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Transformadores de saída para Audio Valvulado / Output transformers for Tube Amplifiers

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TRANSFORMADORES DE SAÍDA PARA ÁUDIO VALVULADO

 

 

Ao escrever o artigo publicado no site “Uma Experiência Interessante” ( http://diy-rbt.tripod.com ) eu tinha em mente investigar a opção mais simples possível de se obter um transformador de saída para áudio valvulado. Esta opção é a de se fazer o casamento da(s) válvula(s) de saída com a carga usando um transformador de força com a correta relação de espiras.

 

Conforme mostra o que lá está dito, esta possibilidade existe, porém o resultado deixa muito a desejar e é aplicável apenas quando a exigência da qualidade de áudio é mínima. Mesmo assim é necessário escolher o transformador já que muitos deles definitivamente não atendem. Parte destes transformadores apresenta ressonância própria com elevado Q e, se usados como trafos de saída, fornecem um som similar a quando se fala através de um tubo. Outros, devido à banda passante estreita, deixam o som como o PA dos parques de diversões. Poucos conseguem atender minimamente as necessidades de quem quer ouvir música. A totalidade deles, por razões de economia, trabalha com uma densidade de fluxo muito alta, em desacordo com a qualidade das chapas. Isto leva a baixo rendimento. Boa parte da potência fornecida pela válvula de saída se perde no núcleo.

 

OBJETIVO DO PRESENTE TRABALHO

 

Para fornecer um algo mais consistente a quem gosta de som valvulado e/ou quem curte construir seus próprios componentes, volto ao tema.

Mas volto com uma abordagem pelas beiradas. Quero dizer, este não é um artigo de cunho acadêmico nem comercial.

Não é de cunho acadêmico porque não vamos esmiuçar aqui os conceitos físicos nem a matemática embarcada nos trafos. Para isso existem excelentes publicações que tratam tudo nos detalhes. Não é de cunho comercial porque não houve a preocupação de minimizar custos. Para o hobbista, que talvez vá construir um amplificador por ano (se tanto!), vale mais um resultado final previsível que a economia de alguns centavos no equipamento.

Nos modelos construídos existe até um certo superdimensionamento para cobrir a qualidade duvidosa do material utilizado.

 

 

Então qual é a abordagem?

É a de como um experimentador é tratado na prática. Ele consegue comprar material porem as especificações do que comprou são desconhecidas por quem o vendeu.

 

Adquiri um leque de lâminas, carretéis e fios para transformadores de força, material barato, nada especial, portanto fácil de se encontrar no mercado. Com este material em mãos (repito: sem suas especificações) e tendo como ponto de partida a equação geral dos transformadores N = Ep/(KxBxSxf) e das considerações sobre a indutância mínima, montei diversos transformadores de diferentes dimensões, potências e configurações dos enrolamentos. O resultado final de cada um foi avaliado nas condições reais de trabalho com a ajuda de alguma instrumentação. A partir dos resultados obtidos foi feito o caminho inverso do usual, adaptou-se a teoria aos resultados. Coloco o resultado deste trabalho em tabelas que tem por objetivo dar algum subsídio a quem quer construir seus transformadores de saída.

 

Desde já é bom avisar que pelos materiais utilizados - que são para trafos de força – e pelas limitações inerentes às construções caseiras, não espere especificações hi-fi. Porem o que ficou claro é que com estes materiais básicos e um pouco de habilidade é possível construir em casa trafos suficientemente bons para serem experimentados em equipamentos destinados a instrumentos musicais e para música... que não seja para audiófilos.

 

Como as chapas que você irá usar com certeza não serão idênticas às que utilizei, é de se esperar que possa ocorrer algum desvio no resultado final. Acredito, entretanto, que não sejam desvios significativos porque a folga utilizada no dimensionamento foi deixada para que o núcleo trabalhe longe de seu limite. 

 

Como sempre faço questão de escrever em meus textos, este trabalho não termina aqui. Ele é apenas o fio da meada de um tema a partir do qual outros colegas poderão incrementar, lapidar, corrigir, desde que dediquem um pouco de tempo ao assunto.

 

Para as medições construí um berço com uma pequena base de madeira e 2  placas cobreadas. Este berço pode receber até duas válvulas de potência e mostrou versatilidade no uso, facilitando a avaliação dos trafos. As fotos que ilustram as descrições mostram os detalhes.

 

As tabelas geradas são 5, que determinam as dimensões do núcleo e número de espiras dos enrolamentos.

Observe que as potências indicadas vão de 5 a 40W. Isto porque os modelos de transformadores que construí e avaliei cobriram estas potências. Não me atrevi a extrapolar para outras potências ou outros paramentos que não os experimentados.

 

 

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LINK PARA AS TABELAS

 
 
As tabelas são:
 

TABELA 1 DETERMINAÇÃO DA SEÇÃO DO NÚCLEO

 

TABELA 2A DERMINAÇÃO DO NUM. DE ESPIRAS DO PRIMÁRIO (trafos de 5 a 14W)

 

TABELA 2B DERMINAÇÃO DO NUM. DE ESPIRAS DO SECUND. (trafos de 5 a 14W)

 

TABELA 3A DERMINAÇÃO DO NUM. DE ESPIRAS DO PRIMÁRIO (trafos de 15 a 40W)

 

TABELA 3B DERMINAÇÃO DO NUM. DE ESPIRAS DO SECUND. (trafos de 15 a 40W)

 

 

Vamos agora à parte prática.

 

EXEMPLO 1

 

Vamos construir um transformador de saída para uma válvula 6V6 trabalhando em classe A S.E. que responda a partir de 90 Hz. A carga é um alto falante de 4 Ohms.

 

1º passo: Conhecer a impedância de carga (Zc).

 

O manual de válvulas fornece este dado para vários pontos de operação da 6V6. Escolhemos este:

 

Tensão de placa (VP)      = 250 V

Tensão de grade 2 (Vg2)   = 250 V

Tensão de grade 1 (Vg1)   = -12,5V

Impedância de carga (Zc) = 5.000 Ohms

Potência de saída (Po)    = 4,5 Watts

 

 

2º passo: Determinação da seção do núcleo.

 

Entrando na TABELA 1 com P = 5W (o valor superior mais próximo dos 4,5W) e 90 Hz vemos que a seção do núcleo deve ser de 3,2 cm2.

 

 

3º. passo: Determinação do número de espiras do primário

 

O número de espiras do primário é dado na TABELA 2A (NÚMERO DE ESPIRAS DO PRIMÁRIO PARA POTÊNCIAS DE 5 A 14 WATTS), onde entramos com Zc = 5.000 e a freqüência mínima de 90 Hz.

 

O número de espiras do primário é: ne(p) = 2.452 espiras.

 

 

4º. passo: Número de espiras do secundário

 

A TABELA 2B (NÚMERO DE ESPIRAS DO SEC. POTÊNCIA ENTRE 5 E 14 WATTS) indica que para 4 Ohms ne(s) = 69 espiras. Para 8 Ohms ne(s) = 98 espiras.

 

 

5º. passo: A construção

 

Para não quebrar a seqüência da explicação e também para não tornar a página muito pesada, coloquei os detalhes contrutivos na PARTE 2 deste artigo < http://diy-rbt3.tripod.com/part2construction > Lá, alem do texto há também link para as fotos.

 

No trafo deste nosso exemplo não foi necessário utilizar entreferro porque, por suas dimensões, o núcleo não satura com esta corrente. Eu disse lá atrás que há um superdimensionamento embutido nestas tabelas em prol da qualidade final. As medições foram feitas, portanto, com as chapas entrelaçadas.

 

O protótipo deste trafo foi ensaiado no setup das figuras abaixo

 

Diagrama do circuito de teste
DIAGRAMA DO CIRCUITO DE TESTE

5w6v6a.jpg
Ensaio do trafo 5W

 

Os resultados obtidos foram:

 

Potência de saída para início do clipping = 4,8 Watts

 

Resposta de freqüência (dentro de 3 dB) =   110Hz a 90 kHz

 

 
 

EXEMPLO 2

 

Neste exemplo está um transformador de saída para 2 válvulas 5881 em push pull na categoria de 20 Watts. Típico amplificador para uso com teclado, onde uma freqüência de corte inferior de 60Hz atende. O alto falante é de 4 Ohms

 

1) - Dados do manual para a 5881 nesta configuração:

 

Tensão de placa = 360V

Tensão de grade 2 = 270V

Tensão de grade 1 = -22,5V

Impedância de carga (Zc) = 3800 Ohms

Potência de saída = 18 Watts

 

 

2) - Seção do núcleo - determinada pela Tabela 1 - entrando com 20 Watts & 60 Hz = 7,6 cm2

 

3) - Número de espiras do primário – Tabela 3A

Como não há 3800 Ohms na tabela, vamos fazer uma interpolação linear com o valor mais próximo, que é de 4000 Ohms

 

Então ne(p) = 2780 x (3800 / 4000) = 2640 espiras.

 

Como o trafo é para saída push pull ou seja, tem derivação central, enrolamos 1320 + 1320 espiras

 

4) – Número de espiras do secundário para carga de 4 Ohms:

Como fizemos uma interpolação para determinar o número de espiras do primário, aqui também temos que fazer um ajuste.

 

Para Zc = 4000 Ohms a TABELA 3A diz que ne(p) = 2780 espiras e pela TABELA 3B ne(s) = 88 espiras. A relação é:

 

   2780 / 88 = 31,59

 

Como corrigimos o primário para ne(p) = 2640 espiras, o secundário será de

 

   ne(s) = 2640 / 31,59 = 85 espiras.

 

Conferindo: Ligando-se uma carga de 4 Ohms no secundário, teremos refletido no primário

 

 

   Zc = Zs x [ne(p) / ne(s)]² =

 

   Zc = 4 x (2640/85)² = 3858 Ohms

 

 

 

20w2x5881d.jpg
Par de 5881 em push pull

 

Resultados obtidos:

 

Potência de saída = 19,2 Watts

 

Resposta de freqüência = 48 Hz a 35 kHz

 

 

Estes exemplos são suficientes para ver como se usam as tabelas. A bem da verdade construí vários outros modelos para checar a aderência dos números e parece que a coisa funciona razoavelmente bem.

 

 

OUTROS MODELOS AVALIADOS

 

Abaixo está o ensaio de um transformador para saída push pull com 2 válvulas 25L6 fornecendo 10W de saída.

 

Embora tenha sido utilizado um par de 25L6 nesta montagem, elas podem ser substituídas por um par de outro tipo de válvula desde que elas aceitem o mesmo ponto de trabalho. Por exemplo, devo utilizar este trafo num futuro amplificador com duas ECL85 em push pull. Só não fiz o ensaio com as ECL85 porque os soquetes do berço de teste são octais e eu não queria ficar mudando isto.

 

 

10w2x25l6a.jpg
Par de 25L6 10W

 

Estágio final com 2 6L6 / 35 Watts. O transformador é o mesmo utilizado com as 5881. Previ derivações nos enrolamentos deste trafo para poder usa-lo com diferentes impedâncias.

 

 

35w2x6l6b.jpg
35W com 2 6L6

 

Por último um trafo para impedância muito baixa com o objetivo de verificar se podemos estender nossa tabela para a região das Zc da ordem de 1K Ohms.

Para conseguir impedância tão baixa em classe A foi necessário utilizar uma válvula de saída horizontal. Elas são búfalos que topam trabalho deste porte.

Cabe dizer que este amplificador tem interesse puramente didático, pois possui uma eficiência tão baixa que não faz sentido seu uso prático.

 

Para uso em amplificadores classe B estas válvulas podem ser de alguma utilidade e existem uns poucos trabalhos publicados a respeito. Quem tiver interesse neste nicho procure por aplicações da EL36 em áudio. Vale a pena dar uma olhada.

 

A explicação da baixa eficiência geralmente obtida com estas válvulas é que elas foram desenhadas para uso em amplificadores classe C. Daí serem idolatradas pelo pessoal que lida (ou lidava) com powers de RF.

 

A escolhida para avaliar este trafo foi uma 6BQ6GA operando em classe A. Também aqui não há dados no manual para este uso.

O ponto de trabalho escolhido foi:

Tensão de placa = 180V

Tensão de grade 2 = 150V

Corrente de repouso = 100 mA

Potência de entrada = 18W (*)

Impedância de carga = 1500 Ohms

 

(*) Os ortodoxos podem ficar escandalizados com esta potência de entrada 60% acima da recomendada para a 6BQ6. Para uso em áudio e considerando que estamos lidando com a versão GA, ela topa esta parada. Pelo menos sem reclamação aparente.

 

 

6w6bq6b.jpg

 

Neste modelo a potência de saída medida foi de 5,9 Watts. Os extremos de resposta não medi, pois o enrolamento não foi feito com o primor exigido.

 

 

 

CONCLUSÃO

 

Houve um aprendizado importante nesta experimentação. A teoria dos transformadores, que foi base para este trabalho, prevê um mesmo comportamento independente tamanho físico e potência do componente. A prática mostrou algo um pouco diferente. A medida que a potência - conseqüentemente o tamanho físico - cai, a previsão teórica começa a se descolar do resultado prático. Talvez as dimensões dos detalhes como espessura dos isolantes, uniformidade do enrolamento, bordas dos enrolamentos, etc. sejam percentualmente mais significativas nos trafos pequenos e portanto influenciem mais na dispersão. Ou talvez o modelo teórico tomado como base tenha sido simples demais por não considerar isso tudo.

Seja qual for o motivo foi ele que levou à necessidade construir 2 tabelas diferentes para determinação do número de espiras. Observei que de aproximadamente 15W para baixo é necessário um desvio nos cálculos. Mesmo assim nos trafos pequenos a freqüência de corte inferior teima em ficar mais alta que a previsão. Proponho uma correção na indutância primária (tabela proposta), a qual não testei. Esgotou-se minha paciência em fazer enrolamentos. Ao menos por ora.

 

Finalmente um conselho aos que querem se aventurar: A construção de seu próprio trafo é uma tarefa lenta que requer cuidado e muito capricho. Como tudo na vida, para se fazer algo bem feito não há atalho... há trabalho. Toda “simplificação” ou queima de etapas durante construção será regiamente cobrada no desempenho final.

 

Boa sorte aos que toparem a parada!

TABELA PROPOSTA (para pequenos trafos)

 
 
Escrito por Antonio R. Rabitti
 
Dezembro 2007

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