Especificação técnica do amplificador de áudio da válvula - Valve audio amplifier technical specification

Especificações técnicas e informações detalhadas sobre o amplificador de áudio valvulado , incluindo seu histórico de desenvolvimento.

Circuito e desempenho

Características das válvulas

As válvulas (também conhecidas como tubos de vácuo) têm impedância de entrada muito alta (quase infinita na maioria dos circuitos) e dispositivos de impedância de saída alta. Eles também são dispositivos de alta tensão / baixa corrente.

As características das válvulas como dispositivos de ganho têm implicações diretas para seu uso como amplificadores de áudio , notadamente que os amplificadores de potência precisam de transformadores de saída (OPTs) para traduzir um sinal de alta tensão de alta impedância de saída em um sinal de alta tensão de baixa tensão sinal necessário para acionar alto-falantes modernos de baixa impedância (cf. transistores e FETs que são dispositivos de tensão relativamente baixa, mas capazes de transportar grandes correntes diretamente).

Outra consequência é que, uma vez que a saída de um estágio está frequentemente em ~ 100 V compensada da entrada do próximo estágio, o acoplamento direto normalmente não é possível e os estágios precisam ser acoplados usando um capacitor ou transformador. Os capacitores têm pouco efeito no desempenho dos amplificadores. O acoplamento de transformadores interestágios é uma fonte de distorção e mudança de fase e foi evitado a partir da década de 1940 para aplicações de alta qualidade; os transformadores também adicionam custo, volume e peso.

Circuitos básicos

Os circuitos a seguir são apenas circuitos conceituais simplificados, os circuitos do mundo real também requerem uma fonte de alimentação suavizada ou regulada, aquecedor para os filamentos (os detalhes dependem de se os tipos de válvula selecionados são aquecidos direta ou indiretamente) e os resistores de cátodo são frequentemente desviados, etc.

O estágio de ganho de cátodo comum

O estágio de ganho básico para um amplificador de válvula é o estágio de cátodo comum com polarização automática, no qual um resistor de ânodo, a válvula e um resistor de cátodo formam um divisor de potencial através dos trilhos de alimentação. A resistência da válvula varia em função da tensão na grade, em relação à tensão no cátodo.

Na configuração de polarização automática, o "ponto operacional" é obtido ajustando o potencial DC da grade de entrada em zero volts em relação ao terra por meio de um resistor de "vazamento de grade" de alto valor. A corrente do ânodo é definida pelo valor da tensão da grade em relação ao cátodo e essa tensão agora depende do valor da resistência selecionada para o ramal do cátodo do circuito.

O resistor de ânodo atua como a carga para o circuito e é normalmente da ordem de 3-4 vezes a resistência do ânodo do tipo de válvula em uso. A saída do circuito é a tensão na junção entre o ânodo e o resistor do ânodo. Esta saída varia em relação às mudanças na tensão de entrada e é função da amplificação da tensão da válvula "mu" e dos valores escolhidos para os vários elementos do circuito.

Quase todos os circuitos do pré-amplificador de áudio são construídos usando estágios de cátodo comum em cascata.

O sinal geralmente é acoplado de estágio a estágio por meio de um capacitor de acoplamento ou um transformador, embora o acoplamento direto seja feito em casos incomuns.

O resistor de cátodo pode ou não ser contornado com um capacitor. O feedback também pode ser aplicado ao resistor de cátodo.

O amplificador de potência triodo de terminação única (SET)

Um amplificador de potência SET simples pode ser construído em cascata em dois estágios, usando um transformador de saída como carga.

Estágios diferenciais

Dois triodos com os cátodos acoplados para formar um par diferencial . Este estágio tem a capacidade de cancelar sinais de modo comum (igual em ambas as entradas) e, se operado na classe A, também tem o mérito de ter a capacidade de rejeitar amplamente quaisquer variações de fornecimento (uma vez que afetam ambos os lados do estágio diferencial igualmente), e, inversamente, a corrente total consumida pelo estágio é quase constante (se um lado puxa mais instantaneamente, o outro puxa menos), resultando em uma variação mínima no afundamento do trilho de alimentação, e isso possivelmente também distorção interestágio.

Duas válvulas de potência (podem ser triodos ou tetrodos) sendo diferencialmente acionadas para formar um estágio de saída push-pull, conduzindo uma carga de transformador push-pull. Este estágio de saída faz um uso muito melhor do núcleo do transformador do que o estágio de saída de terminação única.

O par de cauda longa

Uma cauda longa é uma carga de corrente constante (CC) à medida que o cátodo compartilhado alimenta um par diferencial. Em teoria, a corrente mais constante lineariza o estágio diferencial.

O CC pode ser aproximado por um resistor que reduz uma grande tensão ou pode ser gerado por um circuito ativo (válvula, transistor ou baseado em FET )

O par de cauda longa também pode ser usado como divisor de fase . É freqüentemente usado em amplificadores de guitarra (onde é referido como o "inversor de fase") para conduzir a seção de potência.

O divisor de fase da sanfona

Como uma alternativa ao par de cauda longa, a sanfona usa um único triodo como uma resistência variável dentro de um divisor de potencial formado por Ra e Rk de cada lado da válvula. O resultado é que a voltagem no ânodo oscila exatamente e em oposição à voltagem no cátodo, dando uma divisão de fase perfeitamente equilibrada. a desvantagem desse estágio (cf o par diferencial de cauda longa) é que ele não dá nenhum ganho. Usar um triodo duplo (normalmente octal ou noval) para formar um buffer de entrada SET (dando ganho) para, em seguida, alimentar um divisor de fase concertina é um front end clássico push-pull, normalmente seguido por um driver (triodo) e (triodo ou pentodo) estágio de saída (em ultra linear em muitos casos) para formar o circuito amplificador push-pull clássico.

O amplificador de potência push-pull

O circuito de saída push-pull mostrado é uma variação simplificada da topologia Williamson , que compreende quatro estágios:

• um estágio de entrada SET para armazenar a entrada e fornecer algum ganho de tensão.
• um divisor de fase, geralmente do tipo catódino ou "concertina". Isso gera sinais de drive exatamente iguais, mas opostos para os seguintes circuitos push-pull, mas não dá ganho. Observe que, conforme mostrado, o divisor de fase concertina da topologia Williamson é diretamente acoplado (com um resistor) ao estágio de entrada. Isso requer um projeto cuidadoso do estágio de entrada, uma vez que a tensão nominal do ânodo da válvula de entrada também definirá o ponto de operação da sanfona. Outras topologias incluem a parafase, a paráfrase flutuante e a diferencial (par de cauda longa).
• um estágio de driver. Isso fornece um ganho de tensão adicional para cada um dos sinais push-pull e, dependendo dos requisitos do estágio de saída, a válvula pode ser um tipo selecionado para tensão mais alta ou capacidade de acionamento Z inferior.
• O estágio de saída, onde a carga é o transformador, e não um resistor anódico. O Williamson original usava pentodos KT66 "tríodos amarrados" (operando como tríodos). A maioria dos amplificadores push-pull posteriores usaram a conexão ultralinear.

Cascode

O cascode (uma contração da frase cascata para cátodo ) é um amplificador de dois estágios composto de um amplificador de transcondutância seguido por um buffer de corrente . Em circuitos de válvula, o cascode é frequentemente construído a partir de dois triodos conectados em série, com um operando como uma grade comum e, portanto, atuando como um regulador de voltagem , fornecendo uma voltagem de ânodo quase constante para o outro, que opera como um cátodo comum . Isso melhora o isolamento de entrada-saída (ou transmissão reversa) eliminando o efeito Miller e, portanto, contribui para uma largura de banda muito maior , impedância de entrada maior , impedância de saída alta e ganho maior do que um estágio de triodo único.

Estágios de tetrodo / pentodo

O tetrodo tem uma grade de tela (g2) que está entre o ânodo e a primeira grade e normalmente serve, como o cascode , para eliminar o efeito Miller e, portanto, também permite uma largura de banda maior e / ou ganho maior do que um triodo, mas no despesa de linearidade e desempenho de ruído.

Um pentodo tem uma grade supressora adicional (g3) para eliminar a torção do tetrode . Isso é usado para melhorar o desempenho em vez de ganho extra e geralmente não é acessível externamente. Algumas dessas válvulas usam grades alinhadas para minimizar a corrente da grade e placas de feixe em vez de uma terceira grade, estes são conhecidos como " tetrodos de feixe ".

Percebeu-se (e muitos pentodos foram especificamente projetados para permitir) que, prendendo as telas à grade / ânodo, um tetrodo / pentodo tornou-se um tríodo novamente, tornando essas válvulas de design tardio muito flexíveis. Os tetrodos "amarrados com triodo" são freqüentemente usados ​​em projetos de amplificadores modernos que são otimizados para qualidade em vez de potência de saída.

Ultra-linear

Em 1937, Alan Blumlein originou uma configuração entre um tetrodo "tríodo amarrado" e um tetrodo normal, que conecta a grade extra (tela) de um tetrodo a uma derivação do OPT a meio caminho entre a tensão anódica e a tensão de alimentação. Este compromisso elétrico dá um ganho e linearidade iguais às melhores características de ambos os extremos. Em um artigo de engenharia de 1951 publicado por David Hafler e Herbert Keroes , eles determinaram que quando a derivação da tela foi ajustada para aproximadamente 43% da voltagem do ânodo, ocorreu uma condição otimizada dentro do estágio de saída, que eles se referiram como ultra-linear . No final da década de 1950, esse design se tornou a configuração dominante para amplificadores PP de alta fidelidade.

Sem transformador de saída

Julius Futterman foi o pioneiro em um tipo de amplificador conhecido como "sem transformador de saída " (OTL). Eles usam válvulas em paralelo para corresponder às impedâncias do alto-falante (normalmente 8 ohms). Este projeto requer numerosas válvulas que funcionem a quente e, como tentam combinar as impedâncias de uma forma fundamentalmente diferente de um transformador, muitas vezes têm uma qualidade de som única. 6080 triodos, projetados para fontes de alimentação regulamentadas, eram tipos de baixa impedância às vezes pressionados para uso sem transformador.

Amplificadores de potência de triodo de terminação única (SET)

Alguns amplificadores de válvula usam a topologia triodo de terminação única (SET) que usa o dispositivo de ganho da classe A. Os SETs são extremamente simples e têm baixa contagem de peças. Esses amplificadores são caros por causa dos transformadores de saída necessários.

Este tipo de projeto resulta em um espectro de distorção extremamente simples, compreendendo uma série de harmônicos monotonicamente decadente. Alguns consideram que essa característica de distorção é um fator na atratividade do som que tais designs produzem. Comparados com designs modernos, os SETs adotam uma abordagem minimalista e geralmente têm apenas dois estágios, um amplificador de tensão triodo de estágio único seguido por um estágio de potência triodo. No entanto, variações usando alguma forma de fonte ou carga de corrente ativa, não consideradas um estágio de ganho, são usadas.

A válvula típica que usa essa topologia na (rara) produção comercial atual é a 300B , que rende cerca de 5 watts no modo SE. Raros amplificadores desse tipo usam válvulas como o 211 ou 845 , com capacidade de cerca de 18 watts. Essas válvulas são válvulas transmissoras de emissores brilhantes e têm filamentos de tungstênio thoriated que brilham como lâmpadas quando alimentados.

Veja os parágrafos mais abaixo sobre amplificadores SET de alta potência comercialmente disponíveis que oferecem até 40 watts sem dificuldade, seguindo o desenvolvimento de transformadores de saída para superar as restrições acima.

As fotos abaixo são de um amplificador SET comercial, e também um protótipo de um amplificador amador.

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  Um amplificador SE comercial

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  Um protótipo de amplificador SET construído por amadores

Uma razão para os SETs serem (geralmente) limitados a baixa potência é a extrema dificuldade (e consequente despesa) de fazer um transformador de saída que possa lidar com a corrente da placa sem saturar, enquanto evita parasitas capacitivos excessivamente grandes.

Amplificadores de potência diferencial / push-pull (PP)

O uso de estágios de saída diferenciais ("push-pull") cancela a corrente de polarização permanente consumida através do transformador de saída por cada uma das válvulas de saída individualmente, reduzindo muito o problema de saturação do núcleo e, assim, facilitando a construção de amplificadores mais poderosos ao mesmo tempo como usar largura de banda menor e mais ampla e transformadores mais baratos.

O cancelamento das válvulas de saída diferencial também cancela amplamente os produtos de distorção harmônica de ordem par (dominante) do estágio de saída, resultando em menos THD, embora dominado agora por harmônicos de ordem ímpar e não mais monotônicos.

Idealmente, o cancelamento da distorção de ordem par é perfeito, mas no mundo real não é, mesmo com válvulas próximas. Os PP OPTs geralmente têm uma lacuna para evitar a saturação, embora menos do que o exigido por um circuito de terminação única.

Desde a década de 1950, a grande maioria dos amplificadores de válvula de alta qualidade e quase todos os amplificadores de válvula de maior potência são do tipo push-pull.

Os estágios de saída push-pull podem usar triodos para a _saída Z mais baixa e melhor linearidade, mas geralmente usam tetrodos ou pentodos que fornecem maior ganho e potência. Muitas válvulas de saída, como KT88, EL34 e EL84, foram projetadas especificamente para funcionar no modo triodo ou tetrodo, e alguns amplificadores podem ser alternados entre esses modos. Pós-Williamson, a maioria dos amplificadores comerciais usaram tetrodos na configuração "ultra-linear".

Classe A

Os estágios PP triodo puro Classe A são suficientemente lineares para que possam ser operados sem feedback, embora um modesto NFB para reduzir a distorção, reduzir a _saída Z e controlar o ganho possa ser desejável. Sua eficiência energética é, no entanto, muito menor do que a classe AB (e, claro, a classe B); significativamente menos potência de saída está disponível para a mesma dissipação de ânodo.

Projetos PP Classe A não têm distorção cruzada e a distorção torna-se insignificante à medida que a amplitude do sinal é reduzida. O efeito disso é que os amplificadores classe A funcionam extremamente bem com música que tem um nível médio baixo (com distorção insignificante) com picos momentâneos.

Uma desvantagem da operação Classe A para válvulas de potência é uma vida útil reduzida, porque as válvulas estão sempre totalmente "ligadas" e dissipam a potência máxima o tempo todo. As válvulas amplificadoras de sinal que não operam em alta potência não são afetadas desta forma.

A regulação da fonte de alimentação (variação da tensão disponível com a corrente consumida) não é um problema, pois a corrente média é essencialmente constante; Os amplificadores AB, que consomem corrente dependendo do nível do sinal, requerem atenção à regulação do fornecimento.

Classe AB e B

Os amplificadores da classe B e AB são mais eficientes do que a classe A e podem fornecer níveis de saída de potência mais altos de uma determinada fonte de alimentação e conjunto de válvulas.

No entanto, o preço disso é que eles sofrem distorção cruzada, de amplitude mais ou menos constante, independentemente da amplitude do sinal. Isso significa que os amplificadores de classe AB e B produzem sua menor porcentagem de distorção em amplitude quase máxima, com pior desempenho de distorção em níveis baixos. À medida que o circuito muda da classe A pura, através de AB1 e AB2, para B, a distorção do crossover de malha aberta piora.

Os amplificadores de classe AB e B usam NFB para reduzir a distorção de loop aberto. Os espectros de distorção medidos de tais amplificadores mostram que a porcentagem de distorção é drasticamente reduzida pelo NFB, mas a distorção residual é deslocada para harmônicos mais altos.

Em um amplificador push-pull classe B, a corrente da válvula de saída que deve ser fornecida pela fonte de alimentação varia de quase zero para sinal zero a um máximo no sinal máximo. Conseqüentemente, para uma resposta linear às mudanças de sinal transientes, a fonte de alimentação deve ter uma boa regulação.

Apenas a classe A pode ser usada no modo de terminação única, pois, de outra forma, parte do sinal seria cortada. O estágio de driver para amplificadores de válvula classe AB2 e B deve ser capaz de fornecer alguma corrente de sinal para as grades de válvula de potência ("força motriz").

Polarização

A polarização de um estágio de saída push-pull pode ser ajustada (no estágio de projeto, geralmente não em um amplificador acabado) entre a classe A (dando a melhor linearidade de loop aberto) através das classes AB1 e AB2, para a classe B (dando maior potência e eficiência de uma determinada fonte de alimentação, válvulas de saída e transformador de saída).

A maioria dos amplificadores valvulados comerciais opera na Classe AB1 (normalmente pentodos na configuração ultra-linear), trocando linearidade de malha aberta por potência superior; alguns correm em pura classe A.

Topologia de circuito

A topologia típica para um amplificador PP tem um estágio de entrada, um divisor de fase , um driver e o estágio de saída, embora haja muitas variações do estágio de entrada / divisor de fase e, às vezes, duas das funções listadas são combinadas em um estágio de válvula. As topologias de divisor de fase dominante hoje são a sanfona , a parafase flutuante e algumas variações do par de cauda longa .

A galeria mostra um amplificador de classe A puro, totalmente diferencial e moderno, construído em casa, com cerca de 15 watts de potência de saída sem feedback negativo, usando tríodos duplos de baixa potência 6SN7 e tetrodos de potência KT88.

Transformadores de saída

Por causa de sua incapacidade de conduzir cargas de baixa impedância diretamente, os amplificadores de áudio de válvula devem empregar transformadores de saída para diminuir a impedância para corresponder aos alto-falantes.

Os transformadores de saída não são dispositivos perfeitos e sempre introduzirão alguma distorção harmônica ímpar e variação de amplitude com a frequência do sinal de saída. Além disso, os transformadores introduzem mudanças de fase dependentes da frequência que limitam o feedback negativo geral que pode ser usado, para manter os critérios de estabilidade de Nyquist em altas frequências e evitar oscilações. Nos últimos anos, no entanto, o desenvolvimento de projetos de transformadores e técnicas de enrolamento aprimorados reduziu muito esses efeitos indesejados dentro da banda passante desejada, movendo-os ainda mais para as margens.

Feedback negativo (NFB)

Seguindo sua invenção por Harold Stephen Black , o feedback negativo (NFB) foi quase universalmente adotado em amplificadores de todos os tipos, para reduzir substancialmente a distorção, achatar a resposta de frequência e reduzir o efeito das variações dos componentes. Isso é especialmente necessário com amplificadores não classe A.

O feedback reduz muito a porcentagem de distorção, mas o espectro de distorção se torna mais complexo, com uma contribuição muito maior de harmônicos mais altos; os harmônicos altos, se em um nível audível, são muito mais indesejáveis ​​do que os mais baixos, de modo que a melhoria devido à distorção geral mais baixa é parcialmente cancelada por sua natureza. É relatado que, em algumas circunstâncias, a amplitude absoluta de harmônicos superiores pode aumentar com feedback, embora a distorção total diminua.

O NFB reduz a impedância de saída (Z _out ) (que pode variar em função da frequência em alguns circuitos). Isso tem duas consequências importantes:

• Os alto-falantes que têm impedância versus funções de frequência que se desviam substancialmente de flat desenvolverão respostas de frequência substancialmente não flat quando usados ​​com amplificadores de _saída High Z.

Ruído da válvula e figura de ruído

Como qualquer dispositivo de amplificação, as válvulas adicionam ruído ao sinal a ser amplificado. O ruído é devido a imperfeições do dispositivo mais flutuações térmicas dependentes da temperatura inevitáveis ​​(os sistemas geralmente são considerados em temperatura ambiente, T  = 295 K). As flutuações térmicas causam uma potência de ruído elétrico de , onde é a constante de Boltzmann e B a largura de banda. Correspondentemente, o ruído da tensão de uma resistência R em um circuito aberto é e o ruído da corrente em um curto-circuito é . ${\ displaystyle k_ {B} TB}$${\ displaystyle k_ {B}}$${\ displaystyle {\ sqrt {4k_ {B} \ cdot T \ cdot B \ cdot R}}}$${\ displaystyle {\ sqrt {4k_ {B} \ cdot T \ cdot B / R}}}$

A figura do ruído é definida como a relação entre a potência do ruído na saída do amplificador e a potência do ruído que estaria presente na saída se o amplificador não fizesse barulho (devido à amplificação do ruído térmico da fonte do sinal). Uma definição equivalente é: a figura do ruído é o fator pelo qual a inserção do amplificador degrada a relação sinal-ruído. Freqüentemente, é expresso em decibéis (dB). Um amplificador com uma figura de ruído de 0 dB seria perfeito.

As propriedades de ruído das válvulas em frequências de áudio podem ser bem modeladas por uma válvula sem ruído perfeita, tendo uma fonte de ruído de tensão em série com a grade. Para a válvula pentodo de áudio de baixo ruído EF86, por exemplo, esse ruído de tensão é especificado (consulte, por exemplo, as planilhas de dados Valvo, Telefunken ou Philips) como 2 microvolts integrados em uma faixa de frequência de aproximadamente 25 Hz a 10 kHz. (Isso se refere ao ruído integrado, veja abaixo a dependência da freqüência da densidade espectral do ruído.) Isso é igual ao ruído da tensão de um resistor de 25 kΩ. Assim, se a fonte do sinal tem uma impedância de 25 kΩ ou mais, o ruído da válvula é realmente menor do que o ruído da fonte. Para uma fonte de 25 kΩ, o ruído gerado pela válvula e pela fonte são iguais, então a potência total do ruído na saída do amplificador é a raiz quadrada de duas vezes a potência do ruído na saída do amplificador perfeito. Não é simplesmente duplo porque as fontes de ruído são aleatórias e há algum cancelamento parcial no ruído combinado. A figura de ruído é então 1,414, ou 1,5 dB. Para impedâncias mais altas, como 250 kΩ, o ruído da tensão do EF86 é 1/10 ^1/2 menor do que o ruído da própria fonte, e a figura do ruído é ~ 1 dB. Para uma fonte de baixa impedância de 250 Ω, por outro lado, a contribuição do ruído da válvula é 10 vezes maior do que a fonte do sinal, e o valor do ruído é aproximadamente dez, ou 10 dB.

Para obter a figura de baixo ruído, a impedância da fonte pode ser aumentada por um transformador. Isso é eventualmente limitado pela capacitância de entrada da válvula, que define um limite de quão alta a impedância do sinal pode ser feita se uma certa largura de banda for desejada.

A densidade de voltagem de ruído de uma determinada válvula é uma função da frequência. Em frequências acima de 10 kHz ou mais, é basicamente constante ("ruído branco"). O ruído branco é freqüentemente expresso por uma resistência de ruído equivalente, que é definida como a resistência que produz o mesmo ruído de tensão presente na entrada da válvula. Para triodos, é aproximadamente (2-3) / g _m , onde g _m é a transcondutividade. Para pentodos, é maior, cerca de (5-7) / g _m . Válvulas com g _m alto tendem, portanto, a ter ruído mais baixo em altas frequências.

Na faixa de frequência de áudio (abaixo de 1–100 kHz), o ruído "1 / f " se torna dominante, que aumenta como 1 / f . Assim, válvulas com baixo ruído em alta frequência não necessariamente apresentam baixo ruído na faixa de frequência de áudio. Para válvulas especiais de áudio de baixo ruído, a frequência na qual o ruído 1 / f assume é reduzida tanto quanto possível, talvez para algo como um quilohertz. Ele pode ser reduzido escolhendo materiais muito puros para o níquel catódico e executando a válvula em uma corrente anódica otimizada (geralmente baixa).

Microfonia

Ao contrário dos dispositivos de estado sólido, as válvulas são conjuntos de peças mecânicas cuja disposição determina seu funcionamento e que não podem ser totalmente rígidas. Se uma válvula for sacudida, seja pelo movimento do equipamento ou por vibrações acústicas dos alto-falantes, ou de qualquer fonte sonora, ela produzirá um sinal de saída, como se fosse uma espécie de microfone (o efeito é consequentemente denominado microfonia ). Todas as válvulas estão sujeitas a isso até certo ponto; as válvulas amplificadoras de tensão de baixo nível para áudio são projetadas para serem resistentes a esse efeito, com suportes internos extras. O EF86 mencionado no contexto de ruído também é projetado para microfonia baixa, embora seu alto ganho o torne particularmente suscetível.

Amplificação de alta fidelidade audiófila moderna

Para áudio de última geração , onde o custo não é a consideração principal, os amplificadores valvulados permaneceram populares e, de fato, durante a década de 1990, ressurgiram comercialmente.

Os circuitos projetados desde então, na maioria dos casos, permanecem semelhantes aos circuitos da idade da válvula, mas se beneficiam dos avanços na qualidade dos componentes auxiliares (incluindo capacitores), bem como do progresso geral na indústria eletrônica, o que dá aos projetistas uma visão cada vez mais poderosa da operação do circuito. As fontes de alimentação de estado sólido são mais compactas, eficientes e podem ter uma regulagem muito boa.

Os amplificadores de potência de semicondutores não têm limitações severas de potência de saída impostas por dispositivos termiônicos; consequentemente, o design do alto-falante evoluiu na direção de um menor. mais conveniente, alto-falantes, trocando eficiência de energia por tamanho pequeno, dando alto-falantes de qualidade semelhante, mas de tamanho menor, que requerem muito mais potência para o mesmo volume do que até agora. Em resposta, muitos amplificadores push-pull de válvula modernos são mais poderosos do que os designs anteriores, refletindo a necessidade de acionar alto-falantes ineficientes.

Pré-amplificadores de válvula modernos

Quando os amplificadores de válvula eram a norma, "controles de tom" ajustáveis ​​pelo usuário (um equalizador simples não gráfico de duas bandas ) e filtros eletrônicos eram usados ​​para permitir que o ouvinte alterasse a resposta de frequência de acordo com o gosto e a acústica do ambiente; isso se tornou incomum. Alguns equipamentos modernos usam equalizadores gráficos, mas os pré-amplificadores de válvula tendem a não fornecer essas instalações (exceto para RIAA e equalização semelhante necessária para discos de vinil e goma-laca).

As fontes de sinal modernas, ao contrário dos discos de vinil, fornecem sinais de nível de linha sem necessidade de equalização. É comum acionar amplificadores de potência de válvula diretamente de tal fonte, usando volume passivo e comutação de fonte de entrada integrada ao amplificador, ou com um amplificador de controle de "nível de linha" minimalista que é pouco mais do que volume passivo e comutação, além de um estágio de amplificador de buffer para conduzir as interconexões.

No entanto, há uma pequena demanda por pré-amplificadores de válvula e circuitos de filtro para amplificadores de microfone de estúdio, pré-amplificadores de equalização para discos de vinil e, excepcionalmente, para crossovers ativos.

Amplificadores de potência valvulados modernos

Amplificadores triodo de terminação única comerciais

Quando os amplificadores de válvula eram a norma, os SETs mais ou menos desapareceram dos produtos ocidentais, exceto para projetos de baixa potência (até 5 watts), com tríodos aquecidos indiretamente push-pull ou válvulas conectadas a triodos como EL84 se tornando a norma.

No entanto, o Extremo Oriente nunca abandonou as válvulas e, principalmente, o circuito SET; de fato, o extremo interesse em todas as coisas audiófilas no Japão e em outros países do Extremo Oriente gerou grande interesse por essa abordagem.

• Uma das principais conexões entre essa atitude do Extremo Oriente em relação ao SET e o Ocidente foi Jean Hiraga, editor de longa data da l'audiophile na França (e em francês).
• Um exemplo muito extremo de uma abordagem quase "zen" ou "poética" do design de amplificadores no Extremo Oriente - muito diferente da abordagem liderada pela engenharia ocidental - é o trabalho de Susumu Sakuma , embora os designs de Sakuma estejam longe de ser convencionais

Desde a década de 1990, um nicho de mercado se desenvolveu novamente no oeste para amplificadores SET comerciais de baixa potência (até 7 watts), principalmente usando a válvula 300B nos últimos anos, que se tornou moderna e cara. Amplificadores de baixa potência baseados em outros tipos de válvula vintage, como 2A3 e 45, também são feitos.

Ainda mais raramente, SETs de maior potência são produzidos comercialmente, geralmente usando as válvulas de transmissão 211 ou 845, que são capazes de fornecer 20 watts, operando a 1000 V. Amplificadores notáveis ​​nesta classe são aqueles da Audio Note corporation (projetados no Japão), incluindo o "Ongaku", eleito o amplificador do ano no final dos anos 1990. Um número muito pequeno de produtos dessa classe feitos à mão são vendidos a preços muito altos (a partir de US $ 10.000). O Wavac 833 pode ser o amplificador de alta fidelidade mais caro do mundo, fornecendo cerca de 150 watts usando uma válvula 833A .

Além deste Wavac e de alguns outros SETs de alta potência, os amplificadores SET geralmente precisam ser cuidadosamente emparelhados com alto-falantes muito eficientes, notadamente buzina e caixas de linha de transmissão e drivers de alcance completo, como os feitos pela Klipsch e Lowther , que invariavelmente têm suas próprias peculiaridades, compensando suas vantagens de altíssima eficiência e minimalismo.

Algumas empresas, como a chinesa " Ming Da ", fazem SETs de baixa potência usando válvulas diferentes da 300B, como a KT90 (um desenvolvimento do KT88) e até a irmã mais poderosa do 845, a 805ASE, com potência de saída de 40 watts em toda a faixa de áudio de 20 Hz. Isso é possível devido a um projeto de transformador de saída que não satura em níveis elevados e tem alta eficiência.

Amplificadores comerciais push-pull (PP)

Os alto-falantes modernos convencionais oferecem boa qualidade de som em um tamanho compacto, mas são muito menos eficientes em termos de energia do que os designs mais antigos e requerem amplificadores potentes para acioná-los. Isso os torna inadequados para uso com amplificadores de válvula, especialmente designs de terminação única de baixa potência. Os projetos de amplificadores de potência hi-fi de válvulas desde os anos 1970 tiveram que mudar principalmente para os circuitos push-pull (PP) da classe AB1. Tetrodos e pentodos, às vezes em configuração ultra-linear, com feedback negativo significativo, são a configuração usual.

Alguns amplificadores push-pull classe A são feitos comercialmente. Alguns amplificadores podem ser alternados entre as classes A e AB; alguns podem ser alternados para o modo triodo.

Os principais fabricantes do mercado de válvulas PP incluem:

• Pesquisa de Áudio
• Cary Audio Design
• Jadis
• Ming Da
• Laboratório McIntosh

Construção de amplificador amador

A simplicidade dos amplificadores de válvula, especialmente os designs de terminação única, os torna viáveis ​​para a construção de casas. Isso tem algumas vantagens:

• Ser capaz de usar válvulas conceituadas produzidas há muitos anos e estão disponíveis apenas em uma ou duas;
• O construtor doméstico pode experimentar diferentes tipos de componentes ou diferentes amostras de um componente.

Construção

A fiação manual ponto a ponto tende a ser usada em vez de placas de circuito em construções comerciais de alto volume e baixo volume, bem como por amadores. Este estilo de construção é satisfatório devido à facilidade de construção, adaptado ao número de componentes fisicamente grandes e montados no chassi (soquetes de válvula, grandes capacitores de alimentação, transformadores), a necessidade de torcer a fiação do aquecedor para minimizar o zumbido e, como efeito colateral, o benefício de o fato de que a fiação "voadora" minimiza os efeitos capacitivos.

Uma imagem abaixo mostra o circuito construído usando peças industriais modernas "padrão" (capacitores 630 V MKP / resistores de filme de metal). Uma vantagem que um amador tem sobre um produtor comercial é a capacidade de usar peças de qualidade superior que não estão disponíveis de forma confiável em volumes de produção (ou a um preço de custo comercialmente viável). Por exemplo, o "silver top getter" Sylvania marrom base 6SN7s em uso na imagem externa data da década de 1960.

Outra foto mostra exatamente o mesmo circuito construído usando capacitores de Teflon de produção militar russa e resistores de filme planar não indutivo, com os mesmos valores.

A fiação de um amplificador comercial também é mostrada para comparação

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  Visão externa

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  Esquemático

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  Internals usando peças de qualidade industrial normal.

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  Internals usando capas de Teflon "up-spec" e resistores planares.

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  Construção interna de um amplificador PP comercial

Designs incomuns

SETs de potência muito alta

Muito ocasionalmente, válvulas de potência muito alta (geralmente projetadas para uso em transmissores de rádio) de décadas atrás são colocadas em serviço para criar projetos SET únicos (geralmente a um custo muito alto). Os exemplos incluem válvulas 211 e 833.

O principal problema com esses projetos é construir transformadores de saída capazes de sustentar a corrente da placa e a densidade de fluxo resultante sem saturação de núcleo em todo o espectro de frequência de áudio. Este problema aumenta com o nível de potência.

Outro problema é que as tensões de tais amplificadores costumam passar bem além de 1 kV, o que constitui um desincentivo eficaz para produtos comerciais desse tipo.

Amplificadores paralelos push-pull (PPP)

Muitos amplificadores comerciais modernos (e algumas construções amadoras) colocam vários pares de válvulas de saída de tipos prontamente obtidos em paralelo para aumentar a potência, operando com a mesma voltagem exigida por um único par. Um efeito colateral benéfico é que a impedância de saída das válvulas e, portanto, a relação de espiras do transformador necessária, é reduzida, tornando mais fácil construir um transformador de largura de banda ampla.

Alguns amplificadores comerciais de alta potência usam matrizes de válvulas padrão (por exemplo, EL34, KT88) na configuração push-pull paralela (PPP) (por exemplo, Jadis, Audio Research, McIntosh, Ampeg SVT).

Alguns amplificadores construídos em casa usam pares de válvulas de transmissão de alta potência (por exemplo, 813) para produzir 100 watts ou mais de potência de saída por par na classe AB1 (ultra-linear).

Amplificadores sem transformador de saída (OTL)

O transformador de saída (OPT) é um componente principal em todos os amplificadores de potência de válvula convencionais, sendo responsável por custo, tamanho e peso significativos. É um compromisso, equilibrando as necessidades de baixa capacitância parasita, baixas perdas em ferro e cobre, operação sem saturação na corrente contínua necessária, boa linearidade, etc.

Uma abordagem para evitar os problemas dos OPTs é evitar totalmente o OPT e acoplar diretamente o amplificador ao alto-falante, como é feito com a maioria dos amplificadores de estado sólido. Alguns projetos sem transformadores de saída (OTLs) foram produzidos por Julius Futterman nas décadas de 1960 e 1970 e, mais recentemente, em diferentes modalidades por outros.

As válvulas normalmente combinam com impedâncias muito mais altas do que as de um alto-falante. São necessários tipos de válvula de baixa impedância e circuitos com design específico. Eficiência razoável e _saída Z moderada (fator de amortecimento) podem ser alcançados.

Esses efeitos significam que os OTLs têm requisitos de carga seletiva do alto-falante, assim como qualquer outro amplificador. Geralmente, um alto-falante de pelo menos 8 ohms é necessário, embora OTLs maiores geralmente sejam bastante confortáveis ​​com cargas de 4 ohms. Alto-falantes eletrostáticos (geralmente considerados difíceis de dirigir) geralmente funcionam especialmente bem com OTLs.

Os circuitos OTL mais recentes e mais bem-sucedidos empregam um circuito de saída geralmente conhecido como Circlotron . O Circlotron tem cerca de metade da impedância de saída dos circuitos estilo Futterman (totem). O Circlotron é totalmente simétrico e não requer grandes quantidades de feedback para reduzir a impedância de saída e a distorção. Modalidades bem-sucedidas usam o 6AS7G e os tríodos de potência 6C33-CB russos.

Um mito comum é que um curto-circuito em uma válvula de saída pode fazer com que o alto-falante seja conectado diretamente à fonte de alimentação e destruído. Na prática, os amplificadores mais antigos do tipo Futterman são conhecidos por danificar os alto-falantes, não devido a curtos, mas à oscilação. Os amplificadores Circlotron geralmente apresentam saídas de acoplamento direto, mas a engenharia adequada (com alguns fusíveis bem colocados) garante que danos a um alto-falante não sejam mais prováveis ​​do que com um transformador de saída.

OTLs modernos costumam ser mais confiáveis, soam melhor e são mais baratos do que muitas abordagens de válvula acoplada a transformador.

Amplificadores de acoplamento direto para eletrostática e fones de ouvido

Em certo sentido, este nicho é um subconjunto de OTLs, no entanto, merece ser tratado separadamente porque, ao contrário de um OTL para um alto-falante, que tem que empurrar os extremos da capacidade de um circuito de válvula de fornecer correntes relativamente altas em baixas tensões em uma carga de baixa impedância, alguns fones de ouvido os tipos têm impedâncias altas o suficiente para que os tipos normais de válvula funcionem razoavelmente como OTLs e, em particular, alto-falantes eletrostáticos e fones de ouvido que podem ser acionados diretamente a centenas de volts, mas com correntes mínimas.

Mais uma vez, existem alguns problemas de segurança associados ao acionamento direto para alto-falantes eletrostáticos, que in extremis podem usar válvulas de transmissão operando a mais de 1 kV. Esses sistemas são potencialmente letais.

Veja também

• Som de válvula

Notas

Referências

• Colloms, Martin. Um futuro sem feedback? em Stereophile , janeiro de 1998
• Glass Audio . Um periódico de longa data dedicado à construção de amplificadores de válvula, publicado pela Audio Amateur Corporation, Peterborough, New Hampshire
• Jones, Morgan. Valve Amplifiers , Third Edition, 2003. ISBN  0-7506-5694-8
• Kavsek, Paul G. Röhrenverstärker: Klang und Form . Viena: Allegro Verlag, 1995. ISBN  3-901462-00-7
• Langford-Smith, F. Radiotron Designer's Handbook . 4ª edição 1952, Wireless Press, (a primeira edição foi publicada em 1934). Reimpresso como Radio Designer's Handbook Newnes 1999, ISBN  0-7506-3635-1
• Amantes do tubo anônimos. Amplificador OTL 6C33C-B - Circuitos de fundo e OTL