Amplificadores de Potência, análise de circuitos de BIAS e seu respectivo ajuste!

      

 Ajuste de BIAS ( Desmistificando )

Desenvolvido por: 

Eng. André Luiz de Lima Parreira Rodrigues (14) 99134-0330,            

email: andrelimarodrigues@gmail.com 

Youtube: Alstech Valvulados e Transformadores

    Uma breve descrição do autor. Engenheiro eletrônico de formação, residente em Lins/SP, atuo na área de áudio há 30 anos. Com conhecimento elevado sobre valvulados e amplificadores. Decidi a trabalhar com válvulas, pelo simples fato de com um circuito extremamente simples se comparado aos de estado sólido podemos conseguir uma reprodução de nível excelente e agradável a nossos ouvidos. Infelizmente a indústria nacional e também estrangeira não fabrica a preço acessível um equipamento decente. Temos que gastar rios de dinheiro, em busca do som perfeito, muitas vezes pagando pequenas fortunas em caixas, amplificadores e componentes de sistema importados. Nem sempre são bons, mas acabamos sem opção e levados pelo efeito psicológico, do preço! Tive oportunidade de experimentar praticamente a gama quase completa dos equipamentos nacionais na fase de ouro (1970-1990), acredito que exagerei muito esta data. Também experimentei quase todas as marcas importadas até o momento. Hoje estou utilizando um belo par de torres importadas, um SACD, este amplificador de potência do artigo e um pré amplificador valvulado que em breve dividirei com os leitores o projeto deste. A intenção deste artigo é proporcionar a quem tiver como realizar, um equipamento de nível high end a um preço acessível.

    A brief description of the author. Electronic engineer, residing in Lins/SP, I have been working in the audio area for 30 years. With high knowledge about tubes and amplifiers. I decided to work with tubes, for the simple fact that with an extremely simple circuit compared to solid state ones we can achieve an excellent level reproduction that is pleasant to our ears. Unfortunately, national and foreign industry does not manufacture decent equipment at an affordable price. We have to spend lots of money in search of the perfect sound, many times paying small fortunes in imported boxes, amplifiers and system components. They are not always good, but we end up with no option and carried away by the psychological effect of the price! I had the opportunity to try practically the almost complete range of national equipment in the golden age (1970-1990), I believe I exaggerated this date a lot. I've also tried almost every imported brand to date. Today I'm using a nice pair of imported towers, a SACD, this power amplifier from the article and a tube pre-amplifier that I'll soon be sharing this project with the readers. The intention of this article is to provide anyone with the means to do so with high-end equipment at an affordable price.   

    Краткое описание автора. Инженер-электроник, проживающий в Lins/SP, работаю в области аудио уже 30 лет. С высокими знаниями о лампах и усилителях. Я решил работать с лампами по той простой причине, что с чрезвычайно простой схемой по сравнению с твердотельными мы можем добиться отличного уровня воспроизведения, приятного для нашего слуха. К сожалению, отечественная и зарубежная промышленность не выпускает достойного оборудования по доступной цене. Приходится тратить огромные деньги в поисках идеального звука, много раз переплачивая за импортные коробки, усилители и системные компоненты небольшие состояния. Они не всегда хороши, но в итоге мы остаемся без вариантов и увлекаемся психологическим эффектом цены! В золотой век (1970-1990 гг.) мне довелось опробовать практически весь спектр отечественной техники, думаю, я сильно преувеличил эту дату. Я также пробовал почти все импортные бренды на сегодняшний день. Сегодня я использую пару хороших импортных колонок, SACD, этот усилитель мощности из статьи и ламповый предварительный усилитель, которым я скоро поделюсь с читателями. Цель этой статьи — предоставить любому возможность сделать это с помощью высококачественного оборудования по доступной цене.

        Aqui quem chega com toda certeza tem alguma curiosidade sobre este assunto, tentarei da melhor forma que sei explicar como é o assunto, desmistificando (pelo menos tentando) o assunto por completo!

    Nunca se deve simplesmente  trocar uma(s) válvula(s) de saída de um amplificador por outra, nem que seja da mesma marca e modelo para ficar testando, sem regular novamente a corrente de polarização da(s) mesma(s). Sob o grave risco de danificar o amplificador e a(s) válvula(s). As válvulas são diferentes entre si, mesmo sendo do mesmo lote e fabricante! Não se deve trocar de posição e nem por outra sem entender do assunto! Não é trocar para ouvir aquela válvula ou outra, isto requer ajustes internos no amplificador para cada troca efetuada! Você sempre fez isto e nada aconteceu até o momento ? Pura sorte de leigo, pois com toda certeza aquela válvula que instalou para testar não conduziu na mesma corrente de repouso da que a retirou, dando além da impressão de timbre errado da mesma, sua corrente de repouso ficou alterada, para mais ou para menos, mudando seu ponto de operação correto. No caso de para mais a corrente, pode e se chega em diversos casos a ocorrer além da redução da vida útil da válvula, a queima do transformador de saída(isso é mais comum do que se imagina). Vamos aqui tentar adentrar ao assunto de uma maneira bem simples, de maneira a evitar acidentes futuros!

    Afinal o que é BIAS, não traduzindo ao pé da letra, significa corrente ou tensão de polarização da válvula (ou transístor) para se garantir um correto funcionamento dentro de uma curva de resposta definida. Esta curva ou curvas normalmente são fornecidas pelo fabricante das válvulas (ou transístor), onde se vê um gráfico contendo diversas curvas ou traçados em função das tensões e correntes aplicadas. Neste ponto não tentarei explicar o que são as curvas, pois seria demasiadamente técnico, mas o que precisamos saber a respeito, desde que nos sejam fornecidos o ponto da curva em que deve ser trabalhado ou os pontos. O que importa agora é realmente sabermos qual é o ponto de operação que desejamos que o nosso circuito opere. Quanto mais alta a tensão da fonte principal (HT), maior deverá ser a tensão de polarização (BIAS) para que se garanta o mesmo ponto de operação desejado. Devemos ir diretamente a  exemplos e depois voltarmos a teoria para que fique mais fácil o entendimento.

Classes de operação de BIAS

    O que é isso? Com toda a certeza esta é uma pergunta que todo mundo quer a resposta: vejamos o seguinte, ouvimos tanto em amplificadores de Classe A, Classe AB, Classe B,...,Classe D,etc. O que são realmente estas classes? Uma melhor esplicação a termos leigos é feita se comparando tipos de terminação de amplificadores valvulados ou não. 

Classe A: Esta classe classificada pela condução da válvula no tempo integral da forma de onda (100%), onde o dispositivo amplificador (válvula ou transístor) conduz durante todo o sinal (100%). Sendo assim necessária em estágios de terminação única (single ended), sendo o ultimo estágio do amplificador sendo uma simples válvula ou transístor. Este tipo de polarização requer maior corrente de repouso, para que a curva de resposta (acima citada) se encontre no seu ponto central de linearidade. Também pode ser aplicada a circuitos com terminacão puxa-empurra (push-pull), mas raramente sendo usados aqui. O importante é que nos circuitos single-ended é a classe de polarização obrigatória a ser usada, para se garantir uma perfeita reprodução do sinal de entrada. Grande vantagem: distorção mínima, em contrapartida de grandes correntes e baixas potências. Ex: 1x EL34, 11W, 70mA(BIAS).

Classe B: Classe muito utilizada em circuitos de amplificação complementar, uma válvula (ou transístor para cada semiciclo do sinal). Conduzindo cada lado do estágio de sáida 50%. Sua grande vantagem e a baixa corrente de BIAS em relação à classe anterior(A), pois agora cada válvula conduzirá 50% do sinal, e seu ponto de corrente mínima na curva cai bruscamente prolongando a vida útil da válvula, sendo necessária uma válvula para cada semiciclo no estágio de saída. Grande vantagem: alta potência a correntes pequenas, mas apresenta uma distorção de crossover (distorção de cruzamento) inaceitaval para circuitos de alta fidelidade. Ex: 2x EL34, 55W, 30mA (BIAS).

Eis o ponto em questão, preciso de potência, mas a distorção de crossover não é desejada. Com base nestes requisitos foi definido:

Classe AB: Maioria absoluta da escolha em projetos de amplificadores, construção idêntica a da Classe B com terminações em push-pull, mas agora cada lado conduzindo 60% em média do sinal de entrada, com o intuíto de minimizar ou eliminar a distorção de crossover, produzindo praticamente a mesma potência da polarização em classe B, com a pureza da classe A, pois o sinal de entrada quando reconstituído se assemelha a 100% do sinal de entrada. Utilizado em circuitos de alta fidelidade. 

    Não entrarei nos méritos contra e pró desta classe de operação e nem de preferências pessoais de cada usuário, pois cada um tem um gosto específico ou um tabu a respeito. O que realmente importa aqui e termos uma leve noção do que se trata, não se discutindo seus prós e contras.

    Vamos as válvulas em questão:

   - Nos respectivos datasheets (manuais das mesma), temos as curvas, e em alguns uma tabela meio que de recomendações de tensões de operação e correntes por classe de operação e tipo de circuito. Normalmente detalhando o single ended em classe A e a push-pull em AB. Lá se encontra tenões de placa (ânodo) Va recomendadas para cada tipo de circuito e uso, bem como sua corrente de Placa(Ânodo) Ia, e se tratando de tetrodos ou pentodos a corrente da grade G2(screen). É de extrema importância o método que iremos utilizar aqui para se medir esta corrente. Pois Ik(corrente de cátodo) é a soma da Ia(corrente de placa)+Ig2(corrente de screen), sendo Ik=Ia+ig2.

    Mas o que isso importa para mim ? TUDO! Leia-se no datasheet da mesma a corrente de BIAS de 55mA em modo AB, Corrente de Screen de 12mA em modo AB. E ai? Tudo depende agora de onde vai se ler a corrente, se eu colocar um miliamperímetro em série somente com a placa(Ânodo) devo ajustar a corrente para 55mA. E se meu miliamperímetro estiver em série com o cátodo? Mesma coisa? NÃO! Lembremos que a corrente que passa pelo cátodo é a de placa mais a corrente de screen(G2), entáo devemos levar isto em consideração sim! Neste caso ajustamos para 67mA.

A grande maioria, mas não todos, dos amplificadores é ajustada pela corrente no cátodo, por ser mais fácil e se ter tensões relativamente pequenas para isso em relação as tensões medidas na placa. Normalmente tendo um miliamperímetro em série  ou um resistor de shunt de baixo valor ligando o cátodo ao terra. Neste segundo caso se mede a tensão no resistor de shunt e se utiliza a lei de ohms para se saber qual a corrente lida. Caso o amplificador não possua miliamperímetro ou resistor de shunt, devemos usar um soquete adaptador para a leitura da corrente, ou no terminal de placa ou de cátodo, lembrando que as correntes serão diferentes dependendo do ponto escolhido.

Metodologia de medição:

Primeiro passo: devemos nos assegurar de ter certeza absoluta de como realizar o processo, ter todas as ferramentas necessárias e instrumentos! O interessante é ligarmos o amplificador a uma carga resistiva adequada, evitando ao máximo usar alto falantes. Uma explicação adicional que será necessária: o amplificador valvulado nunca deverá ficar sem uma carga ligada a sua saída(s) de alto falantes, nem que seja por pouco tempo, sob pena de danificar o transformador de saída e as válvulas! Aqui muita gente pifa seu amplificador por desconhecer este fato! Valvulados sempre ligados na carga, sempre!

Passos seguintes: se utilizarmos uma sonda no soquete da válvula, devemos a inserir com o amplificador desligado! Esta poderá ser de placa(ânodo) ou cátodo, e obterá leituras diferentes(assunto já visto). Caso o amplificador tenha um resistor de shunt, normalmente é no cátodo ao terra, mas pode ser também o caso de estar na placa. Devemos anotar seu valor ôhmico, lendo, medindo ou vendo pelo esquema do equipamento. Devemos ter também a informação dada pelo fabricante (ou pelo datasheet da válvula) qual será a corrente a ser ajustada(valor em miliampéres). Também devemos localizar o pino da grade de controle da válvula a ser ajustada (G1). E localizar o dispositivo de ajuste (potenciômetro ou trimpot), este pode ser individual por válvula ou por grupo (par/quadra).

Eu costumo fazer assim quando coloco válvulas novas para evitar ter surpresas:

- Ligo primeiramente o amplificador sem a(s) válvula(s) de sáida

- Meço a tensão negativa em G1(grade de controle) e ajusto o trimpot para o maior valor possível de tensão negativa. 

- Recoloco as válvulas de saída e ligo o voltímetro em paralelo com o resistor de shunt, na escala de tensão apropriada (depende do resistor)

- Ligo o amplificador sem sinal de entrada, deixando o aquecer 5 minutos, sempre observando a corrente lida no voltímetro(esta nunca deverá ser maior do que a permitida).

- Depois de aquecido, mexo no ajuste do trimpot/potênciometro com o intuito de ser ler no voltímetro o valor correto a ser ajustado.

- Este procedimento deve ser repetido para válvula de saída, depois novamente repetido até a leitura de corrente ficar idêntica em todas as válvulas.

- confira novamente as correntes das válvulas pós algumas horas de uso, tende-se a mudar, mas estabilizando depois de certo uso.

- Feche o amplificador.

Considerações importantes:

    Vou aqui deixar meio no genérico uma tabela de valores, mas sempre leve em consideração como informação primordial a fornecida pelo seu fabricante!

Valvulas comumente utilizadas em amplificadores:

EL84-6BQ5 (pentodo)

Pinos - A(7) K(3) G1(2)

Ig2 = 5,5mA

Single Ended (A class) - Ia = 48mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 35mA

 

EL34-6CA5 (pentodo)

Pinos - A(3) K(8) G1(5)

Ig2 = 14,5mA

Single Ended (A class) - Ia = 70mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 35mA

6L6GC - 5881 (pentodo)

Pinos - A(3) K(8) G1(5)

Ig2 = 4,3 mA

Single Ended (A class) - Ia = 65mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 40mA

 

6550 (pentodo)

Pinos - A(3) K(8) G1(5)

Ig2 = 12 mA

Single Ended (A class) - Ia = 88mA - Ik = 100mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 52mA - Ik = 65mA

KT88 (pentodo)

Pinos - A(3) K(8) G1(5)

Ig2 = 7 mA

Single Ended (A class) - Ia = 8mA - Ik = 88mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 55mA - Ik = 65mA

 

KT120 (pentodo)

Pinos - A(3) K(8) G1(5)

Ig2 = 12 mA

Single Ended (A class) - Ia = 113mA - Ik = 125mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 53mA - Ik = 65mA

 

KT150 (pentodo)

Pinos - A(3) K(8) G1(5)

Ig2 = 13.5 mA

Single Ended (A class) - Ia = 124mA - Ik = 137.5mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 52.5mA - Ik = 65mA

 

300B (triodo)

Single Ended (A class) - Ia = 65mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 60mA

 

2A3(triodo)

Single Ended (A class) - Ia = 65mA

Push-pull (AB Class)    - Ia = 60mA