejado. O sistema escolhido é o melhor atualmente conhecido não havendo nada que o supere em transferência, ganho e linearidade. O reator em princípio não consome corrente e não proporciona perdas e sua capacidade reativa aumenta a amplificação!  Não há muito que dizer da fonte de alimentação que é bem convencional. Os filamentos da 300B são alimentados por corrente contínua via ponte ou quatro retificadores capazes de 3 A mínimo.  A alta tensão deve ser capaz de fornecer 700V a 150ma. A seguir damos os dados dos transformadores para este sistema.

 

Especificações técnicas do amplificador.

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Dados construtivos dos transformadores na parte de áudio.

Transformador de saída:

 Idêntico ao Amplificador de Acoplamento Direto Tipo SE Empregando EL509/6KG6
Reator de 65H 20mA:

Reator para a ECC85:

EI 100  76x62mm  empilhamento 55mm

Enrolamento: 1808 espiras fio #37 no gap

 

Dados construtivos dos transformadores da fonte

 

Força:

Ferro EI 50mm 150x125 – Empilhamento 65mm

Primário 127 volts: fio # 27 - 292 voltas, sentido horário .... ou

Primário 220 volts fio # 28 - 506 voltas, sentido horário

Alta tensão 2x 550V: fio # 29 - 2530 voltas com derivação central, sentido anti-horário

Filamento 6.3 Volts: fio# 18 voltas - 14 voltas, sentido anti-horário

Filamento 7.2 Volts:  fio# 20  voltas -11 voltas, sentido anti-horário

 

Choque de filtro:

Ferro EI-0100 - 76x62 empilhamento = 28mm 

Fio # 30 - 7115 voltas - gap de 0.1mm

Dica para o capacitor de 70 microfarads 600V

Este capacitor poderá der obtido em lojas especializadas em instalações elétricas industriais. Estes são utilizados para correção de fator energético de potência de baixa tensão.

 

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