Johnny Werner
É sabido que existem amplificadores de áudio que já utilizam fontes chaveadas, porém, sua aplicação é praticamente restrita aos amplificadores com transistores. Dessa forma, o intuito principal desse estudo é proporcionar uma alternativa para a utilização da fonte linear em amplificadores de áudio a válvulas, visando diminuir o peso, o tamanho, e talvez o custo, além da possibilidade de melhorar a eficiência energética.
Em contrapartida, os requisitos mínimos já apresentados para o bom desempenho de amplificadores (segurança, confiabilidade, baixo nível de ruído e distorção, entre outros) devem ser atendidos, além, obviamente, da preservação da qualidade do áudio. Assim, o estudo a seguir trata da possibilidade de aplicação de fonte chaveada em substituição à fonte linear, tentando quebrar alguns paradigmas como o de que fontes chaveadas são ruidosas para aplicações em áudio.
Foi utilizado para essa finalidade um amplificador classe A single-ended com 6W de potência, utilizando uma válvula 12AX7 duplo triodo para o estágio pré amplificador e driver, e uma válvula 6V6 na etapa de potência.
Como há a necessidade de isolar o circuito da rede elétrica, é fundamental a utilização de um conversor isolado. Devido à potência da fonte ser inferior a 100W, optou-se por utilizar um conversor do tipo flyback, no modo de condução descontínua. Outros motivos que levaram à escolha dessa topologia de conversor são: baixo custo, saídas múltiplas, proporciona isolamento, dispensa indutor de filtro, aceita grande variação da resistência de carga, tem resposta rápida, e, ainda, possui facilidade para ser estabilizada, por apresentar um polo simples na função de transferência.
A Figura 1 apresenta o diagrama de blocos do sistema com fonte linear. Já a Figura 2 ilustra o diagrama de blocos do sistema proposto, com o conversor flyback alimentando o amplificador.
Figura1 – Diagrama de blocos do sistema com fonte linear
Figura 2 – Diagrama de blocos do sistema com fonte linear
CONVERSOR FLYBACK
O estudo do conversor flyback (Figura 3) já é bastante conhecido e de fácil acesso na literatura de Eletrônica de Potência, assim, seu funcionamento detalhado e suas formas de onda não serão apresentados.
O amplificador de áudio utilizado neste estudo necessita de uma fonte capaz de fornecer duas tensões: uma necessária às placas das válvulas (anodos) e outra para aquecer os filamentos à temperatura ideal. Logo, um conversor flyback com pelo menos duas saídas é necessário.
Observa-se que a alimentação do circuito consiste de um enrolamento secundário de 6,3V para alimentar os filamentos das válvulas 12AX7 e 6V6 e uma tensão para fornecer 340V contínuos após a retificação.
Na saída correspondente aos filamentos de 6,3V foi usado um regulador linear LM317.
Assim, considerando que o regulador tenha uma pequena queda de tensão, a saída será projetada para ter 10V e deverá fornecer a corrente suficiente para alimentar os filamentos da válvula 6V6 (450mA) e da 12AX7 (300mA). Com certa margem de segurança, pode-se projetar a saída em questão para fornecer 800mA.
A saída de 340V pode ser dimensionada a partir do consumo de corrente de placa das válvulas 6V6 e 12AX7, resultando em cerca de 40mA. Devido às tolerâncias dos componentes do circuito e acrescentando uma margem de segurança, pode-se dimensionar essa saída para 60mA.
A Figura 4 apresenta o diagrama esquemático do conversor utilizado. Para o circuito de comando do flyback, foi utilizado o integrado UC3844. O transistor Q4 (responsável pela comutação) é um IFRBE20.
As Figuras 5 e 6 mostram o protótipo do amplificador e o conversor flyback construídos.
Figura 3 – Diagrama simplificado de Conversor Flyback
Figura 4 - Diagrama esquemático do Conversor Flyback
Figura 5 – Visão externa do Amplificador classe C e Conversor Flyback montado sobre o mesmo
Figura 6 – Visão interna (Circuito) do Amplificador classe A alimentado pelo Flyback
CONCLUSÃO
É evidente que as válvulas eletrônicas ainda têm seu lugar no mercado de áudio. É igualmente evidente que estudos em busca de novas soluções para aplicações que utilizam esses dispositivos são totalmente válidos. Dessa forma, o presente estudo serviu para evidenciar que a utilização de equipamento de áudio valvular utilizando fonte chaveada em substituição às tradicionais fontes lineares pode ser viável.
No caso de amplificadores do tipo gabinete ativo, cujo amplificador e caixa acústica são integrados, a possibilidade de redução do peso e volume é uma solução extremamente bem vinda. Isso pode ser facilmente verificado em amplificadores para instrumentos musicais, cujo deslocamento de um lugar para outro é constante e um equipamento muito grande e pesado pode vir a ser um problema.
O fato de não terem sido encontradas publicações a respeito do assunto geraram certo receio pela possibilidade de o sistema como um todo não ser viável, principalmente no que diz respeito a possíveis ruídos excessivos, uma vez que válvulas eletrônicas são componentes sensíveis e foram projetadas e desenvolvidas em uma época em que fontes comutadas não eram populares. Isso é justificado pelo fato de que essas válvulas tiveram pouquíssima alteração em seu projeto e que as de fabricação atual são muito similares às fabricadas há 50 anos.
Desprezando toda a subjetividade envolvida com o tema “áudio”, a conclusão que pode ser apontada é que é perfeitamente possível construir um amplificador classe A single-ended de 6W de potência utilizando válvulas eletrônicas como dispositivo amplificador sendo alimentado por uma fonte comutada isolada.
Em oposição às vantagens apresentadas relativas à fonte chaveada utilizada no amplificador classe A, deve-se lembrar que uma fonte linear necessita de um projeto muito mais simples e tende a apresentar uma durabilidade maior, uma vez que a simplicidade e a própria quantidade de componentes eletrônicos susceptíveis a falhas é muito menor do que numa fonte chaveada. Além disso, não foram realizados testes numa situação real (em gravação profissional em estúdio, por exemplo), onde há inúmeros outros equipamentos eletrônicos sensíveis ligados à rede e que podem sofrer interferência eletromagnética conduzida ou irradiada proveniente de uma fonte comutada. Dessa forma, sugere-se que tais testes sejam realizados e que eventuais melhorias de projeto venham a ser implementadas conforme a necessidade.
Johnny Werner é mestre em engenharia elétrica e leciona no curso de Engenharia Elétrica na Universidade Regional de Blumenau. É projetista e responsável técnico na JW Tubes – Valve Amplifiers. E-mail: johnny@jwtubes.com.br
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